CN101052788A - 还原剂容器的结构 - Google Patents

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Abstract

一种还原剂容器的结构，在容器本体的上面至少分别安装有：从分离的两点间的温度传递特性检测出液体还原剂浓度的浓度计的基部，以及将从该浓度计的基部通过支柱垂下的检测部围着、且使发动机冷却水循环而与液体还原剂间进行热交换的热交换器；同时以围着所述热交换器的下部和浓度计的检测部的状态配设有大致箱形的防护罩，而在位于距防护罩规定间隔的上方的浓度计的支柱上安装有遮护板。

Description

还原剂容器的结构
                                技术领域
本发明涉及如下所述的技术：在对氮氧化物(NOx)进行还原净化的排气净化装置中，促进还原剂容器中所储藏的液体还原剂的解冻，并提高从分离的两点间的热传递特性检测出液体还原剂浓度的浓度计的检测精度。
                                背景技术
作为除去发动机的排气中的NOx的催化净化系统，提出了日本特开2000-27627号公报(专利文献1)所公开的排气净化装置。这种排气净化装置通过将与发动机运转状态相对应的液体还原剂喷射供给到发动机排气系统所配设的还原催化剂的上游，使排气中的NOx与液体还原剂发生催化还原反应，将NOx净化处理为无害成分。
专利文献1：日本特开2000-27627号公报
不过，在北海道这杆寒冷的地区，冬季的外部气温为液体还原剂的凝固点以下，还原剂容器中所储藏的液体还原剂发生冻结。液体还原剂从与外部大气接触的容器周边部开始冻结，逐渐向容器中央部冻结。从分离的两点间的热传递特性检测出液体还原剂浓度的浓度计的检测部、液体还原剂的吸入口等位于还原剂容器的底部，因此液体还原剂发生稍许冻结，就不能进行液体还原剂的浓度检测和供给。虽在还原剂容器上安装有使发动机冷却水循环而与液体还原剂之间进行热交换的热交换器，但在发动机长时间停止时，发动机开始发动之后，冷却水的温度低，已冻结的液体还原剂的冻结需要一些时间。
因此，可考虑通过在液体还原剂的吸入口及浓度计的检测部的周围配设将从热交换器所发出的热量封闭在其中的箱形构件，使液体还原剂在发动机开始发动后的短时间内解冻，但有可能发生如下所述的不良情况。即，浓度计和箱形构件之间一旦有间隙，将液体还原剂补充到还原剂容器中时，气泡与液体还原剂一起进入箱形构件中，气泡就附着在浓度计的检测部。气泡一旦附着在浓度计的检测部，分离的两点间的热传递特性发生变化，其浓度检测精度就大幅降低。另外，浓度计需要定期检修，因此浓度计与箱形构件不能无间隙地进行结合。
                                发明内容
本发明着眼于所述以往问题而作成的，目的在于提供一种还原剂容器的结构，该还原剂容器的结构通过使气泡难以进入促进液体还原剂解冻的箱形构件，促进还原剂容器中所储藏的液体还原剂的解冻，并提高浓度计的检测精度。
因此，本发明的还原剂容器的结构，其特征在于，在容器本体的上面至少分别安装有：从分离的两点间的温度传递特性检测出液体还原剂浓度的浓度计的基部；围着从该浓度计的基部通过支柱垂下的检测部、且使以发动机为热源的热介质循环而与液体还原剂间进行热交换的热交换器；且以围着热交换器的下部和浓度计的检测部的状态配设有大致箱形的箱形构件，而在位于距所述箱形构件规定间隔的上方的浓度计的支柱上安装有遮护板(バイザ一)。
采用本发明的还原剂容器的结构，从热交换器的下部所发出的热量被封闭在箱形构件的内部，在该区域发生对流。因此，处于箱形构件内部的浓度计及其周围所存在的液体还原剂高效地被解冻，可在发动机开始发动后的短时间内开始液体还原剂浓度的检测。又，补充液体还原剂时，通过安装在浓度计的支柱上的遮护板，液体还原剂难以飞溅到其周围，也难以通过支柱和箱形构件之间的间隙而进入其内部。因此，随着液体还原剂进入到箱形构件内部的气泡难以附着在浓度计的检测部上，可抑制分离的两点间的热传递特性的变化所引起的浓度检测精度的降低。因此，促进还原剂容器中所储藏的液体还原剂的解冻，并提高检测液体还原剂浓度的浓度计的检测精度。
                                附图说明
图1是本发明的适用对象即排气净化装置的整体结构图。
图2是表示还原剂容器及其内部配置的立体图。
图3是固定在热交换器下部的防护罩的主视图。
图4是固定在热交换器下部的防护罩的俯视图。
图5是浓度计的支柱上的遮护板的安装结构的说明图。
图6是遮护板的第1实施形态的说明图。
图7是遮护板的第2实施形态的说明图。
图8是表示在没有遮护板的状态下补充尿素水溶液时发生的相对于实际浓度的误差。
图9是表示在有遮护板的状态下补充尿素水溶液时发生的相对于实际浓度的误差。
符号说明
10  发动机
24  还原剂容器
24A  容器本体
36A  入口
36B  出口
40   浓度计
40A  基部
40B  检测部
40C  支柱
40D  环形槽
44   热交换器
50   防护罩
52   遮护板
                            具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详述。
图1表示排气净化装置的整体结构，该排气净化装置使用尿素水溶液作为液体还原剂，通过催化还原反应对发动机排气中的NOx进行净化。
在图1中，在与发动机10的排气歧管12连接的排气管14上沿排气流通方向分别配设有：将一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO2)的氧化催化剂16；喷射供给尿素水溶液的喷嘴18；利用对尿素水溶液进行水解所得到的氨对NOx进行还原净化的NOx还原催化剂20；使通过NOx还原催化剂20的氨发生氧化的氨氧化催化剂22。又，还原剂容器24中所储藏的尿素水溶液通过吸入口位于其底部的供给配管26供给到还原剂供给装置28中，另一方面在还原剂供给装置28中未被喷射的多余的尿素水溶液通过返回配管30回到还原剂容器24的上部空间内。还原剂供给装置28由内置有计算机的控制单元32进行控制，将与发动机运转状态相对应的尿素水溶液和空气混合并供给到喷嘴18。
在这样的排气净化装置中，从喷嘴18喷射供给的尿素水溶液利用排气热量和排气中的水蒸气发生水解，产生氨。众所周知，产生的氨在NOx还原催化剂20中与排气中的NOx反应，NOx被净化为水和无害气体。此时，为了提高NOx还原催化剂20的NOx净化率，NO通过氧化催化剂16而被氧化成NO2，排气中的NO和NO2的比例被改善为适于催化还原反应。又，通过NOx还原催化剂20的氨被配设在其排气下游的氨氧化催化剂22氧化，因此可防止发出异臭的氨原样地释放到大气中。
如图2所示，还原剂容器24在呈大致长方体的容器本体24A的形成长度方向的对边距离的侧面上部分别形成有补充尿素水溶液用的补充口24B及搬运时进行握持的把手24C。又，在容器本体24A的上侧面开设有未图示的开口部，为了将开口封闭，由多个螺栓34可装卸地连接有上盖36。
上盖36的上面从其长度方向的一端部到中央部分别形成：作为以发动机为热源的热介质的发动机冷却水的入口36A及出口36B；尿素水溶液的供给口36C及返回口36D；为了内部的上部空间不形成负压而向大气开放的开放口36E。又，在上盖36上从其长度方向的中央部到另一端部通过螺栓42可装卸地分别连接有：检测尿素水溶液的残余量的水位计38的基部38A；检测尿素水溶液浓度的浓度计40的基部40A。水位计38将横截面为圆形的内侧电极及外侧电极同心配置，从电极间的静电容量变化检测出尿素水溶液的水位，因此内侧电极和外侧电极所组成的检测部38B从其基部38A向容器本体24A的底部垂下。另一方面，浓度计40用于从分离的两点间的温度传递特性检测出尿素水溶液的浓度，因此从其基部40A通过支柱40C检测部40B垂下，以使检测部40B位于容器本体24A的底部。
发动机冷却水的入口36A和36B通过配设在容器本体24A内的热交换器44相互连接。热交换器44如图3和图4所示，使大致U字形状的管材弯曲，以在容器本体24A的底部围住水位计38和浓度计40，其顶端弯曲部44A通过固定在上盖36上的支架46支撑。这样，若使大致U字形状的管材弯曲后构成热交换器44，还原剂容器内的热交换器44的全长变长，可高效地与尿素水溶液进行热交换。另一方面，热交换器44的顶端弯曲部44A由固定在上盖36上的支架46支撑，因此通过3点支撑固定在上盖36上，可提高其安装刚性。
又，尿素水溶液的供给口36C与吸入管48连接，吸入管48从位于水位计38和浓度计40之间的容器本体24A的底部吸入尿素水溶液。吸入管48如下所述形成：使其局部沿着并焊接或钎焊在从发动机冷却水的入口36A向容器本体24A的底部延伸的热交换器44的管材上，同时从其中间部开始使头部发生弯曲，以使在其顶端部所形成的吸入口48A位于水位计38和浓度计40之间并开口向下。
并且，在热交换器44的下部配设有大致箱形的作为箱形构件的防护罩50，该防护罩50用于对水位计38和浓度计40加以保护以使它们与还原剂容器24内冻结的尿素水溶液的冰块分离，且围住位于热交换器44的下部的水位计38、浓度计40和吸入管48，将热交换器44所发出的热量封闭其中。
不过，水位计38和浓度计40需要定期检修，因此不能与防护罩50之间无间隙地结合。因此，水位计38和浓度计40与防护罩50之间存在间隙，在补充尿素水溶液时，气泡有可能从该间隙进入防护罩50的内部，气泡附着在浓度计40的检测部40B。
所以，如图5所示，在位于距防护罩50规定间隔的上方的浓度计40的支柱40C上形成有环形槽40D，橡胶等弹性构件所组成的遮护板52嵌合其中。遮护板52为如图6所示的圆柱状或如图7所示的截头圆锥状，其横截面形状可为圆形、矩形等形状。
下面对这种结构组成的还原剂容器24的作用进行说明。
在外部气温为尿素水溶液的凝固点以下的状态下，一旦发动机10长时间停止，外部大气从还原剂容器的外围吸收热量，尿素水溶液从容器周边部开始冻结，冻结逐渐向中央部进行。在该状态，一旦发动机10开始发动，随着时间推移而温度上升的发动机冷却水经由热交换器44开始循环。发动机冷却水的温度一旦高于尿素水溶液的凝固点，还原剂容器24内冻结的尿素水溶液渐渐开始解冻。
此时，从热交换器44的下部所发出的热量被封闭在防护罩50的内部，在该区域发生对流。因此，促进处于防护罩50内部的水位计38、浓度计40和吸入管48周围所存在的尿素水溶液的解冻，可在发动机开始发动后的短时间内发挥排气净化装置的功能。处于防护罩50上部的尿素水溶液由于热交换器44在短时间内解冻成以管材为中心的大致圆环状，因此防护罩50内部和还原剂容器24的上部空间连通。因此，防护罩50内部不会由于尿素水溶液的吸入而形成负压，该吸入不会变得困难。
又，将尿素水溶液补充到还原剂容器24中时，由于安装在浓度计40的支柱40C上的遮护板52，尿素水溶液难以飞溅到其周围，也难以通过支柱40C和防护罩50之间的间隙而进入其内部。因此，随着尿素水溶液进入到防护罩50内部的气泡难以附着在浓度计40的检测部40B上，可抑制分离的两点间的热传递特性的变化所引起的浓度检测精度的降低。对补充尿素水溶液时发生的相对于实际浓度的误差测量了30次，在没有遮护板时，如图8所示，该误差出现在很宽范围内，而通过安装遮护板，如图9所示，该误差被集中在有限的范围内。
因此，补充尿素水溶液后，气泡附着在浓度计40的检测部40B上的情况大幅减少，可有效抑制虽然在还原剂容器24内规定浓度的尿素水溶液很充分，但仍检测出浓度低或判定为已空。
此时，遮护板52嵌合固定在浓度计40的支柱40C上所形成的环形槽40D中，即使尿素水溶液猛地冲击，也不会发生在轴向的偏移，可提高其安装刚性。又，遮护板52由弹性构件组成，因此由于尿素水溶液猛地冲击而可发生不规则的变形，其飞溅方向也带有不规则性。因此，尿素水溶液通过浓度计40的支柱40C与防护罩50之间的间隙进入内部的量更加降低，可进一步抑制气泡附着到浓度计40的检测部40B上。
另外，遮护板52不光安装在浓度计40的支柱40C上，也可安装在位于距防护罩50规定间隔的上方的水位计38上。这样一来，通过水位计30的检测部38B与防护罩50之间的间隙，随着尿素水溶液进入到防护罩50内部的气泡就可减少，更加抑制气泡迂回附着在浓度计40的检测部40B上。
又，本发明不限于将尿素水溶液作为液体还原剂使用的排气净化装置，自不待言，也可适用于将以氨水溶液、炭氢化合物为主要成分的汽油、轻油、酒精等作为液体还原剂使用的装置。

Claims (6)

1.一种还原剂容器的结构，其特征在于，
在容器本体的上侧面至少分别安装有：从分离的两点间的温度传递特性检测出液体还原剂浓度的浓度计的基部，以及将从该浓度计的基部通过支柱垂下的检测部围着、且使以发动机为热源的热介质循环而与液体还原剂间进行热交换的热交换器；同时以围着所述热交换器的下部和浓度计的检测部的状态配设有大致箱形的箱形构件，而在位于距所述箱形构件规定间隔的上方的浓度计的支柱上安装有遮护板。
2.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，
所述遮护板嵌合固定在所述浓度计的支柱上所形成的环形槽内。
3.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，
所述遮护板由弹性构件组成。
4.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，
所述遮护板为圆柱状或圆锥台状。
5.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，
所述遮护板的横截面为圆形或矩形。
6.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，
所述热交换器是使所述热介质的入口和出口相互连接的大致U字状的管材弯曲而构成的。
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