CN1954135A - 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，在容器本体的上侧面至少分别安装有：检测液体还原剂剩余量的水位仪的基部；检测液体还原剂的浓度的浓度计的基部；热交换器，其围住水位仪及浓度计的各检测部并使发动机冷却水循环而与液体还原剂之间进行热交换；以及吸入管，在其从水位仪和浓度计之间的容器本体底部吸入液体还原剂，同时还原剂容器配设有大致箱形状的护罩，用来围住位于热交换器下部的水位仪、浓度计及吸入管。从热交换器下部放出的热量被关闭在护罩内部，通过在该区域内产生对流，从而能高效地解冻在水位仪、浓度计及吸入管周围冻结的液体还原剂。
Description
技术领域
本发明涉及用于储存对排气中的氮氧化物(NOX)进行还原净化的排气净化装置中所使用的液体还原剂的还原剂容器的结构，尤其涉及发动机起动后在短时间内就可发挥排气净化功能的技术。
背景技术
作为除去发动机排气中含有的NOX的催化净化系统，日本特开2000-27627号公报(专利文献1)揭示了一种排气净化装置。
上述排气净化装置通过在发动机排气管上配设的还原催化剂的排气上游喷射供给与发动机运行状态相对应的液体还原剂，使排气中的NOX与液体还原剂发生催化剂还原反应，将NOX净化处理为无害成分。在此，还原反应使用与NOX反应性良好的氨气，作为液体还原剂使用通过排气热量及排气中的水蒸气而进行加水分解产生氨气的尿素水溶液。
专利文献1：日本特开2000-27627号公报
但是，在北海道这样的寒冷地区，冬季的外部气温变为液体还原剂的凝固点以下，有时存储在还原剂容器内的液体还原剂会冻结。液体还原剂从与外部空气直接接触的容器外周开始逐渐朝向容器中央部发生冻结。在还原剂容器的底部，因为设有分别检测液体还原剂的剩余量及浓度的水位仪的检测部及浓度计的检测部、液体还原剂的吸入口等，因而只要液体还原剂稍有冻结就有可能造成不仅无法检测液体还原剂的剩余量及浓度而且还无法向还原催化剂供给液体还原剂。为此，在还原剂容器上安装有热交换器，使发动机冷却水循环，与液体还原剂之间进行热交换，但是当发动机长时间停止时，发动机刚起动后的冷却水温度较低，故冻结的液体还原剂的解冻需要一定的时间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通过在液体还原剂的吸入口及水位仪和浓度计的各检测部周围封闭从热交换器放出的热量，从而在发动机起动后短时间内就可发挥排气净化功能的还原剂容器的结构。
为此，本发明的还原剂容器的结构，在容器本体的上侧面至少分别安装有：检测液体还原剂剩余量的水位仪的基部；检测液体还原剂的浓度的浓度计的基部；热交换器，其围住从水位仪及浓度计的基部垂下的检测部并使以发动机为热源的载热体循环而与液体还原剂之间进行热交换；以及吸入管，在其从水位仪和浓度计之间的容器本体底部吸入液体还原剂，同时还原剂容器配设有大致箱形状的箱形构件，用于围住位于热交换器下部的水位仪、浓度计及吸入管。
在此，若通过将相互连接载热体进口和出口的大致U字形的管材弯曲构成热交换器，则还原剂容器内的热交换器的全长延长，能高效地与液体还原剂之间进行热交换。另外，若使形成在吸入管顶端部的吸入口延伸至与通过沿容器本体底面延伸的热交换器的管材的轴心的水平面大致相同的面上，吸入口的外周固定在热交换器的管材上，则来自热交换器的热量容易传递，能期待在短时间内解冻，同时能使吸入口的开口附近不易冻结。此外，若将箱形构件的内底壁固定在热交换器的管材上，则内底壁的温度因从热交换器传递的热量而上升，因而处于箱形构件内部的液体还原剂除了来自热交换器的热量以外，还因来自箱形构件底壁的热量而升温，能在更短时间内解冻。
此外，若使吸入管的一部分沿着与载热体进口连接的热交换器的管材延伸并固定在该管材上，则吸入管内部冻结的液体还原剂在来自热交换器的热量的作用下能在极短时间内解冻。另外，若将吸入管的一部分在箱形构件内部固定在箱形构件的内侧壁上，则吸入管内部冻结的液体还原剂在来自热交换器及箱形构件的热量的作用下能在极短时间内解冻。
此外，若利用绝热性优良的构件构成箱形构件的侧壁及上壁，则可抑制箱形构件内的热量通过侧壁及上壁向外部放出，能高效地利用来自热交换器的热量，可缩短解冻时间。
采用本发明的还原剂容器的结构，从热交换器下部放出的热量被关闭在箱形构件的内部，在该区域内产生对流。因此，位于箱形构件内部的水位仪、浓度计及吸入管周围的液体还原剂有效地得到解冻，在发动机起动后的短时间内就可发挥排气净化功能。另外，位于箱形构件上部的液体还原剂在热交换器的作用下短时间内就能以管材为中心大致圆环状地解冻，故箱形构件内部与还原剂容器的上部空间连通。因此，箱形构件内部不会因液体还原剂的抽吸而造成负压，不会引起抽吸困难。
附图说明
图1是作为本发明适用对象的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结构的立体图。
图3是固定在热交换器下部的护罩的主视图。
图4是固定在热交换器下部的护罩的俯视图。
图5是形成在吸入管顶端的吸入口的固定结构图。
图6是表示护罩的详细构成的立体图。
具体实施方式
以下参照附图详细叙述本发明。
图1表示将尿素水溶液用作液体还原剂，利用还原催化反应对发动机排气中含有的NOx进行净化的排气净化装置的整体构成。
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设有：将一氧化碳(NO)氧化成二氧化氮(NO2)的氧化催化剂16；喷射供给尿素水溶液的喷嘴18；利用将尿素水溶液加水分解所得到的氨气使NOX还原净化的NOX还原催化剂20；使通过NOX还原氧化剂20后的氨气氧化的氨气氧化催化剂22。另外，存储在还原剂容器24内的尿素水溶液通过吸入口位于还原剂容器24底部的供给配管26向还原剂供给装置28供给，而在还原剂供给装置28中没有被喷射的剩余尿素水溶液通过返回配管30返回至还原剂容器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器单元32控制，将对应于发动机运转状态的所需量的尿素水溶液在与空气混合的同时向喷嘴18供给。
在上述排气净化装置中，由喷嘴18喷射供给的尿素水溶液被排气热量及排气中的水蒸气加水分解而产生氨气。产生的氨气在NOX还原催化剂20中与排气中的NOX发生反应，净化成水及无害的气体，这是已知的技术。此时，为了提高NOX还原催化剂20的NOX净化率，利用氧化催化剂16使NO氧化成NO2，将排气中的NO和NO2的比例改善为适合于催化还原反应的状态。且通过NOX还原催化剂20后的氨气被设置在其排气下游的氨气氧化催化剂22氧化，从而可防止散发臭味的氨气直接向大气中排放。
还原剂容器24如图2所示，在呈大致长方体形状的容器本体24A的长度方向的两个端面的侧面上部分别形成有用于补充尿素水溶液的加液口24B及搬运时用于手提的把手24C。另外，在容器本体24A的上侧面开设有未图示的开口部，并利用作为紧固构件的多个螺栓34可拆装地固定顶盖36以将开口部关闭。
在顶盖36的上表面从其长度方向的一端部至中央部分别形成有：以发动机为热源的作为载热体的发动机冷却水的进口36A及出口36B；尿素水溶液的供给口36C及返回口36D；为了不使容器内部的上部空间成为负压而向大气开放的开放口36E。在顶盖36上从其长度方向的中央部至另一端部利用作为紧固构件的螺栓42分别可拆装地紧固有检测尿素水溶液剩余量的水位仪38的基部38A、检测尿素水溶液的浓度的浓度计40的基部40A。水位仪38将横截面为圆形的内侧电极及外侧电极同心配置，利用两个电极间的静电容量变化来检测尿素水溶液的水位，由内侧电极及外侧电极构成的检测部38B从其基部38A朝容器本体24A的底部垂下。另一方面，浓度计40利用分开的2点之间的温度传递特性来检测尿素水溶液的浓度，检测部40B从其基部40A垂下以使检测部40B位于容器本体24A的底部。
发动机冷却水的进口36A与出口36B通过配设在容器本体24A内的热交换器44相互连接。如图3及图4所示，热交换器44将大致U字形的管材在容器本体24A的底部弯曲成围住水位仪38及浓度计40的状态，其顶端弯曲部44A由固定在顶盖36上的支架46支撑。若这样通过将大致U字形的管材弯曲形成热交换器44，还原剂容器内的热交换器44的全长延长，能高效地与液体还原剂之间进行热交换。另一方面，热交换器44的顶端弯曲部44A由固定在顶盖36上的支架46支撑，故热交换器44相对于顶盖36在3点被支撑固定，可提高其安装刚性。
尿素水溶液的供给口36C与吸入管48连接，该吸入管48从水位仪38与浓度计40之间的容器本体24A底部吸入尿素水溶液。吸入管48如下构成：使吸入管48的一部分沿着从发动机冷却水的进口36A向容器本体24A底部延伸的热交换器44的管材延伸并焊接或钎焊在热交换器44的管材上，从吸入管48中间部起的前方管子形成弯曲，以使形成在前端部上的吸入口48A在水位仪38与浓度计40之间朝下方开口。如图5所示，吸入口48A延伸至与通过沿容器本体24A的底面延伸的热交换器44的管材的轴心的水平面大致相同的面上，吸入口48A的外周焊接或钎焊在热交换器44的管材上。
此外，在热交换器44的下部固定有作为大致箱形状的箱形构件的护罩50，用于保护水位仪38及浓度计40免遭还原剂容器24内冻结的尿素水溶液的冰块的损伤，并且护罩50围住位于热交换器44下部的水位仪38、浓度计40及吸入管48，将从热交换器44放出的热量封闭在其内。如图6所示，护罩50包括底板构件50A、侧板构件50B、顶板构件50C。底板构件50A形成护罩50的底面及1个侧面，由形成为大致L字形截面的薄板金属构件构成。侧板构件50B形成护罩50的3个侧面，由形成为大致コ字形截面的薄板金属构件构成。顶板构件50C构成护罩50的上表面，是呈大致矩形的薄板金属构件，在其4个角落形成用于使热交换器44及吸入管48穿过的缺口。利用焊接或钎焊分别将底板构件50A固定在热交换器44的管材上，将侧板构件50B固定在底板构件50A上，将顶板构件50C固定在底板构件50A及侧板构件50B上。不过，护罩50并不局限于图6所示的构成，只要是可围住位于热交换器44下部的水位仪38、浓度计40及吸入管48的大致箱形状，可由任意的构成形成。
在此，从吸入管48中间部起的前方管子最好利用焊接或钎焊固定在侧板构件50B上。另外，在顶板构件50C上装有由橡胶等弹性构件构成的垫圈52以可拆装地嵌合支撑水位仪38及浓度计40。
下面说明具有上述构成的还原剂容器24的作用。
在外部气温为尿素水溶液的凝固点以下的情况下，当发动机10长时间停止时，外部空气从还原剂容器24的外周夺走热量，则尿素水溶液从还原剂容器24的外周逐渐向中央部冻结。在该状态下起动发动机10，随着时间的推移，温度上升的发动机冷却水开始在热交换器44内循环。当发动机冷却水的温度高于尿素水溶液的凝固点后，在还原剂容器24内冻结的尿素水溶液逐渐开始解冻。
此时，从热交换器44下部放出的热量被关闭在护罩50的内部，在该区域内产生对流。因此，位于护罩50内部的水位仪38、浓度计40及吸入管48周围的尿素水溶液有效地得到解冻，在发动机起动后的短时间内就可发挥排气净化功能。位于护罩50上部的尿素水溶液在热交换器44的作用下短时间内就能以管材为中心大致圆环状地解冻，故护罩50内部与还原剂容器24的上部空间连通。因此，护罩50内部不会因尿素水溶液的抽吸而造成负压，不会引起抽吸困难。
另外，因为形成在吸入管48的顶端部的吸入口48A延伸至与通过沿容器本体24A的底面延伸的热交换器44的管材的轴心的水平面大致相同的面上，吸入口48A的外周固定在热交换器44的管材上，因而来自热交换器44的热量容易传递，能期待在短时间内解冻，同时能使吸入口48A的开口附近不易冻结。此外，护罩50通过底板构件50A固定在热交换器44上，因而通过从热交换器44传递的热量而温度上升。因而处于护罩50内部的尿素水溶液除了来自热交换器44的热量以外，还因来自护罩50的周壁的热量而升温，能在更短时间内解冻。此外，因为吸入管48的一部分沿着与发动机冷却水的进口36A连接的热交换器44的管材延伸并固定在热交换器44的管材上，同时另一部分在护罩50的内部固定在侧板构件50B上，因而吸入管48内部冻结的尿素水溶液在来自热交换器44及护罩50的热量的作用下能在极短时间内解冻。
另一方面，水位仪38及浓度计40的顶端部由安装在护罩50的顶板构件50C上的垫圈52弹性支撑，因而在检查维修时可拆卸，同时即使在行驶中受到振动和冰块的冲击也可吸收其冲击力，能长期维持其功能。
为了使热交换器44与尿素水溶液之间更高效地进行热交换，也可在热交换器44的管材周围列设翅片。另外，也可利用绝热性优良的构件(树脂或橡胶等)构成护罩50的侧板构件50B及顶板构件50C。这样，可抑制护罩50内的热量通过其侧壁及上壁向外部放出，能高效地利用来自热交换器44的热量，可缩短解冻时间。
此外，本发明并不局限于将尿素水溶液用作液体还原剂的排气净化装置，当然也可适用于将碳化氢作为主要成分的汽油、轻油、乙醇等用作液体还原剂的装置。
(符号说明)
10 发动机
24 还原剂容器
24A 容器本体
36 顶盖
36A 进口
36B 出口
38 水位仪
38A 基部
38B 检测部
40 浓度计
40A 基部
40B 检测部
44 热交换器
48 吸入管
48A 吸入口
50 护罩
50A 底板构件
50B 侧板构件
50C 顶板构件
Claims (7)
1.一种用于储存对排气中的氮氧化物进行还原净化的排气净化装置中所使用的液体还原剂的还原剂容器的结构，其特征在于，
在容器本体的上侧面至少分别安装有：检测液体还原剂剩余量的水位仪的基部；检测液体还原剂的浓度的浓度计的基部；热交换器，其围住从所述水位仪及浓度计的基部垂下的检测部并使以发动机为热源的载热体循环而与液体还原剂之间进行热交换；以及吸入管，其从所述水位仪和浓度计之间的所述容器本体底部吸入液体还原剂，同时还原剂容器配设有大致箱形状的箱形构件，用来围住位于所述热交换器下部的水位仪、浓度计及吸入管。
2.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，所述热交换器由相互连接所述载热体进口和出口的大致U字形的管材弯曲构成。
3.如权利要求2所述的还原剂容器的结构，其特征在于，形成在所述吸入管顶端部的吸入口延伸至与通过沿所述容器本体的底面延伸的热交换器的管材的轴心的水平面大致相同的面上，吸入口的外周固定在该热交换器的管材上。
4.如权利要求2所述的还原剂容器的结构，其特征在于，所述箱形构件的内底壁固定在所述热交换器的管材上。
5.如权利要求2所述的还原剂容器的结构，其特征在于，所述吸入管的一部分沿着与所述载热体的进口连接的管材延伸并固定在该管材上。
6.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，所述吸入管的一部分在所述箱形构件的内部固定在该箱形构件的内侧壁上。
7.如权利要求1所述的还原剂容器的结构，其特征在于，所述箱形构件的侧壁及上壁由绝热性构件构成。
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