JP2006112406A - 還元剤容器の構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 液体還元剤の凍結を抑制しつつその濾過の実効を図る。
【解決手段】 容器本体の上面に開設された開口部を閉塞する天蓋３６に、少なくとも、エンジンを熱源とする熱媒体（エンジン冷却水）を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器４４と、液体還元剤から異物を濾過するストレーナ５０と、を夫々取り付ける。また、ストレーナ５０に、容器本体の内部から液体還元剤を吸い込む吸込管５２を接続すると共に、異物を濾過した液体還元剤の供給口３６Ｃを形成する。このようにすれば、ストレーナの全体が外気、特に、走行風に晒されることがなく、その内部に存在する液体還元剤の凍結を抑制することができる。従って、寒冷地であっても、尿素水溶液の凍結を抑制しつつ、その濾過の実効を図ることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、特に、液体還元剤の凍結を抑制しつつ、その濾過の実効を図る技術に関する。
エンジン排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、コントロールユニットにより制御される還元剤供給装置を介して、エンジン運転状態に応じた必要量の液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと液体還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、液体還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
特開２０００−２７６２７号公報
ところで、液体還元剤に異物が混入すると、還元剤供給装置に内蔵されたストレーナが短期間で詰まり、還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給できなくなってしまう。異物混入経路としては、還元剤容器の製造工程でスパッタが入り込んだり、液体還元剤の補充時に手袋の繊維や虫などが入り込んでしまうなど様々な状況が想定できる。
エンジン燃料の配管途中にストレーナを介装する技術が公知であるが、この公知技術を排気浄化装置にそのまま適用すると次のような不具合が発生してしまう。即ち、北海道のような寒冷地では、排気浄化装置を搭載した移動車両が走行すると、ストレーナ全体が走行風に晒され、その内部の液体還元剤が凍結してしまうおそれがある。ストレーナ内部の液体還元剤が凍結すると、還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射供給できなくなり、排気浄化装置の機能を発揮することができなくなってしまう。また、還元剤容器の補充口にストレーナを取り付けることも考えられるが、その補充時に破損させる可能性があり、容易に採用し得る構成ではない。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、液体還元剤から異物を濾過するストレーナの取付構造を見直し、液体還元剤の凍結を抑制しつつその濾過の実効を図った還元剤容器の構造を提供することを目的とする。
このため、請求項１記載の発明では、容器本体の天板に、少なくとも、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器と、液体還元剤から異物を濾過するストレーナと、を夫々取り付ける一方、前記ストレーナに、前記容器本体の内部から液体還元剤を吸い込む吸込管を接続すると共に、異物を濾過した液体還元剤の供給口を形成したことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記容器本体の内部において、前記ストレーナと熱交換器とを金属板からなる連結部材で連結したことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記連結部材は、前記ストレーナと熱交換器との間に閉塞横断面を形成する形状をなしていることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記ストレーナは、前記天板に対して略垂直に取り付けられる略円筒形状のケースと、該ケースの上端部からその内部に着脱可能に挿入されるエレメントと、前記ケースの上端部に着脱可能に螺合されるキャップと、を含んで構成されることを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記エレメントは、軸方向の先端部が基端部に向けて凹んだ形状をなしていることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記エレメントは、その横断面を形成する輪郭の一部が内方へと凹んだ形状をなしていることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、液体還元剤から異物を濾過するストレーナが容器本体の天板に取り付けられているため、その大部分が還元剤容器の内部に納まることとなる。このため、ストレーナの全体が外気、特に、走行風に晒されることがなく、その内部に存在する液体還元剤の凍結を抑制することができる。従って、寒冷地であっても、尿素水溶液の凍結を抑制しつつ、その濾過の実効を図ることができる。
請求項２記載の発明によれば、熱交換器からストレーナに伝達される熱により、その内部の液体還元剤が加熱されるので、例えば、ストレーナの一部が走行風に晒されたとしても、その内部に存在する液体還元剤の凍結を効果的に抑制することができる。
請求項３記載の発明によれば、熱交換器からの熱が閉じ込められ、ストレーナを効率的に加熱することが可能となり、液体還元剤の凍結抑制の実効を図ることができる。
請求項４記載の発明によれば、還元剤容器を分解しなくとも、ストレーナのキャップを取り外すだけでエレメントが着脱可能であるので、ここで濾過された異物を容易に除去すすることができる。このため、エレメントの清掃が容易に行われ、ストレーナによる異物除去機能を容易かつ安定して維持することができる。
請求項５又は請求項６に記載の発明によれば、エレメントの濾過面積が増加し、液体還元剤から異物を効率よく濾過することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、尿素水溶液を液体還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部に吸込口が位置する供給配管２６を介して還元剤供給装置２８に供給される一方、還元剤供給装置２８で噴射に寄与しない余剰の尿素水溶液は、戻り配管３０を介して還元剤容器２４の上部空間内へと戻される。そして、還元剤供給装置２８は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２により制御され、エンジン運転状態に応じた必要量の尿素水溶液を、空気と混合しつつ噴射ノズル１８に供給する。
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアを発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
還元剤容器２４は、図２に示すように、略直方体形状をなす容器本体２４Ａの長手方向の２面幅を形成する側面上部に、尿素水溶液を補充するための補充口２４Ｂ及び搬送時に把持する取手２４Ｃが夫々形成されたものである。また、容器本体２４Ａの上面には、図示しない開口部が開設され、これを閉塞するように、複数のボルト３４により天蓋３６（天板）が着脱可能に締結される。
天蓋３６の上面には、その長手方向の一端部から中央部にかけて、尿素水溶液の供給口３６Ａ及び戻り口３６Ｂと、エンジンを熱源とする熱媒体としてのエンジン冷却水の入口３６Ｃ及び出口３６Ｄと、内部の上部空間を大気開放する開放口３６Ｅと、が夫々形成される。また、天蓋３６には、その長手方向の中央部から他端部にかけて、尿素水溶液の残量を検出する水位計３８の基部３８Ａと、尿素水溶液の濃度を検出する濃度計４０の基部４０Ａと、がボルト４２により夫々締結される。水位計３８は、横断面が円形をなす内側電極及び外側電極を同心に配置し、両電極間の静電容量変化から尿素水溶液の水位を検出するもので、その基部３８Ａから容器本体２４Ａの底部に向かって、内側電極及び外側電極からなる検出部３８Ｂが垂下される。一方、濃度計４０は、離間した２点間の温度伝達特性から尿素水溶液の濃度を検出するもので、容器本体２４Ａの底部に検出部４０Ｂが位置するように、その基部４０Ａから検出部４０Ｂが垂下される。
エンジン冷却水の入口３６Ｃと出口３６Ｄとは、容器本体２４Ａ内に配設される熱交換器４４により相互接続される。熱交換器４４は、略Ｕ字形状の管材を、容器本体２４Ａの底部において水位計３８及び濃度計４０を取り囲むように屈曲形成させると共に、その先端屈曲部４４Ａを、天蓋３６に固定された金属製のブラケット４６により支持させたものである。このように、エンジン冷却水の入口３６Ｃと出口３６Ｄとを相互接続する略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して熱交換器４４を構成すれば、液体還元剤容器内における熱交換器４４の全長が長くなり、液体還元剤との間で効率的に熱交換を行うことができる。
また、熱交換器４４の下部には、還元剤容器２４内で凍結した尿素水溶液の氷片から水位計３８及び濃度計４０を保護するように、上面のみが開口する略箱型形状のプロテクタ４８が固定される。このようにすれば、尿素水溶液の氷片が還元剤容器２４内で暴れても、例えば、これが濃度計４０の検出部４０Ｂに激突することがなく、破損による故障発生などを未然に防止することができる。
ここで、本発明の特徴をなす構成として、尿素水溶液の供給口３６Ａには、図３に示すように、尿素水溶液から異物を濾過するストレーナ５０が取り付けられる。ストレーナ５０は、天蓋３６に対して略垂直に取り付けられる略円筒形状のケース５０Ａと、ケース５０Ａの上端部からその内部に着脱可能に挿入されるエレメント５０Ｂと、ケース５０Ａの上端部に着脱可能に螺合されるキャップ５０Ｃと、を含んで構成される。ケース５０Ａの下端部には、容器本体２４Ａの底部から尿素水溶液を吸い込む吸込管５２が接続される。吸込管５２は、熱交換器４４と熱交換すべく、図２に示すように、エンジン冷却水の入口３６Ｃに接続される管材に沿わせるように配置される。エレメント５０Ｂは、その横断面が略円形をなし、その基端部にケース５０Ａに対する挿入長さを規制するためのフランジが形成される。なお、エレメント５０Ｂは、効率よく異物を濾過すべく、濾過面積を増加させる形状、例えば、図４（Ａ）に示すように、横断面を形成する輪郭の一部が内方へと凹んだ略星型形状、同図（Ｂ）に示すように、軸方向の先端部が基端部に向けて凹んだ形状に形成するようにしてもよい。また、キャップ５０Ｃの頭部には、尿素水溶液の供給口３６Ａ、即ち、供給配管２６の接続部が形成される。
さらに、ストレーナ５０のケース５０Ａは、図５に示すように、容器本体２４Ａの内部において、金属板からなる連結部材５４により、熱交換器４４を構成する管材と連結するようにしてもよい。このとき、連結部材５４は、同図（Ｂ）に示すように、ストレーナ５０と熱交換器４４との間に閉塞横断面を形成する形状、具体的には、略Ｕ字形状の横断面を有する形状にすることが望ましい。このようにすれば、熱交換器４４からストレーナ５０に伝達される熱により、その内部の尿素水溶液が加熱されるので、例えば、ストレーナ５０のキャップ５０Ｃが走行風に晒されたとしても、尿素水溶液が凍結することが抑制される。また、連結部材５４によりストレーナ５０と熱交換器４４との間に閉塞横断面を形成するようにすれば、熱交換器４４からの熱が閉じ込められ、ストレーナ５０を効率的に加熱することが可能となり、尿素水溶液の凍結抑制の実効を図ることができる。
かかる還元剤容器２４によれば、尿素水溶液から異物を濾過するストレーナ５０が天蓋３６と一体化されているため、ストレーナ５０の全体が外気、特に、走行風に晒されることがなく、その内部に存在する尿素水溶液の凍結を抑制することができる。このため、寒冷地であっても、尿素水溶液の噴射供給が不可能となることが少なく、排気浄化装置の機能を確保することができる。従って、尿素水溶液の凍結を抑制しつつ、その濾過の実効を図ることができる。
また、ストレーナ５０のエレメント５０Ｂにより濾過された異物は、次のようにして除去することができる。即ち、図６（Ａ）に示すように、尿素水溶液の供給口３６Ａから供給配管２６を取り外す。そして、同図（Ｂ）に示すように、ストレーナ５０のキャップ５０Ｃを取り外し、ケース５０Ａに挿入されているエレメント５０Ｂを上方へと抜き取る。そして、エレメント５０Ｂに付着している異物を水などで洗浄した後、エレメント５０Ｂをケース５０Ａに挿入し、その上端部にキャップ５０Ｃを螺合して固定する。このため、エレメント５０Ｂの清掃が容易に行われ、ストレーナ５０による異物濾過機能を容易かつ安定して維持することができる。
なお、本発明は、尿素水溶液を液体還元剤として使用する排気浄化装置に限らず、炭化水素を主成分とするガソリン，軽油，アルコールなどを液体還元剤として使用するものにも適用可能であることはいうまでもない。
本発明の適用対象である排気浄化装置の全体構成図 還元剤容器及びその内部配置を示す斜視図 ストレーナの詳細を示す断面図 エレメントの他の実施形態を示し、（Ａ）は第１実施形態の説明図、（Ｂ）は第２実施形態の説明図 ストレーナと熱交換器とを連結する連結部材を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は要部断面図 ストレーナのエレメントの清掃方法を示し、（Ａ）は第１工程の説明図、（Ｂ）は第２工程の説明図
符号の説明
１０ エンジン
２４ 還元剤容器
２４Ａ 容器本体
３６ 天蓋
３６Ａ 尿素水溶液の供給口
４４ 熱交換器
５０ ストレーナ
５０Ａ ケース
５０Ｂ エレメント
５０Ｃ キャップ
５２ 吸込管
５４ 連結部材

Claims (6)

  1. 容器本体の天板に、少なくとも、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器と、液体還元剤から異物を濾過するストレーナと、を夫々取り付ける一方、前記ストレーナに、前記容器本体の内部から液体還元剤を吸い込む吸込管を接続すると共に、異物を濾過した液体還元剤の供給口を形成したことを特徴とする還元剤容器の構造。
  2. 前記容器本体の内部において、前記ストレーナと熱交換器とを金属板からなる連結部材で連結したことを特徴とする請求項１記載の還元剤容器の構造。
  3. 前記連結部材は、前記ストレーナと熱交換器との間に閉塞横断面を形成する形状をなしていることを特徴とする請求項２記載の還元剤容器の構造。
  4. 前記ストレーナは、前記天板に対して略垂直に取り付けられる略円筒形状のケースと、該ケースの上端部からその内部に着脱可能に挿入されるエレメントと、前記ケースの上端部に着脱可能に螺合されるキャップと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の還元剤容器の構造。
  5. 前記エレメントは、軸方向の先端部が基端部に向けて凹んだ形状をなしていることを特徴とする請求項４記載の還元剤容器の構造。
  6. 前記エレメントは、その横断面を形成する輪郭の一部が内方へと凹んだ形状をなしていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の還元剤溶液の構造。
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