JP2006170013A - Exhaust gas processing equipment for engine and processing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remove NOx by compact constitution and a low power consumption, in a full operation region extending from a low load region, where an exhaust gas temperature and an exhaust gas amount are low, to a high load region where an exhaust gas temperature and an exhaust gas amount are high. <P>SOLUTION: Exhaust gas processing equipment is provided with an exhaust gas flue 5 of an engine; a NOx removal catalyst reactor 6 situated in the exhaust gas flue; and an injection valve injecting urea water for feeding it. The equipment is constituted such that by-pass means for exhaust gas is situated; a first injection valve 50 to inject urea water is situated in a passage 72a for by-pass exhaust gas, carburetors 61a and 62a to heat urea water, injected by the first injection valve, into urea vapor are provided; a second injection valve 30 for injecting urea water is situated on the downstream side of the carburetor; and urea vapor produced from urea water spray injected from the first injection valve 50 when an exhaust gas temperature is low is fed to the exhaust gas flue 5 and urea water spray injected from the second injection valve 30 when an exhaust gas temperature is high is fed to the exhaust gas flue. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、排気処理装置および処理方法に係り、特に、還元剤として尿素水を用い、排気中の窒素酸化物を効率良く除去することができる排気処理装置および処理方法に関する。   The present invention relates to an exhaust treatment device and a treatment method, and more particularly, to an exhaust treatment device and a treatment method that can efficiently remove nitrogen oxides in exhaust gas using urea water as a reducing agent.

大型トラック、バス等のディーゼルエンジンから、排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(以下、NOxと記す)は、光化学スモッグの原因となる物質である。これらを排出する車両に対してNOxの排出規制が強化されるため、排気脱硝装置の設置が急務となっている。その除去(脱硝)方法として、毒性の無い尿素を還元剤として使用し、NOxを高効率で低減し得るようにすることが検討されている。   Nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in exhaust gas discharged from diesel engines such as heavy trucks and buses are substances that cause photochemical smog. Since NOx emission regulations are strengthened for vehicles that discharge these, installation of exhaust denitration devices is urgently required. As a removal (denitration) method, it has been studied to use non-toxic urea as a reducing agent so that NOx can be reduced with high efficiency.

たとえば、還元剤に尿素水を利用し、比較的低い温度領域から高いNOx低減率を得られるようにするために排気管内に配設されたNOx還元触媒を装備し、且つNOx還元触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加するように構成した排気浄化装置において、排気管の長手方向における尿素水の添加位置とNOx還元触媒との間に尿素分解触媒を設け、尿素水を前段の尿素分解触媒にてアンモニアと二酸化炭素に分解させ、これにより得られた反応性の高いアンモニアによりNOxを効率良く還元処理する。このように、尿素水をそのままNOxと反応させる場合よりも比較的低い温度領域からNOxを還元浄化させることを可能とした排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, urea water is used as a reducing agent, and a NOx reduction catalyst disposed in the exhaust pipe is provided in order to obtain a high NOx reduction rate from a relatively low temperature range, and upstream of the NOx reduction catalyst In the exhaust gas purification apparatus configured to add urea water as a reducing agent, a urea decomposition catalyst is provided between the urea water addition position in the longitudinal direction of the exhaust pipe and the NOx reduction catalyst, and the urea water is decomposed in the preceding stage. The catalyst is decomposed into ammonia and carbon dioxide, and NOx is efficiently reduced by the highly reactive ammonia obtained thereby. Thus, there has been proposed an exhaust purification device capable of reducing and purifying NOx from a relatively low temperature range compared with the case of reacting urea water with NOx as it is (see, for example, Patent Document 1).

また、上述した排気浄化装置の尿素分解触媒を配設しない排気浄化装置として、尿素SCRシステムが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
特開2002−161732号公報 小高松男著「超低エミッションディーゼル機関への挑戦」日本機械学会誌、2002.10 Vol.105 No.1007、P.23
In addition, a urea SCR system has been proposed as an exhaust purification device that does not include the urea decomposition catalyst of the exhaust purification device described above (see, for example, Non-Patent Document 1).
JP 2002-161732 A Kodaka Matsuo “Challenge to Ultra Low Emission Diesel Engine” Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2002.10 Vol. 105 No. 1007, p. 23

上述した特許文献1に示すような従来の技術は、尿素水の添加位置とNOx還元触媒の間に尿素分解触媒を配設し、尿素分解触媒へ直接尿素水を添加(噴射)する構成である。これにより、尿素分解触媒にて尿素水をアンモニアと二酸化炭素に分解し、分解したアンモニアでNOxをNOx還元触媒上にて反応させ、NOxを効率良く還元処理している。   The conventional technique as shown in Patent Document 1 described above is a configuration in which a urea decomposition catalyst is disposed between the urea water addition position and the NOx reduction catalyst, and urea water is directly added (injected) to the urea decomposition catalyst. . Thus, urea water is decomposed into ammonia and carbon dioxide by the urea decomposition catalyst, and NOx is reacted on the NOx reduction catalyst with the decomposed ammonia, so that NOx is efficiently reduced.

しかし、尿素水を直接尿素分解触媒へ供給するために、尿素分解触媒へ尿素水を均一に分散供給することが難しい。また、尿素水の尿素分解触媒上での分解には、比較的時間を費やすことが懸念される。これらのことから、尿素分解触媒へは、尿素水を排気ガスと気化、混合促進が容易な尿素蒸気等で供給することが好ましい。   However, since urea water is directly supplied to the urea decomposition catalyst, it is difficult to uniformly distribute urea water to the urea decomposition catalyst. Further, there is a concern that it takes a relatively long time to decompose urea water on the urea decomposition catalyst. From these facts, it is preferable to supply urea water to the urea decomposition catalyst by urea vapor or the like which is easy to vaporize and promote mixing with exhaust gas.

その手段として、噴射ノズルから尿素分解触媒までを所定距離確保し、尿素水が尿素分解触媒に到達するまでの間に排気ガスの排熱によって尿素水を加熱・気化促進する手法があるが、発明者らの計算によると噴射された尿素水噴霧が気化するには、排気ガスの所定流速時に尿素水噴霧の液滴径100μm程度では、たとえば煙道長さを1.5m程度必要となる。また、液滴径200μm程度の場合には、6.2m程度の煙道長さが必要である。これは、システムの大型化につながり車載には好ましくない。   As a means for that, there is a method of securing a predetermined distance from the injection nozzle to the urea decomposition catalyst and heating and promoting vaporization of the urea water by exhaust heat of the exhaust gas until the urea water reaches the urea decomposition catalyst. According to their calculations, in order to vaporize the injected urea water spray, for example, when the urea water spray has a droplet diameter of about 100 μm at a predetermined flow rate of the exhaust gas, a flue length of about 1.5 m is required. When the droplet diameter is about 200 μm, a flue length of about 6.2 m is required. This leads to an increase in the size of the system and is not preferable for in-vehicle use.

また、排気ガスの排熱から気化のための熱量を得る手段は、排気ガス温度が高いときにNOxが大量に発生することを鑑みると有効な方法ともいえるが、エンジン始動時は排気ガス温度が低く、排気ガス量も少ないため、十分に気化促進が図られない。よって、始動時等の低温時には、効率的にNOxを還元浄化させることが難しい。   The means for obtaining the amount of heat for vaporization from the exhaust heat of the exhaust gas can be said to be an effective method in view of the fact that a large amount of NOx is generated when the exhaust gas temperature is high. Since it is low and the amount of exhaust gas is small, vaporization cannot be promoted sufficiently. Therefore, it is difficult to efficiently reduce and purify NOx at low temperatures such as at the time of starting.

つぎに、大型トラック、バスなどディーゼルエンジンを搭載した車両に、尿素水を気化し、加水分解したアンモニアを脱硝触媒反応の還元剤として用いた排気処理装置を適用する場合、たとえば、ある運転状態での所定量の尿素水(50cc/min、32.5wt%、25℃)を気化し加水分解するために、最低限必要な熱量は2.4kW程度である。車載バッテリからこれだけの電力を得るのは困難である。   Next, when applying an exhaust treatment device using vaporized urea water and hydrolyzed ammonia as a reducing agent in a denitration catalytic reaction to a vehicle equipped with a diesel engine such as a large truck or bus, for example, in a certain operating state In order to vaporize and hydrolyze a predetermined amount of urea water (50 cc / min, 32.5 wt%, 25 ° C.), the minimum amount of heat is about 2.4 kW. It is difficult to obtain this amount of power from the vehicle battery.

本発明の目的は、還元剤として取り扱いが容易な、たとえば尿素水を用い、始動時などの低排気ガス温度で少排気ガス量の低負荷領域から、高排気ガス温度で多排気ガス量の高負荷領域までの全運転領域対応と、コンパクトな構成で応答性が良く、および低消費電力として車載用に適したNOxを除去することができる排気処理装置および処理方法を提供することにある。   The object of the present invention is to use, for example, urea water, which is easy to handle as a reducing agent, from a low load region with a low exhaust gas temperature and a low exhaust gas amount at the time of starting, etc. It is an object of the present invention to provide an exhaust treatment device and a treatment method capable of removing NOx suitable for in-vehicle use as a low-power-consumption with a response that is compatible with the entire operation region up to the load region and a compact configuration.

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を気化させて尿素蒸気として前記排気煙道に供給し、
エンジンの高負荷領域である高排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した微粒化した尿素水噴霧を前記排気煙道に供給する構成とする。
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue An exhaust treatment device comprising:
When the exhaust gas temperature is a low load region of the engine, the urea water spray injected from the injection valve is vaporized and supplied as urea vapor to the exhaust flue,
When the exhaust gas temperature is a high load region of the engine, the atomized urea water spray injected from the injection valve is supplied to the exhaust flue.

また、前記排気処理装置において、前記低排気温度のときに、加熱手段を有する気化器によって前記尿素水噴霧を気化促進させて尿素蒸気を供給する構成とする。   In the exhaust treatment apparatus, urea vapor is supplied by promoting vaporization of the urea water spray by a vaporizer having a heating unit at the low exhaust temperature.

また、エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
前記排気煙道を流れる排気ガスの一部を分流する分流手段を設け、
前記分流手段によって分流された分流排気ガスの流れる通路に尿素水を噴射する第1の噴射弁を設置し、
前記第1の噴射弁によって噴射された尿素水を加熱して尿素蒸気とする気化器と、前記気化器内または前記分流排気ガス通路下流側にアンモニアガスを生成する加水分解触媒を配設し、
前記加水分解触媒の前記分流排気ガス通路下流側に尿素水を噴射する第2の噴射弁を設置し、
前記第2の噴射弁の下流側に前記分流排気ガス通路が前記排気煙道に連通する尿素蒸気、尿素水噴霧またはアンモニアガスの出口部を配設し、
エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記第1の噴射弁から噴射した尿素水噴霧から生成された尿素蒸気及び/又はアンモニアガスを前記出口部を通して前記排気煙道に供給し、
エンジンの高負荷領域である高排気温度のときに、前記第2の噴射弁から噴射した尿素水噴霧を前記出口部を通して前記排気煙道に供給する構成とする。
Also, an exhaust flue for guiding engine exhaust gas, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue for reducing nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust An exhaust treatment device comprising an injection valve for supplying to the flue,
Providing a diversion means for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust flue;
Installing a first injection valve for injecting urea water into a passage through which the divided flow exhaust gas divided by the flow dividing means flows;
A vaporizer that heats urea water injected by the first injection valve to form urea vapor, and a hydrolysis catalyst that generates ammonia gas in the vaporizer or downstream of the diverted exhaust gas passage;
Installing a second injection valve for injecting urea water downstream of the split exhaust gas passage of the hydrolysis catalyst;
An outlet portion of urea vapor, urea water spray or ammonia gas in which the diverted exhaust gas passage communicates with the exhaust flue is disposed downstream of the second injection valve;
Supplying urea vapor and / or ammonia gas generated from urea water spray injected from the first injection valve to the exhaust flue through the outlet when the exhaust gas temperature is a low load region of the engine;
The urea water spray injected from the second injection valve is supplied to the exhaust flue through the outlet when the exhaust gas temperature is a high load region of the engine.

本発明によると、エンジンの運転状態が、低負荷領域(低排気温度)から高負荷領域(高排気温度)まで脱硝触媒へ尿素蒸気およびアンモニアガスを供給可能であるために、エンジンの全運転領域にて排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を効率良く除去(脱硝)することができる。   According to the present invention, since the operating state of the engine can supply urea vapor and ammonia gas to the denitration catalyst from a low load region (low exhaust temperature) to a high load region (high exhaust temperature), Can efficiently remove (denitrate) nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.

さらに、尿素水を気化する気化器は、低負荷領域(低排気温度)にのみ使用するために、気化すべき尿素水の量が少なく無駄な電力を使用する必要が無く、低消費電力であり、コンパクトな構成の排気処理装置および排気ガス処理方法を提供することができる。   Furthermore, since the vaporizer that vaporizes urea water is used only in the low load region (low exhaust temperature), the amount of urea water to be vaporized is small and it is not necessary to use wasteful power, and the power consumption is low. An exhaust treatment apparatus and an exhaust gas treatment method having a compact configuration can be provided.

本発明の第1、第2及び第3の実施形態に係る排気処理装置について、図1〜図10を参照しながら以下詳細に説明する。   Exhaust treatment apparatuses according to first, second, and third embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.

「第1の実施形態」
本発明の第1の実施形態に係る排気処理装置について、図1〜図4を参照しながら以下説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る排気処理装置の全体構成を示す図である。図2は図1に示す排気処理装置のA部の拡大図である。図3は本発明の第1の実施形態に係る排気処理装置の動作を説明する図である。図4は本発明の実施形態に係る排気処理装置における、脱硝触媒入口温度と脱硝率との関係を示す図である。
“First Embodiment”
An exhaust treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an exhaust treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of part A of the exhaust treatment apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the exhaust treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the denitration catalyst inlet temperature and the denitration rate in the exhaust treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.

図1において、ディーゼルエンジン1は、コントロールユニット2に入力する各種信号に基づき燃料噴射量と噴射タイミングを決定している。また、図示しないEGRバルブ、これと併用してEGR率の制御範囲を広げるための吸気スロットルを有している。   In FIG. 1, the diesel engine 1 determines the fuel injection amount and the injection timing based on various signals input to the control unit 2. In addition, an EGR valve (not shown) and an intake throttle for expanding the control range of the EGR rate in combination with the EGR valve are provided.

ディーゼルエンジン1から排出される排気ガス8の通路である煙道3内下流には、黒煙粒子状物質等の微粒子を除去するための微粒子除去装置DPF(Diesel Particulate Filter)4が煙道3と煙道5の間に設置され、その下流の煙道5と煙道7の間には、脱硝触媒(SCR:Selective Catalytic Reduction:選択還元型NOx触媒)6が配設される。さらにその下流には、図示しないマフラー等が配設されている。また、煙道5には、尿素蒸気出口部71が配設され、その下流には混合促進材11が配設されている。   A fine particle removal device DPF (Diesel Particulate Filter) 4 for removing fine particles such as black smoke particulate matter is connected to the flue 3 at the downstream side of the flue 3 which is a passage of the exhaust gas 8 discharged from the diesel engine 1. A denitration catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction: selective reduction NOx catalyst) 6 is disposed between the flue 5 and the flue 7 downstream of the flue 5. Further, a muffler or the like (not shown) is disposed downstream thereof. The flue 5 is provided with a urea vapor outlet 71, and a mixing accelerator 11 is provided downstream thereof.

そして、DPF4の下流側の煙道5には、分流管入口73が開口し、分流ガス9aが流入する構成である。分流管入口73下流側には、分流管72aを介して旋回室65aが配設されいる。旋回室65a内には旋回部材59aが配設されている(図2を参照)。旋回室65aおよび旋回部材59aの下流側には、ヒータホルダー60a内に内蔵された伝熱管62a内面で構成された通路66が配設され、通路66内の下流側には、加水分解触媒63aが配設されている。   Then, the branch pipe inlet 73 is opened in the flue 5 on the downstream side of the DPF 4, and the shunt gas 9a flows in. A swirl chamber 65a is disposed on the downstream side of the diversion pipe inlet 73 via the diversion pipe 72a. A swivel member 59a is disposed in the swirl chamber 65a (see FIG. 2). On the downstream side of the swirl chamber 65a and the swivel member 59a, a passage 66 composed of the inner surface of the heat transfer tube 62a built in the heater holder 60a is disposed, and on the downstream side of the passage 66, a hydrolysis catalyst 63a is provided. It is arranged.

ここで、還元剤である尿素水13が、サブ噴射弁50から噴霧58として、伝熱管62a内の通路66に噴射供給されるごとく、冷却ホルダー52内に配設されたサブ噴射弁50が旋回室65aおよび旋回部材59aの上流側に配設されている。なお、ヒータホルダー60aと冷却ホルダー52の間には、断熱部材57が配設されている。さらに冷却ホルダー52内には、サブ噴射弁50の外周部に沿って所定空間を持った冷却水空間53が形成されている。   Here, as the urea water 13 as the reducing agent is sprayed and supplied from the sub-injection valve 50 as the spray 58 to the passage 66 in the heat transfer tube 62a, the sub-injection valve 50 disposed in the cooling holder 52 rotates. It is arrange | positioned in the upstream of the chamber 65a and the turning member 59a. A heat insulating member 57 is disposed between the heater holder 60a and the cooling holder 52. Further, a cooling water space 53 having a predetermined space is formed in the cooling holder 52 along the outer peripheral portion of the sub injection valve 50.

つぎに、加水分解触媒63a下流には、分流管70内部で構成される通路67aが配設されている。通路67aは、尿素蒸気出口部71を介して煙道5と連通している。また、尿素蒸気出口部71下流側の煙道5内には、混合促進材11が配設されている。   Next, a passage 67a configured inside the branch pipe 70 is disposed downstream of the hydrolysis catalyst 63a. The passage 67 a communicates with the flue 5 through the urea vapor outlet portion 71. Further, a mixing promoting material 11 is disposed in the flue 5 on the downstream side of the urea vapor outlet portion 71.

ここで、還元剤である尿素水13が、メイン噴射弁30から噴霧38として、分流管70内の通路67aに噴射供給されるごとく、冷却ホルダー32内に配設されたメイン噴射弁30が分流管70の上流側に配設されている。なお、分流管70と冷却ホルダー32の間には、断熱部材37が配設されている。断熱部材37には、後述するメイン噴射弁30から噴射される噴霧38が通過可能なごとく噴孔36が穿かれている。さらに冷却ホルダー32内には、噴射弁30の外周側に沿って所定空間を持った冷却水空間33が形成されている。   Here, as the urea water 13 as the reducing agent is sprayed and supplied from the main injection valve 30 as the spray 38 to the passage 67a in the branch pipe 70, the main injection valve 30 disposed in the cooling holder 32 splits. Arranged upstream of the tube 70. A heat insulating member 37 is disposed between the branch pipe 70 and the cooling holder 32. The heat insulating member 37 is formed with an injection hole 36 so that a spray 38 injected from a main injection valve 30 to be described later can pass. Further, a cooling water space 33 having a predetermined space is formed in the cooling holder 32 along the outer peripheral side of the injection valve 30.

排気処理装置120a内を通過する分流ガス9a流れは、DPF4下流の煙道5上流部の分流管入口73から流入し、煙道5下流部の尿素蒸気出口部71から煙道5に再び戻る構成である。すなわち、煙道5に配設された分流管入口73を介して、分流管72a、旋回室65aおよび旋回部材59a、通路66、加水分解触媒63a、通路67a、尿素蒸気出口部71、そして、分流管入口73より下流側の煙道5に連通する構成である。   The flow of the diverted gas 9a passing through the exhaust treatment device 120a flows in from the diversion pipe inlet 73 upstream of the flue 5 downstream of the DPF 4 and returns to the flue 5 again from the urea vapor outlet 71 downstream of the flue 5 It is. That is, through the branch pipe inlet 73 disposed in the flue 5, the branch pipe 72a, the swirl chamber 65a and the swivel member 59a, the passage 66, the hydrolysis catalyst 63a, the passage 67a, the urea vapor outlet 71, and the branch flow This is a structure communicating with the flue 5 on the downstream side of the pipe inlet 73.

さらに、煙道5内である尿素蒸気出口部71下流側には、混合促進材11が配設されている。混合促進材11は、軸流方向に所定長さを持った円筒状のリング外周面に複数枚の翼が形成された形状であり、排気10流れおよび混合ガス9d流れを煙道5内で旋回流に変えて、両流体の混合を促進するための部材である。   Further, the mixing promoting material 11 is disposed on the downstream side of the urea vapor outlet portion 71 in the flue 5. The mixing promoting member 11 has a shape in which a plurality of blades are formed on the outer peripheral surface of a cylindrical ring having a predetermined length in the axial direction, and the exhaust 10 flow and the mixed gas 9d flow are swirled in the flue 5. It is a member for promoting the mixing of both fluids instead of the flow.

さらに、煙道5,7内には、排気温センサ19、NOxセンサ20、NHセンサ21が配設されている。また、エンジンにはエンジンクランクセンサ等の各種センサが配設されている。これらのセンサからの出力信号をもとに、ディーゼルエンジン1の運転条件等を把握し、ヒータ61aの最適設定温度やメイン噴射弁30、サブ噴射弁50の噴射量の制御を行っている。 Further, an exhaust temperature sensor 19, a NOx sensor 20, and an NH 3 sensor 21 are disposed in the flues 5 and 7. The engine is provided with various sensors such as an engine crank sensor. Based on the output signals from these sensors, the operating conditions of the diesel engine 1 are grasped, and the optimum set temperature of the heater 61a and the injection amounts of the main injection valve 30 and the sub injection valve 50 are controlled.

つぎに、尿素水タンク12から噴射弁30,50等に供給される尿素水13の供給経路につき説明する。尿素水タンク12に蓄えられた尿素水13は、フィルタ15、ポンプ14、配管17aから分岐した配管17b、尿素水入口31を介して、メイン噴射弁30へ圧送される。一方、配管17aから分岐した配管17c内を流入する尿素水13は、尿素水入口51を介して、サブ噴射弁50へ圧送される。メイン噴射弁30、サブ噴射弁50への尿素水供給圧力は、レギュレータ16にて所定尿素水圧力に調圧されている。   Next, the supply path of the urea water 13 supplied from the urea water tank 12 to the injection valves 30 and 50 will be described. The urea water 13 stored in the urea water tank 12 is pumped to the main injection valve 30 through the filter 15, the pump 14, the pipe 17b branched from the pipe 17a, and the urea water inlet 31. On the other hand, the urea water 13 flowing into the pipe 17 c branched from the pipe 17 a is pumped to the sub injection valve 50 via the urea water inlet 51. The urea water supply pressure to the main injection valve 30 and the sub injection valve 50 is adjusted to a predetermined urea water pressure by the regulator 16.

一方、レギュレータ16にて調圧した後の戻り尿素水は、配管18aを通過して、冷却ホルダー32に穿たれた冷却水入口34から冷却水空間33に流入した後、冷却水出口35から配管18bへ流出する。つぎに、配管18bに流出した尿素水は、冷却ホルダ−52に穿たれた冷却水入口54から冷却水空間53に流入し、冷却水出口55から配管18cへ流出する。そして、配管18cに流出された尿素水は、タンク12内へ戻る構成である。この調圧した後の戻り尿素水の流れによって、電磁噴射弁であるメイン噴射弁30およびサブ噴射弁50の冷却を促進し、排気熱による各噴射弁30,50の磁気回路を安定して動作させるとともに、各噴射弁30,50内にて尿素水13の析出を防止させる構成である。これによって、安定して各噴射弁30、50より、尿素水噴霧38,58を煙道5内に供給可能となる。   On the other hand, the return urea water after being regulated by the regulator 16 passes through the pipe 18 a, flows into the cooling water space 33 from the cooling water inlet 34 formed in the cooling holder 32, and then pipes from the cooling water outlet 35. It flows out to 18b. Next, the urea water flowing out to the pipe 18b flows into the cooling water space 53 from the cooling water inlet 54 formed in the cooling holder 52, and flows out from the cooling water outlet 55 to the pipe 18c. The urea water that has flowed out to the pipe 18 c is configured to return into the tank 12. Cooling of the main injection valve 30 and the sub injection valve 50, which are electromagnetic injection valves, is promoted by the flow of the returning urea water after the pressure adjustment, and the magnetic circuits of the injection valves 30 and 50 are stably operated by exhaust heat. In addition, the urea water 13 is prevented from being precipitated in each of the injection valves 30 and 50. As a result, the urea water sprays 38 and 58 can be stably supplied into the flue 5 from the respective injection valves 30 and 50.

図2は、図1中のA部拡大図を示す。図2を用いて排気処理装置120aの詳細な構成および排気ガス流れとメイン噴射弁30およびサブ噴射弁50から噴射された尿素水噴霧38,58と排気ガス流れ9aとの混合ガス流れ9b,9c等につき説明する。   FIG. 2 shows an enlarged view of part A in FIG. The detailed configuration of the exhaust treatment device 120a and the exhaust gas flow, and the mixed gas flows 9b and 9c of the urea water sprays 38 and 58 injected from the main injection valve 30 and the sub injection valve 50 and the exhaust gas flow 9a are used with reference to FIG. Etc.

ディーゼルエンジン1から排出された排気ガス8は、DPF4を通過後、煙道5上流部に配設された分流管入口73を介して流入すると分流ガス9aと煙道5内へ流入する排気ガス10に分流される。分流ガス9aは、分流管72aを通過し、旋回室65aに流入する。ここで、旋回室65a内には旋回部材59aが配設されている。そのために、分流ガス9aは旋回部材59aを通過し、その下流に配設された通路66へ旋回流となって流入する。   The exhaust gas 8 discharged from the diesel engine 1 passes through the DPF 4 and then flows through the branch pipe inlet 73 disposed in the upstream portion of the flue 5. Then, the exhaust gas 10 flows into the shunt gas 9 a and the flue 5. To be diverted to The diversion gas 9a passes through the diversion pipe 72a and flows into the swirl chamber 65a. Here, a swivel member 59a is disposed in the swirl chamber 65a. For this purpose, the diverted gas 9a passes through the swiveling member 59a and flows into the passage 66 disposed downstream thereof as a swirling flow.

また、エンジンの運転状態(主に窒素酸化物(以下、NOxと記す)の排出量、排気温度等)に応じて、冷却ホルダー52内に配設されたサブ噴射弁50から、伝熱管62a内部である通路66に向けて、尿素水噴霧58を噴射する。したがって、尿素水噴霧58は分流ガス9a流れにのって、伝熱管62a内面の通路66内を旋回流れとして通過する。通路66内を旋回しながら通過するため、通路66内壁面に接触する時間が確保でき、通路66内壁面から噴霧58への熱伝達が促進でき効率的に噴霧58の気化促進が図られる。   Further, from the sub-injection valve 50 disposed in the cooling holder 52 in accordance with the engine operating state (mainly nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) emission amount, exhaust temperature, etc.), the inside of the heat transfer tube 62a. The urea water spray 58 is sprayed toward the passage 66 that is. Therefore, the urea water spray 58 passes as a swirling flow in the passage 66 on the inner surface of the heat transfer tube 62a along the flow of the diverted gas 9a. Since it passes through the inside of the passage 66 while swirling, it is possible to secure a time for contacting the inner wall surface of the passage 66, promote heat transfer from the inner wall surface of the passage 66 to the spray 58, and efficiently promote vaporization of the spray 58.

ここで、伝熱管62aの外壁面には、発熱体であるヒータ61aが配設されている。ヒータ61aの外周部には、断熱効果を高めるために所定の空間64aが配設されている。さらに、空間64aの外周は、ヒータホルダー60aが配設されている。   Here, the heater 61a which is a heat generating body is arrange | positioned at the outer wall surface of the heat exchanger tube 62a. A predetermined space 64a is disposed on the outer periphery of the heater 61a in order to enhance the heat insulating effect. Further, a heater holder 60a is disposed on the outer periphery of the space 64a.

本実施形態ではヒータ61aにシーズヒータを適用し、図示しない温度センサによって検出されたヒータ温度を、温度調節器によって温度調整している。また、発熱体であるヒータ61aは、シーズヒータに限定するものではなく、伝熱管62a内壁面にて、尿素水を気化させるのに充分な発熱量を発生できる発熱体であれば良い。たとえば、発熱体にPTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor)ヒータのようなヒータを用いても良い。このヒータは、電極に電流を印加することにより、発熱を行うものであり、ヒータの温度が所定温度以上になると、電気抵抗が急増し電流が低下することにより、温度を一定に保持することのできるセラミックヒータである。この場合、ヒータが自己温度調節できるために、ヒータ温度調節のための温度センサは、必要無く装置の小型化が図れる。   In the present embodiment, a sheathed heater is applied to the heater 61a, and the temperature of the heater detected by a temperature sensor (not shown) is adjusted by a temperature controller. Further, the heater 61a, which is a heating element, is not limited to a sheathed heater, and may be any heating element that can generate a heat generation amount sufficient to vaporize urea water on the inner wall surface of the heat transfer tube 62a. For example, a heater such as a PTC (Positive Temperature Coefficient Thermistor) heater may be used as the heating element. This heater generates heat by applying an electric current to the electrodes. When the heater temperature exceeds a predetermined temperature, the electric resistance rapidly increases and the current decreases to keep the temperature constant. This is a ceramic heater. In this case, since the heater can adjust its own temperature, a temperature sensor for adjusting the heater temperature is unnecessary and the apparatus can be downsized.

さらに、伝熱管62aの外壁面に配設するヒータ61aをひとつに限定するものではなく、複数本のヒータを用いて伝熱管62aの温度制御を行っても構わない。これは、前記伝熱管62a外壁面に複数のシーズヒータを巻付け、部分的に伝熱管62aを温度調整できることにより、伝熱管62a内壁面に尿素水噴霧58が局所的に集中する領域に多量の熱量を供給でき、噴霧58が集中しない領域には、適度の熱量を供給することができるために、無駄な熱量を伝熱管62a内壁面へ供給することなく尿素水噴霧58を効率的に気化できるものである。   Furthermore, the heater 61a disposed on the outer wall surface of the heat transfer tube 62a is not limited to one, and the temperature of the heat transfer tube 62a may be controlled using a plurality of heaters. This is because a plurality of sheathed heaters are wound around the outer wall surface of the heat transfer tube 62a, and the temperature of the heat transfer tube 62a can be partially adjusted, so that a large amount of urea water spray 58 is locally concentrated on the inner wall surface of the heat transfer tube 62a. Since an appropriate amount of heat can be supplied to a region where the amount of heat can be supplied and the spray 58 is not concentrated, the urea water spray 58 can be efficiently vaporized without supplying unnecessary amount of heat to the inner wall surface of the heat transfer tube 62a. Is.

たとえば、噴霧58が最初に通路66内壁面に噴射(衝突)する場合、噴霧58が高温の分流ガス9aおよび高温の通路66内壁面に接する時間が短く、噴霧液滴の温度がさほど上昇していない。よって、噴霧58と通路66内壁面との温度差が大きく、比較的多量の熱量を必要とする。しかし、通路66下流に行くに従い、噴霧58は分流ガス9aおよび通路66内壁面から熱を受け、噴霧液滴の温度上昇が図られるとともに気化が促進される。よって、通路66内壁面の上流側領域は、比較的多量の発熱量を必要とし、その他の領域は、多量の発熱量を必要とせず、通路66内壁面において適正な発熱量分布や温度分布を持たせることが好ましい。
伝熱管62a内の下流側には、脱硝触媒6へ尿素水噴霧58およびその蒸気を加水分解し、NHガスを供給するためのハニカム状の加水分解触媒63aが配設されている。この加水分解触媒63aも伝熱管62a外周にまかれたヒータにより昇温することが可能であり、分流ガス9aが比較的低温時から加水分解触媒63aを早期活性化温度以上とすることが可能となり、比較的排気温度の低い時から脱硝率の向上が図れる。ここで、加水分解触媒63aは、ハニカム形状に限定するものではなく、ハニカム形状や板状のパラレルフロー型や粒状のものでも良い。
For example, when the spray 58 is first ejected (impacted) on the inner wall surface of the passage 66, the time for the spray 58 to contact the hot shunt gas 9a and the inner wall surface of the hot passage 66 is short, and the temperature of the spray droplets has increased so much. Absent. Therefore, the temperature difference between the spray 58 and the inner wall surface of the passage 66 is large, and a relatively large amount of heat is required. However, as it goes downstream of the passage 66, the spray 58 receives heat from the diverted gas 9a and the inner wall surface of the passage 66, thereby increasing the temperature of the spray droplets and promoting vaporization. Therefore, the upstream region of the inner wall surface of the passage 66 requires a relatively large amount of heat generation, and the other regions do not require a large amount of heat generation, and an appropriate heat generation amount distribution or temperature distribution is achieved on the inner wall surface of the passage 66. It is preferable to have it.
A honeycomb hydrolysis catalyst 63a for hydrolyzing the urea water spray 58 and its vapor and supplying NH 3 gas to the denitration catalyst 6 is disposed downstream of the heat transfer tube 62a. The hydrolysis catalyst 63a can also be heated by a heater wound around the outer periphery of the heat transfer tube 62a, so that the hydrolysis catalyst 63a can be brought to the early activation temperature or higher from the time when the diverted gas 9a is relatively low in temperature. The NOx removal rate can be improved from a relatively low exhaust temperature. Here, the hydrolysis catalyst 63a is not limited to a honeycomb shape, and may be a honeycomb-shaped or plate-shaped parallel flow type or granular.

さらに、加水分解触媒63a下流の分流管70内へは、メイン噴射弁30から煙道5内へ向かって直接に尿素水噴霧38を供給する構成である。その際、尿素水噴霧38は、分流ガス9aもしくは混合ガス9bと混合した後、混合ガス9cとなり尿素蒸気出口部71を通過する。その後、煙道5内を通過する排気10と混合促進しながら混合ガス9dとなって、煙道5内の尿素蒸気出口部71下流へ流入する。さらに、混合ガス9dは、混合促進材11を通過することよって、排気10と混合ガス9dが、より均一に混合促進されて、混合ガス22となる。   Further, the urea water spray 38 is directly supplied from the main injection valve 30 into the flue 5 into the branch pipe 70 downstream of the hydrolysis catalyst 63a. At that time, the urea water spray 38 is mixed with the diverted gas 9a or the mixed gas 9b, and then becomes the mixed gas 9c and passes through the urea vapor outlet 71. Thereafter, the mixed gas 9d is promoted to be mixed with the exhaust gas 10 passing through the flue 5 and flows downstream of the urea vapor outlet 71 in the flue 5. Further, the mixed gas 9d passes through the mixing promoting material 11, whereby the exhaust gas 10 and the mixed gas 9d are more uniformly mixed and promoted to become the mixed gas 22.

つぎに、図3を用いて、本発明の第1の実施形態に係る排気処理装置120aの動作を説明する。ディーゼルエンジン1において、エンジン1からの排気8の流量および温度は、運転状態に応じて変化する。その際に、排出されるNOx量も運転状態に応じて変化する。たとえば、一般的にエンジン1が低負荷運転の場合には、比較的排気流量も少なく排気温度も低く、NOx排出量も少ない。また、エンジン1が高負荷運転の場合には、排気流量も多く排気温度も高く、NOx排出量も多い。   Next, the operation of the exhaust treatment apparatus 120a according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the diesel engine 1, the flow rate and temperature of the exhaust 8 from the engine 1 change according to the operating state. At that time, the amount of NOx discharged also changes according to the operating state. For example, in general, when the engine 1 is in a low load operation, the exhaust flow rate is relatively small, the exhaust temperature is low, and the NOx emission amount is also small. Further, when the engine 1 is in a high load operation, the exhaust flow rate is high, the exhaust temperature is high, and the NOx emission amount is also large.

以上のようなエンジン1の運転状態であり、NOxの排出量に応じて還元剤である尿素水13を煙道5に供給(添加)する手法において、本実施形態では、エンジン1からの排気温度が比較的低温である300℃程度未満の場合、伝熱管62a外周部に配設されたヒータ61aへの通電を行い(ヒータON)、ヒータ61aを発熱させ、伝熱管62a内の通路66内壁面を加熱する。その際、エンジン1から排出されるNOx量に見合った、還元剤である尿素水噴霧58をサブ噴射弁50から通路66内へ所定量噴射する。よって、通路66内では、主にヒータ熱により尿素水噴霧58が尿素蒸気に気化促進されながら、加水分解触媒63aを通過する。   In the above-described method of operating the engine 1 and supplying (adding) urea water 13 as a reducing agent to the flue 5 in accordance with the NOx emission amount, the exhaust temperature from the engine 1 is used in the present embodiment. Is less than about 300 ° C., which is a relatively low temperature, the heater 61a disposed on the outer periphery of the heat transfer tube 62a is energized (heater ON), the heater 61a is heated, and the inner wall surface of the passage 66 in the heat transfer tube 62a Heat. At that time, a urea water spray 58 as a reducing agent corresponding to the amount of NOx discharged from the engine 1 is injected from the sub injection valve 50 into the passage 66 by a predetermined amount. Accordingly, in the passage 66, the urea water spray 58 passes through the hydrolysis catalyst 63a while being promoted to vaporize urea vapor mainly by the heater heat.

加水分解触媒63aを通過することにより、尿素水噴霧58の加水分解が促進されて、NHガスに変換される(加水分解触媒によってNHガスに100%変換されることにはならず、実際にはNHガスと尿素蒸気の混合気となる)。よって、尿素蒸気出口部71では、尿素水噴霧58は気化促進され、ほぼガス状態で通過する(図3上段グラフ<気化領域>)。そして、分流ガス9aとNHガスの混合ガス9bとして、分流管70内へ供給された後、尿素蒸気出口部71から煙道5へ供給される。その後、煙道5内に配設された混合促進材11にて、排気10と混合促進した後に混合ガス22として、脱硝触媒6へ供給される。この時、尿素水噴霧58を含む混合ガス22は、脱硝触媒6へ到達するまでには、気化促進された状態で供給される。 By passing through the hydrolysis catalyst 63a, the hydrolysis of the urea water spray 58 is promoted and converted to NH 3 gas (it is not 100% converted to NH 3 gas by the hydrolysis catalyst. Is a mixture of NH 3 gas and urea vapor). Therefore, the urea water spray 58 is promoted to vaporize at the urea vapor outlet portion 71 and passes almost in a gas state (upper graph <vaporization region> in FIG. 3). Then, after being supplied into the diverter pipe 70 as a mixed gas 9 b of the diverted gas 9 a and NH 3 gas, it is supplied from the urea vapor outlet portion 71 to the flue 5. Thereafter, after the mixture is promoted to be mixed with the exhaust gas 10 by the mixing accelerator 11 disposed in the flue 5, the mixed gas 22 is supplied to the denitration catalyst 6. At this time, the mixed gas 22 including the urea water spray 58 is supplied in a state where vaporization is promoted before reaching the denitration catalyst 6.

一方、排気温度が比較的高温である300℃程度以上の場合には、伝熱管62a外周部に配設されたヒータ61aへの通電はせず(ヒータOFF)、ヒータ61aによる伝熱管62a内の通路66内壁面の加熱は行わない。また、サブ噴射弁50からの通路66への尿素水噴霧58の供給は行わない。ここでは、エンジン1から排出されるNOx量に見合った還元剤である尿素水噴霧38をメイン噴射弁30から分流管70内の通路67aへ噴射する。   On the other hand, when the exhaust temperature is about 300 ° C. or higher, which is a relatively high temperature, the heater 61a disposed on the outer peripheral portion of the heat transfer tube 62a is not energized (heater OFF), and the heater 61a has a heat transfer tube 62a. The inner wall surface of the passage 66 is not heated. Further, the urea water spray 58 is not supplied from the sub injection valve 50 to the passage 66. Here, urea water spray 38 which is a reducing agent commensurate with the amount of NOx discharged from the engine 1 is injected from the main injection valve 30 into the passage 67a in the branch pipe 70.

ここで、通路67a内では、分流ガス9aの排気熱により気化促進されながら混合ガス9cとして尿素蒸気出口部71へ供給されるが、その際、混合ガス9cは完全に気化されず、尿素水噴霧の状態である(図3上段グラフ<噴霧領域>)。その後、煙道5内に配設された混合促進材11にて、排気10と混合促進した後に混合ガス22として脱硝触媒へ供給される。このとき、尿素水噴霧38を含む混合ガス22は、脱硝触媒6へ到達するまでに、メイン通路の高温の排気10の熱量によって、気化促進された状態で供給される。   Here, in the passage 67a, while being vaporized by the exhaust heat of the diverted gas 9a, the mixed gas 9c is supplied to the urea vapor outlet 71, but at that time, the mixed gas 9c is not completely vaporized, and the urea water spray (Upper graph <spray area> in FIG. 3). Thereafter, the mixture is promoted to be mixed with the exhaust gas 10 by the mixing accelerator 11 disposed in the flue 5 and then supplied to the denitration catalyst as a mixed gas 22. At this time, the mixed gas 22 containing the urea water spray 38 is supplied in a state where vaporization is promoted by the amount of heat of the hot exhaust gas 10 in the main passage before reaching the denitration catalyst 6.

なお、本実施形態において、排気温度300℃程度を境界条件にして、メイン噴射弁30およびサブ噴射弁50からの尿素水噴霧の噴射を制御したが、排気温度300℃近傍およびそれ以外の温度領域において、各噴射弁30,50から噴射される尿素水噴霧38,58の噴射量割合を調整することによっても、高いNOxの脱硝率を得ることが可能である。よって、ある排気温度領域に、どちらか一方の噴射弁のみから噴射すると限定するものではない。たとえば、図3中の排気温度250℃程度から300℃程度の排気温度条件において、伝熱管62aの外周部に配設されたヒータ61aを通電するとともに、メイン噴射弁30とサブ噴射弁50から噴射される尿素水噴霧38,58の噴射量を各々調整して、尿素蒸気出口部71に所定の割合にて尿素蒸気と噴霧を供給可能としても良い。   In this embodiment, urea water spray injection from the main injection valve 30 and the sub injection valve 50 is controlled using an exhaust temperature of about 300 ° C. as a boundary condition, but the exhaust temperature is in the vicinity of 300 ° C. and other temperature ranges. The NOx removal rate of high NOx can be obtained also by adjusting the injection amount ratio of the urea water sprays 38 and 58 injected from the injection valves 30 and 50. Therefore, it is not limited that the fuel is injected from only one of the injection valves into a certain exhaust temperature region. For example, in the exhaust temperature condition of about 250 ° C. to 300 ° C. in FIG. 3, the heater 61a disposed on the outer peripheral portion of the heat transfer tube 62a is energized and injected from the main injection valve 30 and the sub injection valve 50. It is also possible to adjust the injection amount of the urea water sprays 38 and 58 to be supplied to the urea steam outlet portion 71 at a predetermined rate so that urea steam and spray can be supplied.

ここで、メインおよびサブ噴射弁30,50は、噴霧の微粒化特性の優れた噴射弁噴孔の上流側にて、噴射流体を旋回供給し噴霧を供給する上流旋回式噴射弁を用いることが好ましい。しかし、噴射弁を上流旋回方式の噴射弁に限定するものではない。微粒化特性の優れた噴射弁であれば、多方式の噴射弁を用いることによっても本実施形態を実現することが可能である。   Here, the main and sub-injection valves 30 and 50 may use upstream swirl-type injection valves that swirl supply the injection fluid and supply the spray on the upstream side of the injection valve injection hole having excellent atomization characteristics of the spray. preferable. However, the injection valve is not limited to the upstream turning type injection valve. If the injection valve has excellent atomization characteristics, the present embodiment can be realized by using a multi-type injection valve.

上述したように、エンジン1の運転状態に応じて微粒化特性の優れた噴霧58を所定量噴射することによって、伝熱管62a内通路66上を噴霧58が分流ガス9aにのって旋回流となるために、通路66を軸流方向へそのまま通過する場合に比べ、より多くの尿素水噴霧58が気化可能となる。なお、本実施形態に用いたメインおよびサブ噴射弁30,50は、電磁弁を適用している。よって、噴射量は、電磁弁のデューティー制御によって噴射量を調整している。   As described above, by spraying a predetermined amount of the spray 58 having excellent atomization characteristics according to the operating state of the engine 1, the spray 58 is swirled on the shunt gas 9a on the passage 66 in the heat transfer tube 62a. Therefore, more urea water spray 58 can be vaporized as compared with the case where the passage 66 passes through the passage 66 in the axial direction as it is. In addition, the main and sub injection valves 30 and 50 used in this embodiment apply electromagnetic valves. Therefore, the injection amount is adjusted by duty control of the solenoid valve.

以上説明した構成および動作によれば、ディーゼルエンジン1から排出される排気8の温度条件によって、尿素蒸気出口部71を介して煙道5に供給される尿素水噴霧の形態を、尿素蒸気およびNHガス、もしくは尿素水噴霧とすることにより、エンジン1の全運転領域において、常に脱硝触媒へ還元剤である尿素水噴霧38,58を尿素蒸気もしくはNHガスとして供給可能であるために高い脱硝性能を得ることが可能である。すなわち、エンジン1から排出されるNOxが、大気へ放出することを大幅に改善できる。さらに、尿素水噴霧を気化するための消費電力は、低排気温度時である運転領域にヒータにて積極的に気化促進し、高排気温度時である温度領域に排気ガス熱にて気化する。したがって、脱硝性能を保持しつつ低消費電力化が図れる。 According to the configuration and operation described above, the form of the urea water spray supplied to the flue 5 via the urea vapor outlet 71 depending on the temperature condition of the exhaust 8 discharged from the diesel engine 1 is changed to urea vapor and NH. By using 3 gas or urea water spray, it is possible to always supply urea water sprays 38 and 58 as a reducing agent as urea vapor or NH 3 gas to the denitration catalyst in the entire operation region of the engine 1. Performance can be obtained. That is, NOx discharged from the engine 1 can be greatly improved from being released to the atmosphere. Further, the power consumption for vaporizing the urea water spray is positively promoted by the heater in the operation region at the low exhaust temperature, and is vaporized by the exhaust gas heat in the temperature region at the high exhaust temperature. Therefore, low power consumption can be achieved while maintaining the denitration performance.

また、エンジン1の低排気温度領域において、NOxの排出量は高排気温度領域に比べて少ないため、還元剤である尿素水噴霧58の添加量も少ない。しかし、低排気温度領域にて分流ガス9aの排気熱のみにて尿素水噴霧58を瞬時に気化することは難しく、装置の大型化および性能悪化が懸念される。その対策として、本実施形態では、低排気温度領域にのみヒータ61a熱を活用し、積極的に気化促進させたことにより、装置の小型化および性能改善を図った。   Further, since the NOx emission amount is smaller in the low exhaust temperature region of the engine 1 than in the high exhaust temperature region, the addition amount of the urea water spray 58 as the reducing agent is also small. However, it is difficult to instantly vaporize the urea water spray 58 only with the exhaust heat of the diverted gas 9a in the low exhaust temperature region, and there is a concern about the increase in size and performance deterioration of the apparatus. As a countermeasure, in the present embodiment, the heater 61a heat is utilized only in the low exhaust temperature region to positively promote vaporization, thereby reducing the size and improving the performance of the apparatus.

一方、エンジン1の高排気温度領域において、NOxの排出量は比較的多いため、還元剤である尿素水噴霧38の添加量も多量となる。しかし、高排気温度領域にて、排気ガスの排熱のみにて尿素水噴霧を瞬時に気化することが可能である。よって、本実施形態では、高排気温度領域には尿素水噴霧を直接煙道5へ供給し、排気熱にて積極的に気化させた。   On the other hand, in the high exhaust temperature region of the engine 1, the amount of NOx discharged is relatively large, so the amount of urea water spray 38 that is a reducing agent is also large. However, it is possible to instantly vaporize the urea water spray only with the exhaust heat of the exhaust gas in the high exhaust temperature region. Therefore, in the present embodiment, urea water spray is directly supplied to the flue 5 in the high exhaust temperature region and is positively vaporized by the exhaust heat.

図4を用いて、本実施形態の効果を説明する。図4は、エンジン1の所定回転時における煙道5下流側の混合ガス22の脱硝触媒入口温度と脱硝率の関係を示す。図中点線で示す従来仕様は、煙道5内に尿素水噴霧を直接供給した場合であり、実線で示す本発明では、低排気温度時にサブ噴射弁50から供給される尿素水噴霧58をヒータ61aの熱にて積極的に気化促進し煙道5へ供給し、高排気ガス温度領域では、メイン噴射弁30から供給される尿素水噴霧38を直接、煙道5に供給したものである。   The effect of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 4 shows the relationship between the denitration catalyst inlet temperature of the mixed gas 22 on the downstream side of the flue 5 and the denitration rate during a predetermined rotation of the engine 1. The conventional specification indicated by the dotted line in the figure is a case where the urea water spray is directly supplied into the flue 5. In the present invention indicated by the solid line, the urea water spray 58 supplied from the sub-injection valve 50 at the low exhaust temperature is used as a heater. Evaporation is actively promoted by the heat of 61 a and supplied to the flue 5, and the urea water spray 38 supplied from the main injection valve 30 is directly supplied to the flue 5 in the high exhaust gas temperature region.

本実施形態により、エンジン1から排出される排気8の排気温度に応じて、低排気温度時はNOxの還元剤である尿素水13を気化促進した後、尿素蒸気およびNHガスで供給し、高排気温度時は尿素水13を微粒化促進して噴霧38として直接煙道5に供給した。これにより、エンジン1の全運転領域(全排気温度領域)において、還元剤である尿素水13を脱硝触媒6に尿素蒸気およびNHガスとして供給可能であり(高排気温度時は尿素蒸気の割合が多く、低排気温度は加水分解触媒を通っているのでNHガスの割合が多い)、高い脱硝性能を得ることが可能となる。特に、低回転、低負荷領域である脱硝触媒入口温度の低い領域において、著しい脱硝率の向上が図れる。だとえば、脱硝触媒入口温度200℃において、NOxの脱硝率が得られなかったものが、本発明を用いることにより50%程度まで改善できる効果がある。 According to the present embodiment, according to the exhaust temperature of the exhaust 8 discharged from the engine 1, after the urea water 13 which is a reducing agent of NOx is promoted to vaporize at a low exhaust temperature, it is supplied with urea vapor and NH 3 gas, At the time of high exhaust temperature, the urea water 13 was promoted to atomize and directly supplied to the flue 5 as the spray 38. As a result, urea water 13 as a reducing agent can be supplied to the denitration catalyst 6 as urea vapor and NH 3 gas in the entire operation region (total exhaust temperature region) of the engine 1 (the ratio of urea vapor at a high exhaust temperature). In many cases, the low exhaust temperature passes through the hydrolysis catalyst, so the ratio of NH 3 gas is large), and high denitration performance can be obtained. In particular, in a region where the denitration catalyst inlet temperature is low, which is a low rotation and low load region, the denitration rate can be significantly improved. For example, when the NOx removal rate is not obtained at a NOx removal catalyst inlet temperature of 200 ° C., the present invention can be improved to about 50%.

「第2の実施形態」
本発明の第2の実施形態に係る排気処理装置について、図5〜図8を参照しながら以下説明する。図5は本発明の第2の実施形態に係る排気処理装置の詳細構成を示す図である。図6は図5に示す排気処理装置のC部の拡大図である。図7は第2の実施形態に係る排気処理装置において用いる尿素水噴霧の噴霧粒径分布を示す図である。図8は本発明の第2の実施形態に係る排気処理装置の動作を説明する図である。
“Second Embodiment”
An exhaust treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing a detailed configuration of an exhaust treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention. 6 is an enlarged view of a portion C of the exhaust treatment apparatus shown in FIG. FIG. 7 is a view showing the spray particle size distribution of the urea water spray used in the exhaust treatment apparatus according to the second embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the exhaust treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.

図5において、本発明の第2の実施形態における主な構成および排気ガス流れは第1の実施形態と同様のため説明を省略する。第1の実施形態との違いは、図1中のA部の排気処理装置120aと120bとの構成の違いにある。特に、第1の実施形態がメイン噴射弁30とサブ噴射弁50の2つの噴射弁を配設した排気処理装置120aであるのに対して、第2の実施形態では、噴射弁39を1つだけ配設している。さらに、エンジン1の運転状態に応じて、排気流れとは別の圧縮空気流れを用いて、噴射弁39から噴射される噴霧41a,41bの形状を変化させ、噴霧尿素蒸気出口部71から煙道5へ供給される還元剤である尿素水13を尿素蒸気および噴霧にて供給可能としたことに特徴がある。ここで、尿素蒸気とは気体状態であり、噴霧とは液滴群である。   In FIG. 5, the main configuration and the exhaust gas flow in the second embodiment of the present invention are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The difference from the first embodiment lies in the difference in configuration between the exhaust treatment apparatuses 120a and 120b in part A in FIG. In particular, the first embodiment is an exhaust treatment device 120a in which two injection valves, a main injection valve 30 and a sub-injection valve 50, are provided, whereas in the second embodiment, one injection valve 39 is provided. Only arranged. Furthermore, according to the operating state of the engine 1, the shape of the sprays 41a and 41b injected from the injection valve 39 is changed using a compressed air flow different from the exhaust flow, and the flue from the spray urea vapor outlet portion 71 is changed. The urea water 13 which is a reducing agent supplied to 5 can be supplied by urea vapor and spraying. Here, urea vapor is in a gaseous state, and spray is a group of droplets.

第2の実施形態において、分流ガス9aはDPF4下流の煙道5上流側に開口された分流管入口73を介して、分流管72b下流側に配設された旋回室65b内に配設された旋回部材59bへ流入し、旋回部材59bの流路構造により、ヒータホルダー60b内に配設された伝熱管62b内の通路67b内にて旋回流となって供給される。さらに、通路67bの下流は、尿素蒸気出口部71を介して煙道5に連通しているために、分流ガス9aは、再び煙道5内へ供給される構成である。ここで、尿素蒸気出口部71下流側の煙道5内には、混合促進材11が配設されている。混合促進材11の構成は、第1の実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。混合促進材11下流の煙道5内には、加水分解触媒63bが配設されている。   In the second embodiment, the diverted gas 9a is disposed in a swirl chamber 65b disposed on the downstream side of the diverter pipe 72b through the diverter pipe inlet 73 opened on the upstream side of the flue 5 downstream of the DPF 4. It flows into the swivel member 59b and is supplied as a swirl flow in the passage 67b in the heat transfer tube 62b disposed in the heater holder 60b by the flow path structure of the swivel member 59b. Furthermore, since the downstream of the passage 67b communicates with the flue 5 via the urea vapor outlet 71, the shunt gas 9a is again supplied into the flue 5. Here, in the flue 5 on the downstream side of the urea vapor outlet portion 71, the mixing promoting material 11 is disposed. Since the configuration of the mixing promoting material 11 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. A hydrolysis catalyst 63b is disposed in the flue 5 downstream of the mixing accelerator 11.

また、ヒータホルダー60b内には、通路67bをその内面で構成する伝熱管62bが配設されている。伝熱管62bの外周にはヒータ61bが配設されている。さらにヒータ61bの外周には、断熱効果を目的とした空間64bが配設され、その外周部にヒータホルダー60bが配設された構成である。また、尿素蒸気出口部71形状は、第1の実施形態と同様の構成のため説明を省略する。   Further, in the heater holder 60b, there is disposed a heat transfer tube 62b that constitutes a passage 67b on its inner surface. A heater 61b is disposed on the outer periphery of the heat transfer tube 62b. Further, a space 64b for the purpose of heat insulation is disposed on the outer periphery of the heater 61b, and a heater holder 60b is disposed on the outer periphery thereof. Further, the shape of the urea vapor outlet portion 71 is the same as that of the first embodiment, and hence the description thereof is omitted.

伝熱管62b内に配設された通路67bへは、還元剤である尿素水噴霧41a、41bを噴射供給可能なごとく、旋回室65bの上流側に配設された冷却ホルダー32内に配設された噴射弁39が配設されている。噴射弁39の外周には冷却ホルダー32内側に冷却水空間33が形成されている。冷却水空間33には、レギュレータ16により調圧供給された尿素水13が尿素水入口40を介して尿素水噴射弁39に供給される以外のレギュレータ16からの戻り尿素水13が、冷却水入口34を介して流入する構成である。また、冷却水空間33に流入した尿素水13は、噴射弁39を冷却した後に冷却水出口35を介して、尿素水タンク12へ戻る構成である。   The passage 67b disposed in the heat transfer tube 62b is disposed in the cooling holder 32 disposed on the upstream side of the swirl chamber 65b so that urea water sprays 41a and 41b as a reducing agent can be injected and supplied. An injection valve 39 is provided. A cooling water space 33 is formed inside the cooling holder 32 on the outer periphery of the injection valve 39. In the cooling water space 33, the return urea water 13 from the regulator 16 other than the urea water 13 regulated and supplied by the regulator 16 is supplied to the urea water injection valve 39 via the urea water inlet 40 is supplied to the cooling water inlet. 34 is configured to flow in through 34. The urea water 13 that has flowed into the cooling water space 33 is configured to return to the urea water tank 12 via the cooling water outlet 35 after cooling the injection valve 39.

また、ヒータホルダー60bと冷却ホルダー32の間には、空気ホルダー83が配設されている。空気ホルダー83内には、整圧室84が配設されており、その内側には、空気通路86が配設されている。また、空気通路86の内側であり、噴射弁39から噴射される噴霧41a.41bが通過可能な噴孔85が穿かれている。また、空気ホルダー83には、整圧室84と連通する空気導入管82が配設されている。空気導入管82の他端には、電磁弁80が配設されている。電磁弁80は、圧縮空気が収められている空気タンク87と連通しており、エンジン1の運転状態に応じて、コントロールユニット2からの制御信号により電磁弁80開閉し、空気導入管82を介して、空気ホルダー83内である整圧室84へ圧縮空気流れ81を供給可能としている。   An air holder 83 is disposed between the heater holder 60 b and the cooling holder 32. A pressure regulating chamber 84 is disposed in the air holder 83, and an air passage 86 is disposed inside thereof. Further, the spray 41 a. A nozzle hole 85 through which 41b can pass is formed. The air holder 83 is provided with an air introduction pipe 82 communicating with the pressure regulating chamber 84. An electromagnetic valve 80 is disposed at the other end of the air introduction pipe 82. The electromagnetic valve 80 communicates with an air tank 87 in which compressed air is stored. The electromagnetic valve 80 is opened and closed by a control signal from the control unit 2 according to the operating state of the engine 1, and is connected via an air introduction pipe 82. Thus, the compressed air flow 81 can be supplied to the pressure regulating chamber 84 in the air holder 83.

一方、噴射弁39から噴射された尿素水噴霧は、空気ホルダー83に穿たれた噴孔85を介して、旋回室65b内に配設された旋回部材59b内側を通過して、通路67bへ供給される構成である。   On the other hand, the urea water spray injected from the injection valve 39 passes through the inside of the turning member 59b disposed in the turning chamber 65b through the injection hole 85 formed in the air holder 83, and is supplied to the passage 67b. It is the composition which is done.

図6の(a)に図5中のC部拡大図を示す。また、図6の(b)に図6の(a)中のD−D断面を示す。図6を用いて、噴霧41a,41bの形状可変手段につき説明する。第1の実施形態に記載のごとく、エンジン1の運転状態に応じてNOx排出量は変化している。すなわち、比較的低排気温時のNOx排出量は少なく、そのときに還元剤である尿素水13は、尿素蒸気出口部71において気化促進した状態で供給することにより高い脱硝率が得られる。また、比較的高排気温時のNOx排出量は多量であるものの、高排気温により還元剤である尿素水13は、瞬時に気化促進するために、尿素蒸気出口部71において、噴霧の状態で供給しても高い脱硝率が得られる。   FIG. 6A shows an enlarged view of a portion C in FIG. FIG. 6B shows a DD cross section in FIG. The shape changing means of the sprays 41a and 41b will be described with reference to FIG. As described in the first embodiment, the NOx emission amount changes according to the operating state of the engine 1. That is, the amount of NOx discharged at a relatively low exhaust temperature is small, and at that time, the urea water 13 as a reducing agent is supplied in a state where vaporization is promoted in the urea vapor outlet portion 71, thereby obtaining a high denitration rate. Further, although the NOx emission amount at a relatively high exhaust temperature is large, the urea water 13 as the reducing agent is accelerated in the urea exhaust outlet 71 in a sprayed state in order to instantaneously promote vaporization due to the high exhaust temperature. Even when supplied, a high denitration rate can be obtained.

よって、本発明の第2の実施形態において、比較的低排気温時には、電磁弁80を閉じ、空気ホルダー83内に空気タンク87からの圧縮空気81を供給せずに、噴射弁39にて微粒化促進した噴霧41bを空気ホルダー83に穿かれた噴孔85を介して直接通路67bへ供給する。そのときの噴射弁39から噴射された噴霧41bの噴霧角(θw1)は、通路67bの上流側の端部に衝突するような噴霧である。さらに、前述の旋回室65bと旋回部材59bにより、分流ガス9aは、通路67b内にて旋回流れを形成しているために、噴霧41bが旋回流れにのって、通路67b内にて旋回しながら通過する。この時、通路67bの外周に配設されたヒータ61bは通電され発熱している。よって、加熱された通路67bを噴射弁39から噴射された噴霧41bは、旋回流れに乗って通過するためにヒータによる気化促進が図れ、尿素蒸気として、尿素蒸気出口部71に供給できる。   Therefore, in the second embodiment of the present invention, when the exhaust gas temperature is relatively low, the electromagnetic valve 80 is closed, and the compressed air 81 from the air tank 87 is not supplied into the air holder 83, and the fine particles are produced by the injection valve 39. The spray 41b that has been promoted is supplied directly to the passage 67b through the nozzle hole 85 formed in the air holder 83. The spray angle (θw1) of the spray 41b injected from the injection valve 39 at that time is a spray that collides with the upstream end of the passage 67b. Furthermore, since the diverted gas 9a forms a swirling flow in the passage 67b by the swirling chamber 65b and the swirling member 59b, the spray 41b swirls in the passage 67b along the swirling flow. Pass while. At this time, the heater 61b disposed on the outer periphery of the passage 67b is energized to generate heat. Therefore, since the spray 41b injected from the injection valve 39 through the heated passage 67b passes along the swirl flow, vaporization can be promoted by the heater and can be supplied to the urea vapor outlet 71 as urea vapor.

つぎに、比較的高排気温度時には、噴霧41aは瞬時に排気熱により、気化促進可能であるために積極的にヒータ61bのヒータ熱により気化促進させる必要は無く、通路67b内壁面に衝突させることなく供給するのが好ましい(尿素水噴霧が通路内壁面に衝突すると、壁面にヒータ熱が加わらないという温度条件のもとで尿素析出物が壁面に付着する虞があり、付着した析出物による通路径の変化によってNOx量に対する尿素水の供給コントロールが困難になるので)。よって、噴霧41aは狭角(θn1)噴霧が好ましく、そのために、電磁弁80を開き空気タンク87からの圧縮空気81を空気導入管82に供給したのち、空気ホルダー83内の円筒状の空間である整圧室84内に供給し、空気通路86を経て、噴孔85の全周方向から均一に圧縮空気81aを供給した後、噴孔85から通路67bへ供給させる。その際に、噴射弁39から噴射された噴霧41bと圧縮空気81aは、同一の噴孔85を通過するために、噴霧41aの狭角化が図れる。   Next, at a relatively high exhaust temperature, since the spray 41a can be instantly accelerated by exhaust heat, it is not necessary to positively promote vaporization by the heater heat of the heater 61b, and it is allowed to collide with the inner wall surface of the passage 67b. (If the urea water spray collides with the inner wall surface of the passage, there is a risk that urea precipitates may adhere to the wall surface under the temperature condition that no heater heat is applied to the wall surface. Because it becomes difficult to control the supply of urea water to the amount of NOx due to changes in the path diameter). Therefore, the spray 41a is preferably a narrow-angle (θn1) spray. For this purpose, the solenoid valve 80 is opened and the compressed air 81 from the air tank 87 is supplied to the air introduction pipe 82, and then the cylindrical space in the air holder 83 is used. The air is supplied into a certain pressure regulating chamber 84, and the compressed air 81 a is uniformly supplied from the entire circumferential direction of the nozzle hole 85 through the air passage 86 and then supplied from the nozzle hole 85 to the passage 67 b. At that time, since the spray 41b and the compressed air 81a injected from the injection valve 39 pass through the same injection hole 85, the angle of the spray 41a can be narrowed.

このようにして、エンジン1の排気が低排気温時には、尿素蒸気出口部71部にて気化促進した尿素蒸気を供給可能であり、高排気温時は、狭角化した噴霧を供給可能である。   In this way, when the exhaust of the engine 1 is at a low exhaust temperature, it is possible to supply urea vapor that has been vaporized at the urea steam outlet 71, and at a high exhaust temperature, it is possible to supply a narrowed spray. .

また、噴霧41aに圧縮空気を供給することにより、噴霧41aの微粒化促進も図れる。図7に噴霧の粒径化の結果を示す。図7中の噴霧Bは、圧縮空気を噴霧に供給しない場合の噴霧の粒径分布であり、本噴射弁では、ザウタ平均粒径にて60μm程度である。それに対して、噴霧Aは、圧縮空気を噴霧に供給した場合の粒径分布である。その噴霧Aのザウタ平均粒径は10μm程度と非常に噴霧の微粒化が促進されている。そして、噴霧41aが微粒化促進されて供給されるということは、噴霧液滴群と排気との接触面積が増大するために、排気から噴霧への熱伝達が促進でき、一層噴霧の気化促進が図れる。よって、大きい噴霧液滴群(噴霧B)と比べて、小さい液滴群(噴霧A)は瞬時に気化促進が可能となる。   Further, atomization of the spray 41a can be promoted by supplying compressed air to the spray 41a. FIG. 7 shows the result of atomization of the spray. The spray B in FIG. 7 is a particle size distribution of the spray when compressed air is not supplied to the spray, and in this injection valve, the Sauta average particle size is about 60 μm. On the other hand, the spray A is a particle size distribution when compressed air is supplied to the spray. The average particle diameter of the spray A is about 10 μm, and atomization of the spray is very promoted. The fact that the spray 41a is supplied after being promoted to atomize means that the contact area between the spray droplet group and the exhaust increases, so that the heat transfer from the exhaust to the spray can be promoted, and the vaporization of the spray is further promoted. I can plan. Therefore, as compared with the large spray droplet group (spray B), the small droplet group (spray A) can instantaneously promote vaporization.

次に、図8を用いて、本発明の第2の実施形態に係る排気処理装置120bの動作を説明する。本発明の第1の実施形態記載と同様にディーゼルエンジン1において、エンジン1からの排気8の流量および温度は、運転状態に応じて変化する。その際に、排出されるNOx量も運転状態に応じて変化する。たとえば、一般的にエンジン1が低負荷運転の場合には、比較的排気流量も少なく排気温度も低く、NOx排出量も少ない。また、エンジン1が高負荷運転の場合には、排気流量も多く排気温度も高く、NOx排出量も多い。   Next, the operation of the exhaust treatment apparatus 120b according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As in the first embodiment of the present invention, in the diesel engine 1, the flow rate and temperature of the exhaust 8 from the engine 1 vary depending on the operating state. At that time, the amount of NOx discharged also changes according to the operating state. For example, in general, when the engine 1 is in a low load operation, the exhaust flow rate is relatively small, the exhaust temperature is low, and the NOx emission amount is also small. Further, when the engine 1 is in a high load operation, the exhaust flow rate is high, the exhaust temperature is high, and the NOx emission amount is also large.

以上のようなエンジン1の運転状態において、NOxの排出量に応じて還元剤である尿素水13を煙道5に添加する手法において、本実施形態では、エンジン1からの排気温度が比較的低温である300℃程度未満の場合、伝熱管62b外周部に配設されたヒータ61bへの通電を行い(図3中4段目:ヒータON)、ヒータ61bを発熱させ、伝熱管62b内の通路67b内壁面を加熱する。その際、エンジン1から排出されるNOx量に見合った、還元剤である尿素水噴霧41bを噴射弁39から通路67内へ所定量噴射する。よって、通路67内では、主にヒータ熱により尿素水噴霧41bが尿素蒸気に気化促進される。よって、尿素蒸気出口部71では、尿素水噴霧41bは気化促進され、ほぼガス状態で通過する(図3中2段目:<気化領域>)。   In the operation state of the engine 1 as described above, in the present embodiment, the exhaust temperature from the engine 1 is relatively low in the method of adding the urea water 13 as the reducing agent to the flue 5 in accordance with the NOx emission amount. When the temperature is less than about 300 ° C., the heater 61b disposed on the outer peripheral portion of the heat transfer tube 62b is energized (fourth stage in FIG. 3: heater ON), the heater 61b is heated, and the passage in the heat transfer tube 62b The inner wall surface 67b is heated. At that time, a urea water spray 41b, which is a reducing agent, corresponding to the amount of NOx discharged from the engine 1 is injected from the injection valve 39 into the passage 67 by a predetermined amount. Therefore, in the passage 67, the urea water spray 41b is promoted to vaporize urea vapor mainly by the heater heat. Therefore, the urea water spray 41b is promoted to vaporize at the urea vapor outlet portion 71 and passes in a substantially gas state (second stage in FIG. 3: <vaporization region>).

そして、尿素蒸気出口部71から煙道5へ供給される。その後、煙道5内に配設された混合促進材11にて、排気10と混合促進し、加水分解触媒63bを通過した後、混合ガス24として、脱硝触媒6へ供給される。このとき、尿素水噴霧41bを含む混合ガス24は、脱硝触媒6へ到達するまでには、気化促進された状態で供給される。   And it is supplied to the flue 5 from the urea vapor outlet 71. Thereafter, mixing with the exhaust gas 10 is promoted by the mixing promoting material 11 disposed in the flue 5, and after passing through the hydrolysis catalyst 63 b, the mixed gas 24 is supplied to the denitration catalyst 6. At this time, the mixed gas 24 containing the urea water spray 41 b is supplied in a state where vaporization is promoted before reaching the denitration catalyst 6.

一方、排気温度が比較的高温である300℃程度以上の場合には、伝熱管62b外周部に配設されたヒータ61bへの通電はせず(図8中4段目:ヒータOFF)、ヒータ61bによる伝熱管62b内の通路67内壁面の加熱は行わない。エンジン1から排出されるNOx量に見合った還元剤である尿素水噴霧41aを噴射弁39からヒータホルダ60b内の通路67bへ所定量噴射する。ここで、噴射弁39から噴射された噴霧41aの噴霧全周方向から圧縮空気81aを供給する(図3中3段目:エアアシストON)ことにより、噴霧41aの狭角化を図れるとともに微粒化促進(ザウタ平均粒径10μm程度)が図れられる。ここで、通路67b内では、分流ガス9aの排気熱により気化促進されながら混合ガス9eとして尿素蒸気出口部71へ供給される。その際、混合ガス9eは完全に気化されず、尿素水噴霧の状態である(図8中2段目:<噴霧領域>)。   On the other hand, when the exhaust temperature is about 300 ° C. or higher, which is a relatively high temperature, the heater 61b disposed on the outer periphery of the heat transfer tube 62b is not energized (fourth stage in FIG. 8: heater OFF). The heating of the inner wall surface of the passage 67 in the heat transfer tube 62b by 61b is not performed. A predetermined amount of urea water spray 41a, which is a reducing agent commensurate with the amount of NOx discharged from the engine 1, is injected from the injection valve 39 into the passage 67b in the heater holder 60b. Here, by supplying the compressed air 81a from the entire circumference of the spray 41a sprayed from the injection valve 39 (third stage in FIG. 3: air assist ON), the spray 41a can be narrowed and atomized. Promotion (Sauta average particle diameter of about 10 μm) can be achieved. Here, in the passage 67b, vaporization is promoted by the exhaust heat of the diverted gas 9a, and the mixed gas 9e is supplied to the urea vapor outlet 71. At that time, the mixed gas 9e is not completely vaporized and is in a state of spraying urea water (second stage in FIG. 8: <spraying area>).

その後、煙道5内に配設された混合促進材11にて、排気10と混合促進し、加水分解触媒63bにて加水分解が促進された後に混合ガス24として脱硝触媒へ供給される。このとき尿素水噴霧のザウタ平均粒径は10μm程度と非常に微粒化促進されているために、第1の実施形態のメイン噴射弁30から供給する噴霧のザウタ平均粒径60μmに比べ、気化時間が大幅に短くなるために、第1の実施形態に比べて、装置の一層の小型化が可能である。また、尿素水噴霧41aを含む混合ガス24は、脱硝触媒6へ到達するまでに、高温の排気10の熱量によって、気化促進された状態で供給される。   Thereafter, mixing with the exhaust gas 10 is promoted by the mixing promoting material 11 disposed in the flue 5, hydrolysis is promoted by the hydrolysis catalyst 63 b, and then the mixed gas 24 is supplied to the denitration catalyst. At this time, since the average particle size of the sprayed urea water spray is about 10 μm, the atomization is promoted very much. Therefore, the vaporization time is longer than that of the sprayed Sauta average particle size of 60 μm supplied from the main injection valve 30 of the first embodiment. Therefore, the apparatus can be further reduced in size as compared with the first embodiment. Further, the mixed gas 24 including the urea water spray 41a is supplied in a state where vaporization is accelerated by the amount of heat of the high-temperature exhaust gas 10 before reaching the denitration catalyst 6.

「第3の実施形態」
本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置について、図9と図10を参照しながら以下説明する。図9は本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置の詳細構成を示す図である。図10は本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置の動作を説明する図である。
“Third Embodiment”
An exhaust treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram showing a detailed configuration of an exhaust treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the exhaust treatment apparatus according to the third embodiment of the present invention.

図9の(a)は、本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置120cの構成図であり、第2の実施形態の図5中のC部のみの構成が異なり、その詳細の構成を示している。図9の(b)は、図9の(a)のE−E断面図である。図9の(c)は、図9の(a)のF−F断面図である。   FIG. 9A is a configuration diagram of an exhaust treatment device 120c according to the third embodiment of the present invention. The configuration of only the portion C in FIG. 5 of the second embodiment is different, and the detailed configuration thereof is shown. Is shown. FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line E-E in FIG. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line FF in FIG.

第3の実施形態における主な構成および排気ガス流れは第2の実施形態と同様のため説明を省略する。第2の実施形態との違いは、図5中のC部の構成の違いにある。特に、エンジン1の運転状態に応じて、排気流れとは別の圧縮空気流れを用いて、噴射弁39から噴射される噴霧42a,42bの形状を変化させ、噴霧蒸気出口部71から煙道5へ供給される還元剤である尿素水を尿素蒸気および噴霧にて供給可能としたことに特徴がある。ここで、尿素蒸気とは気体状態であり、噴霧とは液滴群である。   The main configuration and the exhaust gas flow in the third embodiment are the same as those in the second embodiment, and a description thereof will be omitted. The difference from the second embodiment is the difference in the configuration of part C in FIG. In particular, depending on the operating state of the engine 1, the shape of the sprays 42 a and 42 b injected from the injection valve 39 is changed using a compressed air flow different from the exhaust flow, and the flue 5 from the spray steam outlet 71. This is characterized in that urea water, which is a reducing agent supplied to the water, can be supplied by urea vapor and spraying. Here, urea vapor is in a gaseous state, and spray is a group of droplets.

第3の実施形態において、分流ガス9aはDPF4下流の煙道5上流側に開口された分流管入口73を介して、分流管72b下流側に配設された旋回室65c内に配設された旋回部材59cへ流入し、旋回部材59cの流路構造により、ヒータホルダー60c内に配設された伝熱管62c内の通路67c内にて旋回流となって供給される。さらに、通路67cの下流は、尿素蒸気出口部71を介して煙道5に連通しているために、分流ガス9aは、再び煙道5内へ供給される構成である。ここで、尿素蒸気出口部71下流側の煙道5内には、混合促進材11が配設されている。混合促進材11の構成は、第1の実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。混合促進材11下流の煙道5内には、加水分解触媒63bが配設されている。   In the third embodiment, the diverted gas 9a is disposed in a swirl chamber 65c disposed downstream of the diverter pipe 72b via the diverter pipe inlet 73 opened upstream of the flue 5 downstream of the DPF 4. It flows into the swivel member 59c and is supplied as a swirl flow in the passage 67c in the heat transfer tube 62c disposed in the heater holder 60c by the flow path structure of the swivel member 59c. Furthermore, since the downstream of the passage 67 c communicates with the flue 5 via the urea vapor outlet 71, the shunt gas 9 a is again supplied into the flue 5. Here, in the flue 5 on the downstream side of the urea vapor outlet portion 71, the mixing promoting material 11 is disposed. Since the configuration of the mixing promoting material 11 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. A hydrolysis catalyst 63b is disposed in the flue 5 downstream of the mixing accelerator 11.

また、ヒータホルダー60c内には、通路67cをその内面で構成する伝熱管62cが配設されている。伝熱管62cの外周にはヒータ61cが配設されている。さらにヒータ61cの外周には、断熱効果を目的とした空間64cが配設され、その外周部にヒータホルダー60cが配設された構成である。また、尿素蒸気出口部71形状は、第1の実施形態と同様の構成のため説明を省略する。   Further, in the heater holder 60c, a heat transfer tube 62c is disposed that constitutes a passage 67c on its inner surface. A heater 61c is disposed on the outer periphery of the heat transfer tube 62c. Furthermore, a space 64c for the purpose of heat insulation is disposed on the outer periphery of the heater 61c, and a heater holder 60c is disposed on the outer periphery. Further, the shape of the urea vapor outlet portion 71 is the same as that of the first embodiment, and hence the description thereof is omitted.

伝熱管62c内に配設された通路67cへは、還元剤である尿素水噴霧42a,42bを噴射供給可能なごとく、旋回室65cの上流側に配設された冷却ホルダー32内に配設された噴射弁39が配設されている。噴射弁39の外周には冷却ホルダー32内側に冷却水空間33が形成されている。冷却水空間33には、レギュレータ16により調圧供給された尿素水13が尿素水入口40を介して尿素水噴射弁39に供給される以外のレギュレータ16からの戻り尿素水13が、冷却水入口34を介して流入する構成である。また、冷却水空間33に流入した尿素水13は、噴射弁39を冷却した後に冷却水出口35を介して、尿素水タンク12へ戻る構成である。   The passage 67c disposed in the heat transfer tube 62c is disposed in the cooling holder 32 disposed on the upstream side of the swirl chamber 65c so that urea water sprays 42a and 42b as a reducing agent can be injected and supplied. An injection valve 39 is provided. A cooling water space 33 is formed inside the cooling holder 32 on the outer periphery of the injection valve 39. In the cooling water space 33, the return urea water 13 from the regulator 16 other than the urea water 13 regulated and supplied by the regulator 16 is supplied to the urea water injection valve 39 via the urea water inlet 40 is supplied to the cooling water inlet. 34 is configured to flow in through 34. The urea water 13 that has flowed into the cooling water space 33 is configured to return to the urea water tank 12 via the cooling water outlet 35 after cooling the injection valve 39.

また、ヒータホルダー60cと冷却ホルダー32の間には、空気ホルダー94,98が配設されている。空気ホルダー94,98内には、各々整圧室95,99が配設されており、その内側には、溝101と空気通路96が配設されている。また、溝101と空気通路96の内側であり、噴射弁39から噴射される噴霧42a,42bが通過可能な噴孔97,102が穿かれている。   Air holders 94 and 98 are disposed between the heater holder 60 c and the cooling holder 32. Pressure regulating chambers 95 and 99 are disposed in the air holders 94 and 98, respectively, and a groove 101 and an air passage 96 are disposed inside thereof. Further, injection holes 97 and 102 are formed inside the groove 101 and the air passage 96 and through which the sprays 42a and 42b injected from the injection valve 39 can pass.

また、空気ホルダー94,98には、整圧室と連通する空気導入管90,92が配設されている。空気導入管90,92の各々の他端には、図示しない電磁弁が各々配設されている。各々の電磁弁は、圧縮空気が収められている図示しない空気タンク87と連通しており、エンジン1の運転状態に応じて、コントロールユニット2からの制御信号により各電磁弁を開閉し、空気導入管90,92を介して、空気ホルダー94,98内である整圧室95,99へ圧縮空気91,93を供給可能としている。   The air holders 94 and 98 are provided with air introduction pipes 90 and 92 that communicate with the pressure regulating chamber. At the other end of each of the air introduction pipes 90 and 92, an electromagnetic valve (not shown) is provided. Each solenoid valve communicates with an air tank 87 (not shown) in which compressed air is stored, and opens and closes each solenoid valve by a control signal from the control unit 2 in accordance with the operating state of the engine 1 to introduce air. The compressed air 91 and 93 can be supplied to the pressure regulating chambers 95 and 99 in the air holders 94 and 98 through the pipes 90 and 92.

一方、噴射弁39から噴射された尿素水噴霧は、空気ホルダー94,98に穿たれた噴孔97,102を介して、旋回室65c内に配設された旋回部材59c内側を通過して、通路67cへ供給される構成である。   On the other hand, the urea water spray injected from the injection valve 39 passes through the inside of the swivel member 59c disposed in the swirl chamber 65c through the nozzle holes 97 and 102 bored in the air holders 94 and 98, It is the structure supplied to the channel | path 67c.

ここで、噴霧42a,42bの形状可変手段につき説明する。第1の実施形態に記載のごとく、エンジン1の運転状態に応じてNOx排出量は変化している。すなわち、比較的低排気温時のNOx排出量は少なく、そのときに還元剤である尿素水13は、尿素蒸気出口部71において気化促進した状態で供給することにより高い脱硝率が得られる。また、比較的高排気温時のNOx排出量は多量であるものの、高排気温により還元剤である尿素水13は、瞬時に気化促進するために、尿素蒸気出口部71において、噴霧の状態で供給しても高い脱硝率が得られる。   Here, the shape changing means of the sprays 42a and 42b will be described. As described in the first embodiment, the NOx emission amount changes according to the operating state of the engine 1. That is, the amount of NOx discharged at a relatively low exhaust temperature is small, and at that time, the urea water 13 as a reducing agent is supplied in a state where vaporization is promoted in the urea vapor outlet portion 71, thereby obtaining a high denitration rate. Further, although the NOx emission amount at a relatively high exhaust temperature is large, the urea water 13 as the reducing agent is accelerated in the urea exhaust outlet 71 in a sprayed state in order to instantaneously promote vaporization due to the high exhaust temperature. Even when supplied, a high denitration rate can be obtained.

よって、本発明の第3の実施形態において、比較的低排気温時(一例として、300℃未満)には、図示しない空気導入管90につながる電磁弁を開き、空気導入管92につながる電磁弁を閉じることによって、空気ホルダー98内に空気タンク87からの圧縮空気91を供給し、圧縮空気93を供給しないことによって、噴射弁39から噴射された噴霧42bを空気ホルダー94,98に穿かれた噴孔97,102を介して通路67bへ供給する。その際、空気ホルダー98内に配設された旋回部材100(空気ホルダー94と98の間に介在する)には、噴射弁39から噴射される噴霧が通路67cに供給可能なごとく、噴孔97,102と中心軸を同軸とする孔103が穿たれている。さらに、孔103の円周接線方向に沿って所定通路断面積を持った溝101が複数本形成されている。   Therefore, in the third embodiment of the present invention, at a relatively low exhaust temperature (for example, less than 300 ° C.), an electromagnetic valve connected to the air introduction pipe 90 (not shown) is opened and the electromagnetic valve connected to the air introduction pipe 92 is opened. The air holder 94 is supplied with the compressed air 91 from the air tank 87, and the compressed air 93 is not supplied, so that the spray 42 b injected from the injection valve 39 is pierced in the air holders 94, 98. It is supplied to the passage 67b through the nozzle holes 97 and 102. At that time, the swivel member 100 (intervened between the air holders 94 and 98) disposed in the air holder 98 has the injection hole 97 so that the spray injected from the injection valve 39 can be supplied to the passage 67c. , 102 and a hole 103 whose center axis is coaxial. Further, a plurality of grooves 101 having a predetermined passage cross-sectional area are formed along the circumferential tangent direction of the hole 103.

これによって、噴霧42bが噴孔97を介して、旋回部材100を通過した時に、噴霧の噴射方向垂直断面の噴霧外周接線方向から圧縮空気93aが供給されるために、噴霧の広角(θw2)化が実現できるとともに圧縮空気93aにより微粒化促進が図られながら、噴孔102を通過し、通路67cへ噴射される。   As a result, when the spray 42b passes through the swivel member 100 via the nozzle hole 97, the compressed air 93a is supplied from the spray outer peripheral tangential direction of the spray injection direction vertical cross section, so that the spray has a wide angle (θw2). Can be realized and the atomization is promoted by the compressed air 93a while passing through the nozzle hole 102 and injected into the passage 67c.

噴射弁39から噴射された噴霧42bの噴霧角(θw2)は、通路67cの上流側の端部に衝突するような噴霧である。さらに、前述の旋回室65cと旋回部材59cにより、分流ガス9aは、通路67c内にて旋回流れを形成しているために、噴霧42bが旋回流れにのって、通路67c内にて旋回しながら通過する。この時、通路67cの外周に配設されたヒータ61bは通電され発熱している。よって、加熱された通路67cを噴射弁39から噴射された噴霧41bは、旋回流れに乗って通過するためにヒータによる気化促進が図れ、尿素蒸気として、尿素蒸気出口部71に供給できる。   The spray angle (θw2) of the spray 42b injected from the injection valve 39 is spray that collides with the upstream end of the passage 67c. Further, since the diverted gas 9a forms a swirling flow in the passage 67c by the swirling chamber 65c and the swirling member 59c, the spray 42b swirls in the passage 67c along the swirling flow. Pass while. At this time, the heater 61b disposed on the outer periphery of the passage 67c is energized to generate heat. Therefore, since the spray 41b injected from the injection valve 39 through the heated passage 67c passes along the swirl flow, vaporization can be promoted by the heater and can be supplied to the urea vapor outlet 71 as urea vapor.

つぎに、比較的高排気温度時(一例として、300℃以上)には、噴霧42aは瞬時に排気熱により、気化促進可能であるために積極的にヒータ61bのヒータ熱により気化促進させる必要は無く、通路67c内壁面に衝突させることなく供給するのが好ましい。よって、噴霧42aは狭角(θn2)噴霧が好ましく、そのために、図示しない空気導入管90につながる電磁弁を閉じ、空気導入管92につながる電磁弁を開くことによって、空気ホルダー94内に空気タンク87からの圧縮空気93を供給し、圧縮空気91を供給しないことによって、噴射弁39から噴射された噴霧42aを空気ホルダー94,98に穿かれた噴孔97,102を介して通路67bへ供給する。その際、空気ホルダー98内に配設された旋回部材100には、噴射弁39から噴射される噴霧が通路67cに供給可能なごとく、噴孔97,102と中心軸を同軸とする孔103が穿たれている。   Next, when the exhaust temperature is relatively high (for example, 300 ° C. or higher), the spray 42a can be instantly accelerated by exhaust heat, so it is necessary to positively promote vaporization by the heater heat of the heater 61b. It is preferable to supply without causing a collision with the inner wall surface of the passage 67c. Therefore, the spray 42a is preferably a narrow-angle (θn2) spray. Therefore, an electromagnetic valve connected to an air introduction pipe 90 (not shown) is closed, and an electromagnetic valve connected to the air introduction pipe 92 is opened to open an air tank in the air holder 94. By supplying the compressed air 93 from 87 and not supplying the compressed air 91, the spray 42a injected from the injection valve 39 is supplied to the passage 67b via the injection holes 97, 102 formed in the air holders 94, 98. To do. At that time, the swivel member 100 disposed in the air holder 98 has a hole 103 having a central axis coaxial with the nozzle holes 97 and 102 so that the spray injected from the injection valve 39 can be supplied to the passage 67c. It is worn.

よって、圧縮空気93を空気導入管92に供給したのち、空気ホルダー94内の円筒状の空間である整圧室99内に供給し、空気通路101を経て、噴孔102の周方向から均一に圧縮空気93aを供給した後、噴孔97、孔103、噴孔102を経て通路67cへ供給させる。その際に、噴射弁39から噴射された噴霧42bと圧縮空気91aは、同一の噴孔97を通過するために、噴霧42aの狭角化が図れる。   Therefore, after supplying the compressed air 93 to the air introduction pipe 92, the compressed air 93 is supplied into the pressure regulating chamber 99, which is a cylindrical space in the air holder 94, and uniformly from the circumferential direction of the nozzle hole 102 through the air passage 101. After supplying the compressed air 93a, the compressed air 93a is supplied to the passage 67c through the nozzle hole 97, the hole 103, and the nozzle hole 102. At that time, since the spray 42 b and the compressed air 91 a injected from the injection valve 39 pass through the same injection hole 97, the angle of the spray 42 a can be reduced.

以上のように、エンジン1の低排気温時には、尿素蒸気出口部71部にて気化促進した尿素蒸気を供給可能であり、高排気温時は、狭角化した噴霧を供給可能である。また、噴霧42a,42bに圧縮空気を供給することにより、噴霧42a,42bの微粒化促進も図られる。さらに、噴霧42a,42bが微粒化促進されて供給されるということは、噴霧液滴群と排気との接触面積が増大するために、排気およびヒータ61cの熱から噴霧への熱伝達が促進でき、一層噴霧の気化促進が図れる。よって、大きい噴霧液滴群と比べて、小さい液滴群は瞬時に気化促進が可能となる。   As described above, when the engine 1 has a low exhaust temperature, urea vapor that has been vaporized at the urea steam outlet 71 can be supplied, and when the exhaust temperature is high, a narrow-angled spray can be supplied. Further, atomization of the sprays 42a and 42b can be promoted by supplying compressed air to the sprays 42a and 42b. Further, the sprays 42a and 42b are supplied with the atomization promoted, which means that the contact area between the spray droplet group and the exhaust increases, so heat transfer from the heat of the exhaust and the heater 61c to the spray can be promoted. Further, the vaporization of the spray can be further promoted. Therefore, vaporization of a small droplet group can be instantaneously promoted compared to a large spray droplet group.

次に、図10を用いて、本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置120cの動作を説明する。本発明の第1の実施形態記載と同様にディーゼルエンジン1において、エンジン1からの排気8の流量および温度は、運転状態に応じて変化する。その際に、排出されるNOx量も運転状態に応じて変化する。たとえば、一般的にエンジン1が低負荷運転の場合には、比較的排気流量も少なく排気温度も低く、NOx排出量も少ない。また、エンジン1が高負荷運転の場合には、排気流量も多く排気温度も高く、NOx排出量も多い。   Next, the operation of the exhaust treatment apparatus 120c according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As in the first embodiment of the present invention, in the diesel engine 1, the flow rate and temperature of the exhaust 8 from the engine 1 vary depending on the operating state. At that time, the amount of NOx discharged also changes according to the operating state. For example, in general, when the engine 1 is in a low load operation, the exhaust flow rate is relatively small, the exhaust temperature is low, and the NOx emission amount is also small. Further, when the engine 1 is in a high load operation, the exhaust flow rate is high, the exhaust temperature is high, and the NOx emission amount is also large.

以上のようなエンジン1の運転状態において、NOxの排出量に応じて還元剤である尿素水13を煙道5に添加する手法において、第3の実施形態では、エンジン1からの排気温度が比較的低温である、例えば300℃程度未満の場合、伝熱管62b外周部に配設されたヒータ61bへの通電を行い(図10中5段目:ヒータON)、ヒータ61bを発熱させ、伝熱管62c内の通路67c内壁面を加熱する。その際、エンジン1から排出されるNOx量に見合った還元剤である尿素水噴霧42bを噴射弁39から通路67c内へ所定量噴射する。さらに、噴霧42bの噴射方向垂直断面の接線方向から旋回するごとく圧縮空気93aを供給する(図3中3段目:旋回エアアシストON)。   In the operation state of the engine 1 as described above, the exhaust temperature from the engine 1 is compared in the third embodiment in the method of adding the urea water 13 as the reducing agent to the flue 5 in accordance with the NOx emission amount. When the temperature is low, for example, less than about 300 ° C., the heater 61b disposed on the outer periphery of the heat transfer tube 62b is energized (fifth stage in FIG. 10: heater ON) to heat the heater 61b and heat transfer tube The inner wall surface of the passage 67c in 62c is heated. At that time, a predetermined amount of urea water spray 42b, which is a reducing agent commensurate with the amount of NOx discharged from the engine 1, is injected from the injection valve 39 into the passage 67c. Further, the compressed air 93a is supplied as if turning from the tangential direction of the vertical section of the spray 42b (third stage in FIG. 3: turning air assist ON).

これによって、尿素水噴霧42bの広角化と微粒化促進が図れる。さらに、通路67c内では、主にヒータ熱により尿素水噴霧42bが尿素蒸気に気化促進される。よって、尿素蒸気出口部71では、尿素水噴霧42bは気化促進され、ほぼガス状態で通過する(図10中2段目:<気化領域>)。そして、尿素蒸気出口部71から煙道5へ供給される。その後、煙道5内に配設された混合促進材11にて、排気10と混合促進し、加水分解触媒63bを通過した後、混合ガス24として、脱硝触媒6へ供給される。このとき、尿素水噴霧42bを含む混合ガス24は、脱硝触媒6へ到達するまでには、気化促進された状態で供給される。   As a result, widening and atomization of the urea water spray 42b can be promoted. Further, in the passage 67c, the urea water spray 42b is promoted to be vaporized into urea vapor mainly by the heater heat. Therefore, at the urea vapor outlet portion 71, the urea water spray 42b is promoted to vaporize and passes almost in a gas state (second stage in FIG. 10: <vaporization region>). And it is supplied to the flue 5 from the urea vapor outlet 71. Thereafter, mixing with the exhaust gas 10 is promoted by the mixing promoting material 11 disposed in the flue 5, and after passing through the hydrolysis catalyst 63 b, the mixed gas 24 is supplied to the denitration catalyst 6. At this time, the mixed gas 24 containing the urea water spray 42 b is supplied in a state where vaporization is promoted before reaching the denitration catalyst 6.

一方、排気温度が比較的高温である300℃程度以上の場合には、伝熱管62b外周部に配設されたヒータ61cへの通電はせず(図10中5段目:ヒータOFF)、ヒータ61cによる伝熱管62c内の通路67c内壁面の加熱は行わない。エンジン1から排出されるNOx量に見合った還元剤である尿素水噴霧42aを噴射弁39からヒータホルダー60c内の通路67cへ所定量噴射する。ここで、噴射弁39から噴射された噴霧42aの噴霧全周方向から圧縮空気91aを供給する(図10中4段目:衝突エアアシストON)ことにより、噴霧42aの狭角化を図れるとともに微粒化促進(ザウタ平均粒径10μm程度)が図れられる。ここで、通路67c内では、分流ガス9aの排気熱により気化促進されながら混合ガス9eとして尿素蒸気出口部71へ供給される。その際、混合ガス9eは完全に気化されず、尿素水噴霧の状態である(図10中2段目:<噴霧領域>)。   On the other hand, when the exhaust temperature is about 300 ° C. or higher, which is a relatively high temperature, the heater 61c disposed on the outer periphery of the heat transfer tube 62b is not energized (fifth stage in FIG. 10: heater OFF). The inner wall surface of the passage 67c in the heat transfer tube 62c is not heated by 61c. A predetermined amount of urea water spray 42a, which is a reducing agent corresponding to the amount of NOx discharged from the engine 1, is injected from the injection valve 39 into the passage 67c in the heater holder 60c. Here, by supplying the compressed air 91a from the entire circumference of the spray 42a sprayed from the injection valve 39 (fourth stage in FIG. 10: collision air assist ON), the spray 42a can be narrowed and finely divided. Can be promoted (Sauta average particle size of about 10 μm). Here, in the passage 67c, the vaporized gas is promoted by the exhaust heat of the diverted gas 9a and supplied to the urea vapor outlet 71 as a mixed gas 9e. At that time, the mixed gas 9e is not completely vaporized and is in a state of spraying urea water (second stage in FIG. 10: <spraying area>).

その後、煙道5内に配設された混合促進材11にて、排気10と混合促進し、加水分解触媒63bにて加水分解が促進された後に混合ガス24として脱硝触媒へ供給される。このとき尿素水噴霧のザウタ平均粒径は10μm程度と非常に微粒化促進されているために、第1の実施形態のメイン噴射弁30から供給する噴霧のザウタ平均粒径60μmに比べ、気化時間が大幅に短くなるために、第1の実施形態に比べて、装置の一層の小型化が可能である、また、尿素水噴霧41aを含む混合ガス24は、脱硝触媒6へ到達するまでに、高温の排気10の熱量によって、気化促進された状態で供給される(図10中1段目:<噴霧領域>)。   Thereafter, mixing with the exhaust gas 10 is promoted by the mixing promoting material 11 disposed in the flue 5, hydrolysis is promoted by the hydrolysis catalyst 63 b, and then the mixed gas 24 is supplied to the denitration catalyst. At this time, since the average particle size of the sprayed urea water spray is about 10 μm, the atomization is promoted very much. Therefore, the vaporization time is longer than that of the sprayed Sauta average particle size of 60 μm supplied from the main injection valve 30 of the first embodiment. Therefore, compared with the first embodiment, the apparatus can be further reduced in size, and the mixed gas 24 including the urea water spray 41a reaches the denitration catalyst 6 until the denitration catalyst 6 is reached. It is supplied in a state where vaporization is promoted by the amount of heat of the high-temperature exhaust 10 (first stage in FIG. 10: <spraying area>).

以上の説明においては、例示としての300℃を境にしてそれ未満の低排気温時に尿素水噴霧を気化した尿素蒸気(加水分解触媒によるNHガスはさらなる具体例)を生成して供給し、それ以上の高排気温度時には尿素水噴霧を供給することを開示したが、これ以外の供給態様として、脱硝触媒の性能にも関連するが、例えば、エンジン運転状態の排気ガス温度が200℃〜350℃の範囲内においては、図2に示すサブ噴射ラインからの尿素蒸気とメイン噴射ラインからの尿素水噴霧との混合体を供給しても良い。この際、この混合体の混合割合は上述した温度範囲を排気温センサで検知しながら、例えば、350℃に近い温度であれば尿素水噴霧の割合を高くし、200℃に近い温度であれば尿素蒸気の割合を高くするというように変化させる。また、以上の説明では、エンジン排気ガスの分流ガス中に尿素水を噴霧することを開示したが、排気ガスに代えて適宜の搬送ガスを用いてこの搬送ガスと尿素蒸気及び/又は尿素水噴霧とを混合して煙道5(混合促進材11、脱硝触媒6の前流側)に供給しても良い。 In the above description, urea vapor obtained by vaporizing urea water spray at a low exhaust temperature lower than 300 ° C. as an example is generated and supplied (NH 3 gas by a hydrolysis catalyst is a further specific example), and is supplied. Although it has been disclosed that urea water spray is supplied when the exhaust gas temperature is higher than that, for example, the exhaust gas temperature in the engine operating state is 200 ° C. to 350 ° C. Within the range of ° C., a mixture of urea vapor from the sub-injection line and urea water spray from the main injection line shown in FIG. 2 may be supplied. At this time, the mixing ratio of the mixture is, for example, a temperature close to 350 ° C. while the temperature range described above is detected by the exhaust temperature sensor, and the urea water spray ratio is increased if the temperature is close to 200 ° C. The ratio of urea vapor is increased. Further, in the above description, it has been disclosed that the urea water is sprayed into the split gas of the engine exhaust gas, but this carrier gas and urea vapor and / or urea water spray are used by using an appropriate carrier gas instead of the exhaust gas. May be mixed and supplied to the flue 5 (the mixing promoting material 11 and the upstream side of the denitration catalyst 6).

以上説明したように、本発明の実施形態に係る排気処理装置の主たる特徴は、次のような概念と機能乃至作用を奏するものである。すなわち、尿素水の微粒化を図るとともに、尿素水の搬送気体としてエンジンの排気ガスを利用する。また、エンジンの運転状態に応じて尿素水を煙道内へ気体もしくは噴霧のどちらか一方、または気体および噴霧を所定の割合にて供給可能とする。ここで、噴射弁から噴射された尿素水が尿素蒸気とアンモニアガスとなって、脱硝触媒へ到達する場合、尿素水噴霧として脱硝触媒へ到達する場合に比べ、エンジンから排出される窒素酸化物の脱硝性能に差異が出ることが知られている。また、低負荷領域である低排気温(たとえば排気温度300℃未満)時は、高負荷領域である高排気温(たとえば排気温度300℃以上)時に比べて排気熱による尿素水の気化促進がされにくく、高排気温時に比べて低排気温時は脱硝性能が明らかに劣る。高い脱硝性能を得るには、尿素水を尿素蒸気およびアンモニアガスとして脱硝触媒へ供給することが好ましいと云える。   As described above, the main features of the exhaust treatment apparatus according to the embodiment of the present invention have the following concept, function, and action. That is, the atomization of urea water is attempted and the exhaust gas of the engine is used as a carrier gas for urea water. Further, according to the operating state of the engine, urea water can be supplied into the flue by either gas or spray, or gas and spray at a predetermined ratio. Here, when urea water injected from the injection valve becomes urea vapor and ammonia gas and reaches the denitration catalyst, compared with the case where it reaches the denitration catalyst as urea water spray, the nitrogen oxide discharged from the engine It is known that there is a difference in denitration performance. Also, when the exhaust temperature is low (for example, the exhaust temperature is less than 300 ° C.), which is a low load region, the vaporization of urea water is promoted by the exhaust heat compared to when the exhaust temperature is high (for example, the exhaust temperature is 300 ° C. or more). Denitration performance is clearly inferior at low exhaust temperatures compared to high exhaust temperatures. In order to obtain high denitration performance, it may be preferable to supply urea water as urea vapor and ammonia gas to the denitration catalyst.

そこで、本実施形態では、始動時など排気量、排気温度が低い運転領域においては、主にヒータ熱により尿素水を気化する。このとき、発生するNOxは少量であるため、処理すべき尿素水量は少なく、ヒータは必要最低限の消費電力量で気化することが可能となる。また、エンジンの排気温度が高く、大量のNOxを発生するときには、尿素水の気化のためにヒータ熱を利用せず、排気中に直接尿素水を噴射し、排気の持つ排気熱にて気化促進を図る。   Therefore, in the present embodiment, urea water is vaporized mainly by heater heat in an operation region where the exhaust amount and the exhaust temperature are low, such as at the time of starting. At this time, since a small amount of NOx is generated, the amount of urea water to be processed is small, and the heater can be vaporized with the minimum necessary power consumption. Also, when the exhaust temperature of the engine is high and a large amount of NOx is generated, the heater heat is not used to vaporize the urea water, but the urea water is directly injected into the exhaust, and the vaporization is accelerated by the exhaust heat of the exhaust. Plan.

さらに、排気ガスの熱を有効に活用するために、気化器内およびその下流に噴射されたに尿素水噴霧の搬送流体として排気ガスおよび排気ガスの一部である分流ガスを活用する。また、気化器の蒸発面を所定温度以上で、蒸発面に所定の温度分布を形成できるごとくヒータを複数個配設して、それぞれのヒータを制御する。   Further, in order to effectively use the heat of the exhaust gas, the exhaust gas and a shunt gas that is a part of the exhaust gas are used as a carrier fluid for spraying urea water injected into the vaporizer and downstream thereof. In addition, a plurality of heaters are arranged so that the evaporation surface of the vaporizer has a predetermined temperature or higher and a predetermined temperature distribution can be formed on the evaporation surface, and each heater is controlled.

したがって、本実施形態によると、低排気温度時には、煙道へ噴射弁から噴射した微粒化した噴霧を気化器にて積極的に気化促進させ尿素蒸気を供給する。また、高排気温度時の場合は、煙道へ噴射弁から噴射された微粒化した噴霧を供給し、そのとき、煙道内の排気温度は高温であるために微粒化された尿素水噴霧は瞬時に気化促進され、短時間で煙道内で尿素蒸気となる。このため、低負荷領域(低排気温度)から高負荷領域(高排気温度)まで、脱硝触媒へ尿素蒸気を供給可能なため、エンジンの全運転領域において、尿素水噴霧を脱硝触媒へ供給する場合に比べ、高い脱硝性能が得られる。   Therefore, according to the present embodiment, when the exhaust temperature is low, the atomized spray injected from the injection valve to the flue is positively promoted by the vaporizer to supply urea vapor. When the exhaust temperature is high, atomized spray injected from the injection valve is supplied to the flue. At that time, since the exhaust temperature in the flue is high, the atomized urea water spray is instantaneous. Vaporization is promoted to urea vapor in the flue in a short time. For this reason, urea vapor can be supplied to the denitration catalyst from the low load region (low exhaust temperature) to the high load region (high exhaust temperature), so when urea water spray is supplied to the denitration catalyst in the entire operation region of the engine. Compared with, high denitration performance can be obtained.

また、噴射弁の下流側の気化器内またはその下流側通路や煙道内に尿素加水分解を促進するための加水分解触媒を配設することによって、尿素蒸気が加水分解触媒との接触により効率よくアンモニアガスが生成され、アンモニアガスを脱硝触媒へ供給可能である。よって、脱硝触媒を尿素蒸気で供給する場合に比べ、さらに高い脱硝性能を得ることが可能となる。   Further, by arranging a hydrolysis catalyst for promoting urea hydrolysis in the carburetor on the downstream side of the injection valve or in the downstream passage or flue thereof, the urea vapor is more efficiently brought into contact with the hydrolysis catalyst. Ammonia gas is generated and can be supplied to the denitration catalyst. Therefore, it is possible to obtain higher denitration performance than when the denitration catalyst is supplied with urea vapor.

結局、本発明によると、低消費電力であり、かつコンパクトな装置でありながら、排気ガス温度の低温域から高温域までの全てを高い脱硝率でNOxを除去することが可能である。よって、自動車産業をはじめとするディーゼルエンジンを開発、使用する産業への利用の可能性は非常に高いと云える。   After all, according to the present invention, it is possible to remove NOx at a high NOx removal rate from the low temperature range to the high temperature range of the exhaust gas temperature while having a low power consumption and a compact device. Therefore, it can be said that the possibility of use in industries that develop and use diesel engines including the automobile industry is very high.

本発明の第1の実施形態に係る排気処理装置の全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of an exhaust treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す排気処理装置のA部の拡大図である。It is an enlarged view of the A section of the exhaust treatment device shown in FIG. 本発明の第1の実施形態に係る排気処理装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the exhaust-gas treatment apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る排気処理装置における、脱硝触媒入口温度と脱硝率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the denitration catalyst inlet temperature and the denitration rate in the exhaust treatment apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る排気処理装置の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the exhaust-gas treatment apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図5に示す排気処理装置のC部の拡大図である。It is an enlarged view of the C section of the exhaust treatment device shown in FIG. 第2の実施形態に係る排気処理装置において用いる尿素水噴霧の噴霧粒径分布を示す図である。It is a figure which shows the spray particle size distribution of the urea water spray used in the exhaust gas processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る排気処理装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the exhaust gas processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the exhaust-gas treatment apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る排気処理装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the exhaust gas processing apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ディーゼルエンジン、2…コントロールユニット、3…煙道、4…DPF、5…煙道、6…脱硝触媒、7…煙道、8…排気、9a…分流ガス、9d…混合ガス、10…排気、11…混合促進材、12…タンク、13…尿素水、14…ポンプ、15…フィルタ、16…レギュレータ、19…排気温度センサ、20…NOxセンサ、21…NHセンサ、30…メイン噴射弁、38…尿素水噴霧、50…サブ噴射弁、58…尿素水噴霧、59a…旋回部材、60a…ヒータホルダー、61a…ヒータ、62a…伝熱管、63a…加水分解触媒、70…分流管、71…尿素蒸気出口部、81…圧縮空気流れ、81a…圧縮空気流れ、100…旋回部材、101…溝、102…噴孔、120…尿素添加装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine, 2 ... Control unit, 3 ... Flue, 4 ... DPF, 5 ... Flue, 6 ... Denitration catalyst, 7 ... Flue, 8 ... Exhaust, 9a ... Shunt gas, 9d ... Mixed gas, 10 ... exhaust, 11 ... mixing promoting material, 12 ... tank, 13 ... urea water, 14 ... pumps, 15 ... filter, 16 ... regulator, 19 ... exhaust gas temperature sensor, 20 ... NOx sensor, 21 ... NH 3 sensor, 30 ... main injection Valve 38, urea water spray, 50 ... sub-injection valve, 58 ... urea water spray, 59a ... rotating member, 60a ... heater holder, 61a ... heater, 62a ... heat transfer tube, 63a ... hydrolysis catalyst, 70 ... shunt tube, 71 ... Urea vapor outlet, 81 ... Compressed air flow, 81a ... Compressed air flow, 100 ... Swivel member, 101 ... Groove, 102 ... Injection hole, 120 ... Urea addition device

Claims (9)

エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を気化させて尿素蒸気として前記排気煙道に供給し、
エンジンの高負荷領域である高排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した微粒化した尿素水噴霧を前記排気煙道に供給する
ことを特徴とする排気処理装置。
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue An exhaust treatment device comprising:
When the exhaust gas temperature is a low load region of the engine, the urea water spray injected from the injection valve is vaporized and supplied as urea vapor to the exhaust flue,
An exhaust treatment apparatus that supplies atomized urea water spray injected from the injection valve to the exhaust flue at a high exhaust temperature that is a high load region of an engine.
請求項1において、
前記低排気温度のときに、加熱手段を有する気化器によって前記尿素水噴霧を気化促進させて尿素蒸気を供給することを特徴とする排気処理装置。
In claim 1,
An exhaust treatment apparatus characterized by supplying urea vapor by promoting vaporization of the urea water spray by a vaporizer having a heating means at the low exhaust temperature.
請求項2において、
前記低排気温度のときに、前記尿素蒸気を加水分解触媒を通過させることによってアンモニアガスとして前記排気煙道に供給することを特徴とする排気処理装置。
In claim 2,
An exhaust treatment apparatus characterized in that, at the low exhaust temperature, the urea vapor is supplied to the exhaust flue as ammonia gas by passing through a hydrolysis catalyst.
請求項1、2又は3において、
前記尿素蒸気、前記尿素水噴霧、または前記アンモニアガスを前記排気煙道に供給搬送する流体は、前記排気煙道を流れる排気ガスの一部を分流する分流ガスであることを特徴とする排気処理装置。
In claim 1, 2 or 3,
The exhaust gas treatment is characterized in that the fluid for supplying and transporting the urea vapor, the urea water spray, or the ammonia gas to the exhaust flue is a shunt gas that diverts a part of the exhaust gas flowing through the exhaust flue. apparatus.
エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
前記排気煙道を流れる排気ガスの一部を分流する分流手段を設け、
前記分流手段によって分流された分流排気ガスの流れる通路に尿素水を噴射する第1の噴射弁を設置し、
前記第1の噴射弁によって噴射された尿素水を加熱して尿素蒸気とする気化器と、前記気化器内または前記分流排気ガス通路下流側にアンモニアガスを生成する加水分解触媒を配設し、
前記加水分解触媒の前記分流排気ガス通路下流側に尿素水を噴射する第2の噴射弁を設置し、
前記第2の噴射弁の下流側に前記分流排気ガス通路が前記排気煙道に連通する尿素蒸気、尿素水噴霧またはアンモニアガスの出口部を配設し、
エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記第1の噴射弁から噴射した尿素水噴霧から生成された尿素蒸気及び/又はアンモニアガスを前記出口部を通して前記排気煙道に供給し、
エンジンの高負荷領域である高排気温度のときに、前記第2の噴射弁から噴射した尿素水噴霧を前記出口部を通して前記排気煙道に供給する
ことを特徴とする排気処理装置。
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue An exhaust treatment device comprising:
Providing a diversion means for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust flue;
Installing a first injection valve for injecting urea water into a passage through which the divided flow exhaust gas divided by the flow dividing means flows;
A vaporizer that heats urea water injected by the first injection valve to form urea vapor, and a hydrolysis catalyst that generates ammonia gas in the vaporizer or downstream of the diverted exhaust gas passage;
Installing a second injection valve for injecting urea water downstream of the split exhaust gas passage of the hydrolysis catalyst;
An outlet portion of urea vapor, urea water spray or ammonia gas in which the diverted exhaust gas passage communicates with the exhaust flue is disposed downstream of the second injection valve;
Supplying urea vapor and / or ammonia gas generated from urea water spray injected from the first injection valve to the exhaust flue through the outlet when the exhaust gas temperature is a low load region of the engine;
An exhaust treatment apparatus, wherein a urea water spray injected from the second injection valve is supplied to the exhaust flue through the outlet when the exhaust gas temperature is a high load region of an engine.
エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
前記排気煙道を流れる排気ガスの一部を分流する分流手段を設け、
前記分流手段によって分流された分流排気ガスの流れる通路に加熱手段を有する伝熱面付き気化器を設置し、
前記気化器の伝熱面に向けて尿素水を噴霧する噴射弁を設け、
前記噴射弁から噴射された尿素水噴霧の外周から気流を衝突させて前記噴霧の外径形状を縮小変更する形状変更手段を設置し、
前記噴射弁の下流側に前記分流排気ガス通路が前記排気煙道に連通する尿素蒸気または尿素水噴霧の出口部を配設し、
エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を前記気化器の伝熱面での加熱によって尿素蒸気とし、前記尿素蒸気を前記出口部を通して前記排気煙道に供給し、
エンジンの高負荷領域である高排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を前記形状変更手段で前記噴霧の外径形状を縮小して前記伝熱面に接触させずに前記出口部を通して前記排気煙道に供給する
ことを特徴とする排気処理装置。
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue An exhaust treatment device comprising:
Providing a diversion means for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust flue;
Installing a vaporizer with a heat transfer surface having a heating means in a passage through which the divided flow exhaust gas divided by the flow dividing means flows;
An injection valve for spraying urea water toward the heat transfer surface of the vaporizer is provided,
Installing a shape changing means for reducing the outer diameter shape of the spray by colliding an air flow from the outer periphery of the urea water spray injected from the injection valve;
An outlet of urea vapor or urea water spray is provided downstream of the injection valve, the diverted exhaust gas passage communicating with the exhaust flue,
At low exhaust temperature, which is a low load area of the engine, urea water spray injected from the injection valve is converted to urea vapor by heating on the heat transfer surface of the carburetor, and the urea vapor is passed through the outlet portion to the exhaust smoke. Supply to the road,
The urea water spray injected from the injection valve when the exhaust gas temperature is a high load region of the engine is reduced by reducing the outer diameter shape of the spray by the shape changing means and contacting the heat transfer surface. An exhaust treatment apparatus, wherein the exhaust flue is supplied to the exhaust flue through a section.
エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
前記排気煙道を流れる排気ガスの一部を分流する分流手段を設け、
前記分流手段によって分流された分流排気ガスの流れる通路に加熱手段を有する伝熱面付き気化器を設置し、
前記気化器の伝熱面に向けて尿素水を噴霧する噴射弁を設け、
前記噴射弁から噴射された尿素水噴霧の噴射方向垂直断面の噴霧中心方向へ向かって気流を供給させて噴霧を狭角化する狭角化手段と、前記噴射方向垂直断面の噴霧外接円接線方向へ向かって気流を供給させて噴霧を広角化する広角化手段とを設置し、
前記噴射弁の下流側に前記分流排気ガス通路が前記排気煙道に連通する尿素蒸気または尿素水噴霧の出口部を配設し、
エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を、前記広角化手段の動作により前記気化器の伝熱面で加熱させることによって尿素蒸気とし、前記尿素蒸気を前記出口部を通して前記排気煙道に供給し、
エンジンの高負荷領域である高排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を、前記狭角化手段の動作により前記気化器の伝熱面に接触させずに、前記出口部を通して前記排気煙道に供給する
ことを特徴とする排気処理装置。
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue An exhaust treatment device comprising:
Providing a diversion means for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust flue;
Installing a vaporizer with a heat transfer surface having a heating means in a passage through which the divided flow exhaust gas divided by the flow dividing means flows;
An injection valve for spraying urea water toward the heat transfer surface of the vaporizer is provided,
Narrowing means for narrowing the spray by supplying an airflow toward the spray center direction of the vertical cross section of the urea water spray injected from the injection valve, and the spray circumscribing circle tangential direction of the spray direction vertical cross section And widening means to widen the spray by supplying airflow toward
An outlet of urea vapor or urea water spray is provided downstream of the injection valve, the diverted exhaust gas passage communicating with the exhaust flue,
The urea water spray injected from the injection valve at the low exhaust temperature, which is a low load region of the engine, is heated on the heat transfer surface of the carburetor by the operation of the widening means to form urea vapor, and the urea Supplying steam to the exhaust flue through the outlet,
The urea water spray injected from the injection valve at a high exhaust temperature, which is a high load region of the engine, does not come into contact with the heat transfer surface of the carburetor by the operation of the narrowing means, and passes through the outlet portion. An exhaust treatment apparatus that supplies the exhaust flue.
エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えて排気ガス中の窒素酸化物を除去する排気処理方法において、
まず、エンジンの低負荷領域である低排気温度のときに、前記噴射弁から噴射した尿素水噴霧を気化させて尿素蒸気としてこの尿素蒸気を前記排気煙道に供給し、
次いで、エンジンの高負荷領域である高排気温度になったときに、前記噴射弁から噴射した微粒化した尿素水噴霧を直接に前記排気煙道に供給する
ことを特徴とする排気処理方法。
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue In an exhaust treatment method for removing nitrogen oxides in exhaust gas by providing an injection valve to
First, at the time of a low exhaust temperature that is a low load region of the engine, the urea water spray injected from the injection valve is vaporized to supply this urea vapor to the exhaust flue as urea vapor,
Next, when the exhaust gas temperature is a high load region of the engine, the atomized urea water spray injected from the injection valve is directly supplied to the exhaust flue.
エンジンの排気ガスを導く排気煙道と、前記排気煙道に設けられて窒素酸化物を還元する脱硝触媒反応器と、前記脱硝触媒反応器の上流側で尿素水を噴射して前記排気煙道に供給する噴射弁と、を備えた排気処理装置であって、
前記排気煙道を流れる排気ガスの一部を分流する分流手段を設け、
前記分流手段によって分流された分流排気ガスの流れる通路に尿素水を噴射する第1の噴射弁を設置し、
前記第1の噴射弁によって噴射された尿素水を加熱して尿素蒸気とする気化器を配設し、
前記気化器の前記分流排気ガス通路下流側に尿素水を噴射する前記第2の噴射弁を設置し、
前記第2の噴射弁の下流側に前記分流排気ガス通路が前記排気煙道に連通する尿素蒸気または尿素水噴霧の出口部を配設し、
前記排気ガスの排気温度が所定の温度範囲内であるときに、前記第1の噴射弁から噴射した尿素水噴霧から生成された尿素蒸気と、前記第2の噴射弁から噴射した尿素水噴霧との混合割合を適宜に変化させて、前記混合された前記尿素蒸気と前記尿素水噴霧とを前記出口部を通して前記排気煙道に供給する
ことを特徴とする排気処理装置。
An exhaust flue for guiding exhaust gas of the engine, a denitration catalyst reactor provided in the exhaust flue to reduce nitrogen oxides, and urea water is injected upstream of the denitration catalyst reactor to inject the exhaust flue An exhaust treatment device comprising:
Providing a diversion means for diverting a part of the exhaust gas flowing through the exhaust flue;
Installing a first injection valve for injecting urea water into a passage through which the divided flow exhaust gas divided by the flow dividing means flows;
A vaporizer for heating urea water injected by the first injection valve to form urea vapor;
Installing the second injection valve for injecting urea water downstream of the diverted exhaust gas passage of the vaporizer;
An outlet portion for spraying urea vapor or urea water, wherein the diverted exhaust gas passage communicates with the exhaust flue on the downstream side of the second injection valve;
When the exhaust temperature of the exhaust gas is within a predetermined temperature range, urea vapor generated from the urea water spray injected from the first injection valve, and urea water spray injected from the second injection valve; The exhaust gas treatment apparatus is characterized in that the mixed urea vapor and the urea water spray are supplied to the exhaust flue through the outlet portion by appropriately changing the mixing ratio.
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