JP2007270729A - 液体貯蔵タンク及びエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブリーザパイプを介する液体貯蔵タンクからの液体の流出を防止する。
【解決手段】ブリーザパイプ２５３に気液分離器２５４を取り付け、液体貯蔵タンク２５１から流出したガスを気液分離器２５４に導入する。分離部２５４ｂの内面を円周状に形成し、導入したガスにこの内面に沿う旋回を生じさせることで、このガスから液体成分を分離する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体貯蔵タンク及びエンジンの排気浄化装置に関し、詳細には、ブリーザパイプを介する液体貯蔵タンクからのガスの流出に対し、この流出したガスに含まれる液体成分の外部への放出を防止する技術に関する。

ディーゼルエンジンから排出される窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）を後処理により浄化する技術として、尿素ＳＣＲ法によるものが知られている。この尿素ＳＣＲ法は、アンモニアを排気に添加し、これを還元剤としてＮＯｘを還元させて浄化するものであり、ＮＯｘの還元促進のため、排気通路に還元触媒を設置する。貯蔵上の便宜を考慮して、アンモニアの前駆体である尿素を水溶液の状態でタンクに貯蔵し、実際の運転において、このタンクから尿素水を供給し、還元触媒の上流で排気通路内に噴射する（特許文献１）。近年、この尿素ＳＣＲ法による技術は、トラック等の大型車両に搭載されたディーゼルエンジンにおける排気浄化に適用され、実用化されている。
特開２０００−０２７６２７号公報（段落番号００１３）

尿素ＳＣＲ法において、尿素を採用してこれを水溶液の状態で貯蔵するのは、尿素水の取り扱い及び貯蔵の容易さ等の実用上の利点を考慮したものであるが、尿素水を貯蔵するためのタンクとして、尿素水に対する耐久性を持ち得るもの（たとえば、ステンレス材により形成された薄板のタンク）を採用する必要があることから、次のような問題がある。
すなわち、エンジンからの振動の伝達又は路面の凹凸等によりタンクが振動し、貯蔵されている尿素水に大きな揺れが生じた場合に、この振動の周波数によってはタンクの外殻に共振を来し、圧抜きのためにタンクに設けられるブリーザパイプの開口付近に圧力の脈動を生じさせることである。ブリーザパイプの開口付近に脈動が生じると、この脈動に起因してブリーザパイプを介する断続的なガスの出入りが生じる。尿素水に生じた揺れによりブリーザパイプに尿素水が付着していると、この付着した尿素水が脈動により生じたガスの流れによりタンクから流出し、外部へ放出される。ブリーザパイプの開口付近に通気孔を設けたカバーを取り付け、ブリーザパイプへの尿素水の付着を防止することも考えられるが、尿素水が実際にブリーザパイプに付着すれば、この付着した尿素水の流出を阻止することはできない。

本発明は、液体貯蔵タンクにおいて、ブリーザパイプを介するガスの流出に対し、流出したガスに含まれる液体成分の放出を、ブリーザパイプへの液体の付着によらず確実に防止することを目的とする。

本発明は、液体貯蔵タンク及びこれを備えるエンジンの排気浄化装置を提供する。
本発明に係る液体貯蔵タンクは、液体の貯蔵室を形成するタンク本体と、このタンク本体に設けられ、貯蔵室をタンク本体の外部と連通させるブリーザパイプと、タンク本体外でこのブリーザパイプと接続され、ブリーザパイプに続くガスの流通路を形成する一方、ブリーザパイプを介して貯蔵室から流出したガスが導入される気液分離器とを備える。気液分離器は、接続部、分離部及び吹出部を有し、接続部でブリーザパイプと接続される。分離部は、この接続部が形成するガスの導入口と連通し、かつこの導入口の中心軸を含む断面において、この中心軸に対してオフセットした点を中心とした円周状の内面を有する。吹出部は、この断面における分離部の略中央に設けられ、分離部の内外を連通させる。

本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、このような液体貯蔵タンクを備え、液体貯蔵タンクに貯蔵されたアンモニア又はその前駆体の水溶液を、排気通路に設けられた還元触媒の上流で排気に添加する。

本発明によれば、液体貯蔵タンクに気液分離器を設け、この気液分離器の分離部において、内面を円周状に形成するとともに、この内面の中心を、接続部が形成するガスの導入口の中心軸に対してオフセットさせたことで、タンク本体の貯蔵室から流出したガスに対し、分離部内で旋回を生じさせ、このガスに含まれる液体成分を遠心力により分離させることができる。このため、液体貯蔵タンクからのガスの流出による液体成分の放出を防止するとともに、液体成分の分離が気液分離器によりタンク本体外でなされるので、ブリーザパイプへの液体の付着によらず確実にこれを防止することができる。液体成分が分離したガスは、吹出部を介して外部に放出される。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成を示している。本実施形態に係るエンジン１は、ディーゼルエンジンであり、車両（ここでは、トラック等の大型車両）の駆動源を構成する。この排気浄化装置は、本実施形態に係る液体貯蔵タンク２５１を備え、排気に添加する還元剤をこれに貯蔵している。本実施形態では、ＮＯｘの還元剤としてアンモニアを採用するが、車上における貯蔵容易性を考慮して、液体貯蔵タンク２５１には、尿素水を貯蔵している。この尿素水は、アンモニアの前駆体である尿素を水溶液としたものである。

エンジン１の排気通路１０１には、マニホールド部の下流に還元触媒１０２が設置されている。排気中のＮＯｘは、この還元触媒１０２上で還元され、浄化された後、大気中に放出される。還元触媒１０２の上流に尿素水の噴射装置（本実施形態に係る「添加装置」に相当する。）２０１が設置されており、エンジン１の運転に際し、この噴射装置２０１により尿素水が排気通路１０１内に噴射される。噴射された尿素水中の尿素が排気熱により加水分解を生じ、還元剤であるアンモニアを発生させる。発生したアンモニアは、還元触媒１０２上でＮＯｘを効率的に還元させ、無害なガスに転換させる。

尿素水は、液体貯蔵タンク２５１に貯蔵され、実際の運転に際し、この液体貯蔵タンク２５１からフィードポンプ２６１により加圧されて噴射装置２０１に供給される。液体貯蔵タンク２５１は、圧抜き用のブリーザパイプ２５３（図３）が取り付けられたタンク本体２５２と、後述する気液分離器２５４とを備え、ブラケット２５６，２５６により車両のフレームＦに固定されている。タンク本体２５２により箱型の貯蔵室２５２ａが形成され、この貯蔵室２５２ａに尿素水が貯蔵されている。本実施形態では、尿素水に対する耐久性を考慮して、タンク本体２５２及びブリーザパイプ２５３をステンレス材により形成している。

噴射装置２０１は、尿素水の供給管２７１を介して液体貯蔵タンク２５１と接続されており、液体貯蔵タンク２５１から供給された尿素水をアシスト用のエアと混合させる噴射装置の本体２１１と、基端側でこの本体２１１に取り付けられ、先端側が排気通路１０１内に挿入された噴射ノズル２１２とを備える。噴射ノズル２１２の先端２１２ａは、還元触媒１０２の上流側の端面１０２ａに向けて配置されている。なお、噴射装置２１１は、供給管２７１以外に戻し管２７２を介して液体貯蔵タンク２５１と接続されており、噴射装置２０１に供給された尿素水のうち、噴射ノズル２１２により排気に噴射されたもの以外の余剰の尿素水が、この戻し管２７２を介して液体貯蔵タンク２５１に戻される。噴射装置２０１において、アシスト用のエアは、図示しないエアタンクから導入管２１３を介して本体２１１に供給される。

図２は、本実施形態に係る気液分離器２５４の構成を、一部破断させた状態で示している。
図２を参照して、気液分離器２５４の構成について説明する。
液体貯蔵タンク２５１のタンク本体２５２には、圧抜き用のブリーザパイプ２５３（図３）が取り付けられ、気液分離器２５４は、タンク本体２５２外でこのブリーザパイプ２５３と接続されている。ブリーザパイプ２５３と気液分離器２５４との接続は、ゴム製のブリーザチューブ２５５によりなされる。

気液分離器２５４は、通常動作時において、タンク本体２５２外から貯蔵室２５２ａに向かうガスの流通路をブリーザパイプ２５３とともに形成するものであるが、液体貯蔵タンク２５１の振動等により、ブリーザパイプ２５３を介して貯蔵室２５２ａからガスが流出した場合は、この流出したガスが気液分離器２５４に導入され、このガスから液体成分である尿素水が分離される。これにより、大気中への尿素水の放出が防止される。気液分離器２５４は、ガスの導入口を形成する接続部２５４ａと、導入したガスから尿素水を分離させる分離部２５４ｂと、分離部２５４ｂから分離後のガスを放出する吹出部２５４ｃとを含んで構成される。接続部２５４ａは、分離部２５４ｂの側面から外向きに突出させて設けられており、ブリーザチューブ２５５の一端が接続される。分離部２５４ｂは、全体として円筒状であり、導入したガスに対し、円周状の内面に沿う旋回を生じさせる。接続部２５４ａが形成する導入口の中心軸ＡＸ１に対して分離部２５４ｂの中心軸ＡＸ２がオフセットさせて設定されているため、導入したガスは、分離部２５４ｂ内において、軸ＡＸ２を中心として旋回を生じ、尿素水に遠心力が作用する。吹出部２５４ｃは、分離部２５４ｂの軸ＡＸ２上に設けられ、分離部２５４ｂ内を外部と連通させる。本実施形態では、軸ＡＸ２を軸ＡＸ１に対して鉛直方向の上方にオフセットさせており、これにより、分離した尿素水を円滑に液体貯蔵タンク２５１に戻すことができる。

図３は、本実施形態に係る液体貯蔵タンク２５１の全体的な構成を、縦方向の断面により示している。
図３を参照して、本実施形態に係る液体貯蔵タンク２５１、特に気液分離器２５４の動作について説明する。
タンク本体２５２にブリーザパイプ２５３が取り付けられ、これにブリーザチューブ２５５の一端が接続されている。ブリーザチューブ２５５の他端に気液分離器２５４が接続部２５４ａで接続されて、液体貯蔵タンク２５１が構成される。気液分離器２５４は、図示しない保持具によりタンク本体２５２よりも鉛直方向の上方で支持されている。ブリーザパイプ２５３は、タンク本体２５２の蓋部を貫通させて取り付けられ、貯蔵室２５２ａの上部をタンク本体２５２の外部と連通させている。タンク本体２５２の蓋部を供給管２７１が上下に貫通しており、供給管２７１は、蓋部から垂下して、貯蔵室２５２ａの底部近傍まで延伸している。また、戻し管２７２もタンク本体２５２の蓋部を貫通し、貯蔵室２５２ａ内で開口している。

エンジン１の運転時において、フィードポンプ２６１により供給管２７１を介して尿素水が吸い上げられると、貯蔵室２５２ａ内に生じた負圧の作用により、ブリーザパイプ２５３を介して外気が導入される。この外気の導入は、気液分離器２５４、ブリーザチューブ２５５及びブリーザパイプ２５３を介してなされ、これにより貯蔵室２５２ａ内が一定の圧力に保持され、尿素水の円滑な供給が確保されるとともに、タンク本体２５２の変形が防止される。車両の走行に際しては、エンジン１から伝達される振動や、路面の凹凸による車体の振動等を加振入力として、タンク本体２５２に振動が生じる。振動の周波数によってはタンク本体２５２に共振を来し、貯蔵室２５２ａ内のガスに圧力の変動を生じさせ、ブリーザパイプ２５３の開口付近に圧力の脈動を生じさせる。路面からの振動等により生じた大きな揺れにより尿素水がタンク本体２５２の内壁を伝い、又は飛び跳ねてブリーザパイプ２５３に付着していると（この揺れによる尿素水Ｕの動きを矢印Ｆ１，Ｆ２で示す。）、圧力の脈動によりブリーザパイプ２５３を介して生じる断続的なガスの流れＦ３により、この付着した尿素水が貯蔵室２５２ａから流出する。この尿素水を含むガスは、ブリーザパイプ２５３及びブリーザチューブ２５５を介して気液分離器２５４に導入され、分離部２５４ｂにおいて、円周状の内面に沿う旋回Ｆ４を生じる。この旋回に伴う遠心力の作用により、矢印Ｆ５で示すようにガスから尿素水が分離され、ガス成分のみが吹出部２５４ｃから放出される（ガスの流れを矢印Ｆ６で示す。）。他方、分離した尿素水は、矢印Ｆ７で示すように分離部２５４ｂの内面、及びブリーザチューブ２５５を伝い、貯蔵室２５２ａに戻る。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
液体貯蔵タンク２５１に気液分離器２５４を設け、その分離部２５４ｂにおいて、遠心力の作用によりガスから尿素水を分離させることとした。このため、動力等を必要としない簡易な構成で大気中への尿素水の放出を防止することができる。また、本実施形態によれば、尿素水の分離がタンク本体２５２外でなされるので、ブリーザパイプ２５３への尿素水の付着によらず確実にその放出を防止するができる。

また、本実施形態によれば、分離部２５４ｂの中心軸ＡＸ２を接続部２５４ａが形成する導入口の中心軸ＡＸ１よりも鉛直方向の上方にオフセットさせて設定したので、分離した尿素水を分離部２５４ｂの内面に沿って円滑に流し、貯蔵室２５２ａに戻すことができる。
なお、本実施形態では、気液分離器２５４において、分離部２５４ｂを中空の円筒状に形成し、この円筒の内面により「円周状の内面」を形成することとした。しかしながら、本発明は、これに限らず、分離部を円環状又はＳ字（若しくは蛇行）状に形成し、この円環又はＳ字における半径方向の内向きの内面により「円周状の内面」を形成することもできる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成 同上実施形態に係る気液分離器の構成 同上気液分離器の動作説明

符号の説明

１…エンジン、１０１…排気通路、１０２…還元触媒、２０１…噴射装置、２１１…噴射装置の本体、２１２…噴射ノズル、２５１…液体貯蔵タンク、２５２…タンク本体、２５２ａ…貯蔵室、２５３…ブリーザパイプ、２５４…気液分離器、２５４ａ…接続部、２５４ｂ…分離部、２５４ｃ…吹出部、２５５…ブリーザチューブ。

Claims (7)

1. 液体の貯蔵室を形成するタンク本体と、
   前記タンク本体に設けられ、前記貯蔵室をタンク本体の外部と連通させるブリーザパイプと、
   前記タンク本体外で前記ブリーザパイプと接続され、前記ブリーザパイプに続くガスの流通路を形成する一方、前記ブリーザパイプを介して前記貯蔵室から流出したガスが導入される気液分離器と、を含んで構成され、
   前記気液分離器は、
   前記ブリーザパイプと接続され、前記貯蔵室から流出したガスの導入口を形成する接続部と、
   前記導入口と連通し、前記導入口の中心軸を含む断面において、この中心軸に対してオフセットした点を中心とした円周状の内面を有する分離部と、
   前記断面における前記分離部の略中央に設けられ、前記分離部の内外を連通させる吹出部と、を含んで構成される液体貯蔵タンク。
2. 前記断面において、前記分離部の内面の中心が前記導入口の中心軸に対して鉛直方向の上方にオフセットされた請求項１に記載の液体貯蔵タンク。
3. 前記液体として尿素水を貯蔵する請求項１又は２に記載の液体貯蔵タンク。
4. 車両に搭載される請求項１〜３のいずれかに記載の液体貯蔵タンク。
5. エンジンの排気通路に設けられた還元触媒と、
   前記液体としてアンモニア又はその前駆体の水溶液を貯蔵する請求項１又は２に記載の液体貯蔵タンクと、
   前記液体貯蔵タンクに接続され、このタンクに貯蔵される液体を前記還元触媒の上流で排気に添加する添加装置と、を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置。
6. 前記エンジンがディーゼルエンジンである請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 液体の貯蔵室を形成するタンク本体と、
   前記貯蔵室をタンク本体の外部と連通させて、タンク本体外から前記貯蔵室に向かうガスの流通路を形成する手段と、
   前記流通路を形成する手段と接続し、前記貯蔵室から前記流通路にガスが流出した場合に、このガスに旋回を生じさせて、このガスから液体成分を分離させる手段と、を含んで構成される液体貯蔵タンク。

Images