JP2009299526A - 還元剤容器 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤容器に貯蔵される液体還元剤又はその前駆体の解凍性能を向上させる。
【解決手段】液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する容器本体３０Ａと、容器本体３０Ａの天板３２からその底部に向けて垂下される部分を少なくとも有し、液体還元剤又その前駆体を加熱するヒータ３８と、ヒータ３８の周壁との間に液体還元剤又その前駆体が流通する流路４６Ａを形成しつつ該ヒータ３８を囲繞して容器本体３０Ａの天板３２からその底部に向けて垂下され、容器本体３０Ａに貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を吸い込む吸込管４６と、を含んで還元剤容器３０を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、還元剤容器に貯蔵される液体還元剤又はその前駆体を、エンジン始動後の短時間で解凍する技術に関する。

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化装置として、ＮＯｘ還元触媒を用いるものが提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジンの排気管に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた添加流量で液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、排気中のＮＯｘと還元剤とを選択還元反応させて、ＮＯｘを浄化処理するものである。

ところで、北海道のような寒冷地では、冬季の外気温度が液体還元剤又はその前駆体の凝固点以下となり、還元剤容器に貯蔵された液体還元剤又はその前駆体が凍結してしまうことがある。液体還元剤又はその前駆体は、外気に直接接触する容器外周から凍結し始め、次第に容器中央部へ向かって凍結が進行する。このとき、還元剤容器の底部から液体還元剤又はその前駆体を吸い込む吸込管において、その内部に存在する液体還元剤又はその前駆体も凍結する。このため、エンジン始動直後に吸込管から液体還元剤又はその前駆体を吸い込めず、ＮＯｘ還元触媒の排気上流に噴射供給できない事態が生ずるおそれがある。そこで、熱媒体としてのエンジン冷却水を循環させ液体還元剤又はその前駆体との間で熱交換を行わせるようにした還元剤容器が、本出願人により提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−３５１２５３号公報

特許文献１の還元剤容器は、還元剤容器の上面に設けた熱媒体の入口と出口とを相互接続する略Ｕ字形状の管材を屈曲形成した熱交換器に、吸込管を沿わせて溶接又はロー付けしたものである。このため、管材を流れる熱媒体と吸込管の内部に存在する液体還元剤又はその前駆体との間で熱交換が行われ、エンジン始動後の短時間で解凍することができる。

しかし、この構成では、管材を流れる熱媒体から放射状に放出される熱のうち、主に、吸込管側の一部の熱だけが、吸込管に存在する液体還元剤又はその前駆体の解凍に寄与する。このため、吸込管における熱交換器の熱交換効率が良好とは言い難く、そこに存在する液体還元剤又その前駆体を解凍するまでにある程度の時間を要していた。
そこで、本発明は、吸込管を加熱する構造を見直すことで、エンジン始動後、更に短時間で液体還元剤又その前駆体を解凍可能な還元剤容器の提供を目的とする。

このため、請求項１記載の還元剤容器は、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する容器本体と、前記容器本体の天板からその底部に向けて垂下される部分を少なくとも有し、液体還元剤又その前駆体を加熱するヒータと、前記ヒータの周壁との間に液体還元剤又その前駆体が流通する流路を形成しつつ該ヒータを囲繞して前記容器本体の天板からその底部に向けて垂下され、前記容器本体に貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を吸い込む吸込管と、を含んで構成されることを特徴とする。

請求項２記載の還元剤容器は、前記ヒータが、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させる管材を含んで構成されることを特徴とする。
請求項３記載の還元剤容器は、前記ヒータが、前記吸込管の下端に位置する吸込口より下方へ突出していることを特徴とする。
請求項４記載の還元剤容器は、少なくとも、前記吸込管に連通しつつ前記天板の上面に固定され、前記天板から上方へ突出するヒータの周壁との間に液体還元剤又その前駆体が流通する流路を形成しつつ該ヒータを囲繞する固定部と、前記固定部から水平に伸ばされ、前記固定部の流路に連通する液体還元剤又その前駆体の供給路を備える腕部と、前記固定部の上端開口を塞ぎつつ前記ヒータを貫通させる貫通孔が形成された蓋部と、からなる管継手をさらに含んで構成されることを特徴とする。

請求項５記載の還元剤容器は、前記管継手が、前記腕部に着脱可能に内挿され、液体還元剤又はその前駆体を濾過するフィルタをさらに含んで構成されることを特徴とする。
請求項６記載の還元剤容器は、前記フィルタが、軸方向の先端部が基部に向けて凹んだ形状をなしていることを特徴とする。
請求項７記載の還元剤容器は、前記フィルタが、その横断面を形成する輪郭の一部が内方へと凹んだ形状をなしていることを特徴とする。

請求項８記載の還元剤容器は、前記ヒータと前記吸込管との間に形成される流路を確保しつつ前記ヒータ及び前記吸込管を略同心に保持する保持手段をさらに含んで構成されることを特徴とする。
請求項９記載の還元剤容器は、前記保持手段が、前記吸込管の同一横断面上の少なくとも２箇所以上がその軸心に向けて凹み、その先端部で前記ヒータを狭持することを特徴とする。

請求項１０記載の還元剤容器は、前記少なくとも２箇所以上の凹みが、軸心に対して相互に略等角度をなしていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、容器本体の天板からその底部に向けて垂下される部分を少なくとも有するヒータを吸込管で囲繞し、ヒータと吸込管との間に液体還元剤又はその前駆体が流通する流路を形成した。このため、この流路に存在する液体還元剤又はその前駆体には、ヒータから放射状に放出される熱が均一且つ効率的に伝わるので、エンジン始動後の短時間で解凍できるようになる。

請求項２記載の発明によれば、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させる管材をヒータとした。このため、例えば、電気的なヒータを別途設けずに簡易な構造で、管材と吸込管との間の流路に存在する液体還元剤又はその前駆体を解凍することができる。なお、熱媒体としては、エンジンを熱源とするエンジン冷却水やエンジンオイルなどが考えられる。
請求項３記載の発明によれば、ヒータを吸込管の下端に位置する吸込口より下方へ突出させたので、吸込口に存在する液体還元剤又はその前駆体がエンジン始動後の短時間で解凍され、吸い込みを開始できる。

請求項４記載の発明によれば、天板から上方に突出したヒータを、吸込管に連通する管継手の固定部で囲繞し、ヒータと固定部との間に液体還元剤又はその前駆体が流通する流路を形成した。このため、管継手の固定部に存在する液体還元剤又はその前駆体にも、ヒータから放射状に放出される熱が均一且つ効率的に伝わる。従って、管継手が外気や走行風に直接曝されたとしても、その内部に存在する液体還元剤又はその前駆体の凍結を抑制することができる。

請求項５記載の発明によれば、管継手の固定部から水平に伸びる腕部に、液体還元剤又はその前駆体を濾過するフィルタを着脱可能に内挿した。このため、腕部先端に対面する位置からフィルタを着脱できるので、例えば、還元剤容器の設置場所によりその天板上方の空間が狭い場合であっても、フィルタの清掃が容易となり整備性が向上する。
請求項６又は請求項７に記載の発明によれば、フィルタの濾過面積が増加するので、液体還元剤又はその前駆体を効率よく濾過することができる。

請求項８記載の発明によれば、ヒータと吸込管との間に形成される流路を確保しつつヒータ及び吸込管を略同心に保持する保持手段により、天板で片持支持されていた吸込管を両持支持として固定できるので、吸込管の揺れに対する強度が向上する。
請求項９及び請求項１０に記載の発明によれば、軸心に向けて凹んだ形状をなす保持手段を吸込管の同一横断面上に複数設け、ヒータを狭持するようにした。このため、製造容易なシンプルな保持構造となり、製造工数の削減により製造コストを抑えることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、排気中のＮＯｘを選択還元反応により還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して生成されたアンモニアによりＮＯｘを選択還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。

尿素水溶液を貯蔵する還元剤容器３０は、サクションホース６０を介して、尿素水溶液を吸引して圧送するポンプモジュール６２に連通接続される。ポンプモジュール６２は、プレッシャーホース６４を介して、流量制御弁が内蔵された添加モジュール６６に連通接続される。添加モジュール６６は、添加ホース６８を介して、噴射ノズル１８に連通接続される。そして、ポンプモジュール６２及び添加モジュール６６は、コンピュータを内蔵したＥＣＵ７０により夫々電子制御され、エンジン運転状態に応じた添加流量で、還元剤容器３０に貯蔵された尿素水溶液が噴射ノズル１８からＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給される。なお、エンジン運転状態としては、例えば、排気温度センサ７２が検出する排気温度Ｔ、エンジン回転速度センサ７４が検出するエンジンの回転速度Ｎｅ、エンジン負荷センサ７６が検出する燃料噴射量、吸気流量、吸気負圧などのエンジン負荷Ｑ等とすることができる。

かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと選択還元反応し、窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）へと浄化される。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ_２へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ_２との割合が選択還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアが大気中に排出されることを抑制できる。

還元剤容器３０は、具体的には、図２に示すように、略直方体形状をなす容器本体３０Ａの長手方向の２面幅を形成する側面上部に、尿素水溶液を補充するための補充口３０Ｂ及び搬送時に把持する取手３０Ｃが夫々形成されたものである。また、容器本体３０Ａの上面には、図示しない開口部が開設され、これを閉鎖するように、天蓋３２（天板）が複数のボルト３４により着脱可能に締結される。

天蓋３２の上面には、その長手方向の一端部から中央部にかけて、尿素水溶液の残量及び濃度を検出する検出装置３６が複数のボルト３４により着脱可能に締結される。また、天蓋３２の上面には、その長手方向の中央部から他端部にかけて、尿素水溶液を加熱するヒータ３８と、還元剤容器３０とサクションホース６０とを連通させる管継手４０と、尿素水溶液の戻り口４２と、還元剤容器３０内の上部空間が負圧とならないように大気開放するブリザーパイプ４４と、が夫々形成される。

ヒータ３８は、略Ｕ字形状の管材を、容器本体の３０Ａの天蓋３２からその底部に向けて垂下させ、検出装置３６の下部を取り囲むと共に、底部から天蓋３２に向けて屈曲形成したものであり、エンジンを熱源とする熱媒体としてのエンジン冷却水が循環する。ヒータ３８の各端部は、天蓋３２から上方へ突出されており、エンジン冷却水の入口と出口となる。このように、略Ｕ字形状の管材を屈曲形成してヒータ３８を構成すれば、還元剤容器３０内におけるヒータ３８の全長が長くなり、そこに貯蔵される尿素水溶液を効率的に加熱して解凍することができる。なお、ヒータ３８は、尿素水溶液を加熱できれば良く、例えば、通電により発熱する棒材や、電熱線を巻き付けた棒材等でもよい。

管継手４０は、ヒータ３８のエンジン冷却水の入口となる端部に取り付けられる。具体的には、図３に示すように、管継手４０は、天蓋３２の上面に固定される固定部５０と、固定部５０から水平に伸びる腕部５２と、固定部５０の上部に取り付けられてその上端開口を閉鎖する蓋部５４と、を含んで構成される。固定部５０は、天蓋３２からその底部に向けて垂下されつつ尿素水溶液を吸い込む吸込管４６に連通されると共に、天蓋３２から上方へ突出するヒータ３８の周壁との間に尿素水溶液が流通する流路５０Ａを形成しつつ該ヒータ３８を囲繞する。腕部５２は、固定部５０の流路５０Ａに連通する尿素水溶液の供給路５２Ａを備える。蓋部５４は、固定部５０の上端開口を塞ぎつつヒータ３８を貫通させる貫通孔５４Ａを備える。

また、管継手４０は、腕部５２に着脱可能に内挿され、尿素水溶液を濾過するフィルタ５２Ｂと、腕部５２の先端部に螺合されてフィルタ５２Ｂを腕部５２との間で狭持するキャップ５２Ｃと、をさらに含んで構成される。フィルタ５２Ｂは、効率よく尿素水溶液を濾過すべく、濾過面積を増加させる形状、例えば、図４（Ａ）に示すように、軸方向の先端部が基部に向けて凹んだ形状、同図（Ｂ）に示すように、横断面を形成する輪郭の一部が内方へと凹んだ略星型形状に形成するようにしてもよい。キャップ５２Ｃの頭部には、尿素水溶液の供給口５２Ｄ、即ち、サクションホース６０の接続部が形成される。

管継手４０の固定部５０に連通される吸込管４６は、図２及び図３に示すように、ヒータ３８の周壁との間に尿素水溶液が流通する流路４６Ａを形成しつつ該ヒータ３８を囲繞して天蓋３２からその底部に向けて垂下される。また、吸込管４６は、その下端に位置する吸込口から下方へヒータ３８が突出する全長とされるか、ヒータ３８を囲繞する管壁に尿素水溶液を吸い込む吸込孔を備える構成とされる。このような吸込管４６は、図２及び図５〜図７に示すように、吸込管４６の同一横断面上の少なくとも２箇所以上がその軸心に向けて凹んだ形状をなす保持手段としての凹部４８を備える。この少なくとも２箇所以上の凹部４８は、軸心に向けて相互に略等角度、例えば、図５、図６に示すように略９０°、図７に示すように略１２０°をなし、それらの先端部でヒータ３８を狭持する。これにより、吸込管４６をヒータ３８に堅固に固定できると共に、吸込管４６が形成する流路４６Ａを確保しつつヒータ３８及び吸込管４６を略同心に配置させる。また、凹部４８は、図５〜図７に示すように、吸込管４６の軸方向に複数箇所設けられると共に、該複数箇所のうち少なくとも２箇所においてヒータ３８を夫々異なる角度で狭持するように配置されて、吸込管の揺れに対する強度を更に向上させる。このように、凹部４８は、吸込管４６をヒータ３８に固定でき且つ流路４６Ａを確保できれば、その形状、個数、軸方向の配置等に制限はない。なお、保持手段としては、吸込管４６に凹部４８を設ける構成の他、例えば、流路４６Ａに嵌め込む単体の環状ステー、容器本体３０Ａの底部から上方へ向かう凸部を突設し及びこれが挿入される凹部を吸込管４６の下部に設ける構成、吸込管４６の下部から下方へ向かう凸部を突設し及びこれが挿入される凹部を容器本体３０Ａの底部に設ける構成等が考えられる。

かかる還元剤容器３０によれば、吸込管４６がヒータ３８との間に流路４６Ａを形成しつつヒータ３８を囲繞する。このため、ヒータ３８の外筒のように存在する尿素水溶液に対して、ヒータ３８から放射状に放出される熱を均一且つ効率的に伝達できるので、エンジン始動後の短時間で解凍できるようになる。なお、吸込管４６をヒータ３８よりも短くした構成、即ち、ヒータ３８を吸込管４６の吸込口から突出させる構成としたので、吸込口に存在する尿素水溶液をエンジン始動後の短時間で確実に解凍でき、吸い込みを開始できる。また、保持手段としての凹部４８を吸込管４６に設けヒータ３８を保持する構成としたので、製造容易なシンプルな保持構造で強度を確保でき、製造工数の削減により製造コストを抑えることができる。

さらに、吸込管４６と共に、この吸込管４６に連通接続される管継手４０の固定部５０においても流路５０Ａを確保しつつヒータ３８を囲繞するようにした。このため、ここに存在する尿素水溶液に対して、ヒータ３８から放射状に放出される熱を均一且つ効率的に伝達できるので、管継手が外気や走行風に直接曝されたとしても、その内部に存在する液体還元剤又はその前駆体の凍結を抑制することができる。

さらにまた、管継手４０の腕部５２にフィルタ５２Ｂを着脱可能に内挿させたので、尿素水溶液の濾過は勿論のこと、フィルタ５２Ｂの清掃が容易になる。即ち、腕部５２の先端に対面する位置からフィルタ５２Ｂを着脱できるので、例えば、還元剤容器３０の設置場所によりその天蓋３２上方の空間が狭い場合であっても、フィルタ５２Ｂの清掃が容易となり整備性が向上する。

なお、本発明は、液体還元剤又はその前駆体として、尿素水溶液を使用する排気浄化装置に限らず、炭化水素を主成分とするガソリン、軽油、アルコールなどを使用するものにも適用可能であることはいうまでもない。

本発明の適用対象である排気浄化装置の全体構成図 還元剤容器及びその内部配置を示す斜視図 管継手、吸込管及びヒータの接続状態を示す要部断面図 （Ａ）はフィルタの第１変形例、（Ｂ）はフィルタの第２変形例を夫々示す説明図 ヒータ及び吸込管を略同心に保持する第１保持手段の説明図 ヒータ及び吸込管を略同心に保持する第２保持手段の説明図 ヒータ及び吸込管を略同心に保持する第３保持手段の説明図

符号の説明

３０ 還元剤容器
３２ 天蓋（天板）
３８ ヒータ
４０ 管継手
４６ 吸込管
４６Ａ 流路
４８ 凹部
５０ 固定部
５０Ａ 流路
５２ 腕部
５２Ａ 供給路
５２Ｂ フィルタ
５２Ｃ キャップ
５２Ｄ 供給口
５４ 蓋部
５４Ａ 貫通口

Claims (10)

1. 液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する容器本体と、
   前記容器本体の天板からその底部に向けて垂下される部分を少なくとも有し、液体還元剤又その前駆体を加熱するヒータと、
   前記ヒータの周壁との間に液体還元剤又その前駆体が流通する流路を形成しつつ該ヒータを囲繞して前記容器本体の天板からその底部に向けて垂下され、前記容器本体に貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を吸い込む吸込管と、
   を含んで構成されることを特徴とする還元剤容器。
2. 前記ヒータは、エンジンを熱源とする熱媒体を循環させる管材を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の還元剤容器。
3. 前記ヒータは、前記吸込管の下端に位置する吸込口より下方へ突出していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の還元剤容器。
4. 少なくとも、前記吸込管に連通しつつ前記天板の上面に固定され、前記天板から上方へ突出するヒータの周壁との間に液体還元剤又その前駆体が流通する流路を形成しつつ該ヒータを囲繞する固定部と、前記固定部から水平に伸ばされ、前記固定部の流路に連通する液体還元剤又その前駆体の供給路を備える腕部と、前記固定部の上端開口を塞ぎつつ前記ヒータを貫通させる貫通孔が形成された蓋部と、からなる管継手をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の還元剤容器。
5. 前記腕部に着脱可能に内挿され、液体還元剤又はその前駆体を濾過するフィルタをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項４記載の還元剤容器。
6. 前記フィルタは、軸方向の先端部が基部に向けて凹んだ形状をなしていることを特徴とする請求項５記載の還元剤容器。
7. 前記フィルタは、その横断面を形成する輪郭の一部が内方へと凹んだ形状をなしていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の還元剤容器。
8. 前記ヒータと前記吸込管との間に形成される流路を確保しつつ前記ヒータ及び前記吸込管を略同心に保持する保持手段をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の還元剤容器。
9. 前記保持手段は、前記吸込管の同一横断面上の少なくとも２箇所以上がその軸心に向けて凹み、その先端部で前記ヒータを狭持することを特徴とする請求項８記載の還元剤容器。
10. 前記少なくとも２箇所以上の凹みは、軸心に対して相互に略等角度をなしていることを特徴とする請求項９記載の還元剤容器。

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