JP2010151050A - 還元剤容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体還元剤又はその前駆体の凍結による体積膨張に対して耐圧構造を備えつつ、小型化且つ軽量化が可能な還元剤容器を提供する。
【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に、液体還元剤又その前駆体の凍結による体積膨張を受けると少なくとも該体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する体積膨張吸収手段44を内装して還元剤容器30を構成する。体積膨張吸収手段44が凍結による体積膨張分を吸収して還元剤容器30にかかる応力を緩和するので、容器30の壁厚や補強箇所を減らすことが可能になり、小型化且つ軽量化した容器30を提供できる。
【選択図】図2
【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に、液体還元剤又その前駆体の凍結による体積膨張を受けると少なくとも該体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する体積膨張吸収手段44を内装して還元剤容器30を構成する。体積膨張吸収手段44が凍結による体積膨張分を吸収して還元剤容器30にかかる応力を緩和するので、容器30の壁厚や補強箇所を減らすことが可能になり、小型化且つ軽量化した容器30を提供できる。
【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た液体還元剤又はその前駆体の凍結により容器が破損、変形等することを防止する技術に関する。
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。
しかし、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2005−083223号公報
ところで、液体還元剤又はその前駆体は、その凍結時に体積が膨張するため容器を破損、変形等させる応力を発生することがある。このため、還元剤容器は、破損等が生じないように容器の壁厚や補強箇所を増やした耐圧構造とされているのが一般的である。
しかし、耐圧構造を採用すると、還元剤容器の大型化及び重量増の要因となっている。
そこで、本発明は、液体還元剤又はその前駆体の凍結による体積膨張を吸収して、還元剤容器に発生する応力を緩和させることで、小型化且つ軽量化を達成可能な還元剤容器の提供を目的とする。
そこで、本発明は、液体還元剤又はその前駆体の凍結による体積膨張を吸収して、還元剤容器に発生する応力を緩和させることで、小型化且つ軽量化を達成可能な還元剤容器の提供を目的とする。
このため、本発明の還元剤容器は、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する容器本体に、液体還元剤又その前駆体の凍結による体積膨張を受けると少なくとも該体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する体積膨張吸収手段を内装したことを特徴とする。
本発明によれば、液体還元剤又はその前駆体の凍結による体積膨張を受けると、該体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する体積膨張吸収手段を、還元剤容器に内装した。このため、液体還元剤又はその前駆体の凍結が進行すると、体積膨張吸収手段がその体積膨張分を吸収して縮小変形し、容器本体に作用する力を低減することができる。このため、容器本体に発生する応力が緩和されることから、容器の壁厚や補強箇所を減らすことが可能になり、小型化且つ軽量化した還元剤容器を提供することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1は、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。
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(NO2)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(N2)及び水(H2O)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NO2へと酸化され、排気中のNOとNO2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20を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒22により酸化されるので、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、開口部30D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、尿素水溶液を吸い込む吸込管36と、尿素水溶液の戻り口38と、尿素水溶液を加熱するヒータ40と、が夫々設けられる。なお、図示略しているが、天蓋32の上面には、尿素水溶液の残量及び濃度を検出する検出装置や、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等も設けられる。
吸込管36は、容器本体30Aの天蓋32からその底部に向けて垂下されており、後述するヒータ40の管材42A,42Bに、その一部を沿わせて溶接等により固着されている。
ヒータ40は、容器本体30Aの天蓋32からその底部に向けて垂下させた管材42Aを後述する第1の実施形態の体積膨張吸収手段44の上部に接続し、略U字形状の管材42Bを体積膨張吸収手段44の下部に接続して形成される。ヒータ40を構成する管材42A、体積膨張吸収手段44及び管材42Bは連通しており、エンジンを熱源とする熱媒体としてのエンジン冷却水(不凍液)が循環する。管材42A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になる。このように、ヒータ40を構成することにより、管材42A、42Bの長さに加えて体積膨張吸収手段44の表面積により容器本体30A内のヒータ40の放熱面積が増加する。従って、ヒータ40に固着された吸込管36内で凍結する尿素水溶液は勿論、容器本体30A内で凍結す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40は、容器本体30Aへの組み付けが容易となるように、開口部30Dの開口寸法に収まる大きさとされる。また、管材42A,42Bの材質としては、尿素水溶液の凍結による体積膨張に耐え得るように、例えば、SUS304等のステンレス、ナイロン12(PA12)、ナイロン46(PA46)等のPA樹脂が挙げられる。
第1の実施形態の体積膨張吸収手段44は、図2〜図4に示すように、略箱形状をなし、その内部が仕切板46により仕切られ、管材42Aと管材42Bとに連通接続されている。このため、エンジン冷却水は、図3,図4の矢印のように流通して循環する。体積膨張吸収手段44が連通接続される容器本体30A内の所定位置は、尿素水溶液の体積膨張が特に問題となる残量のとき、即ち、尿素水溶液が容器本体30A内の高水位まで入れられているときに、その体積膨張分を十分に吸収できる高さ位置であるとよい。また、体積膨張吸収手段44は、その側壁に外力を受けると変形する6つの変形壁48を備えている。変形壁48は、尿素水溶液が液状のときには、図3に示すように、その弾性力やエンジン冷却水の圧力を受けて外側に突出している。一方、尿素水溶液の凍結が進行すると、図4に示すように、その体積膨張による外力Fを受けて該体積膨張分を吸収するように内側に凹む。このように、変形壁48が弾性的に変形することで、体積膨張吸収手段44が全体として縮小変形し、尿素水溶液の凍結による体積膨張分を吸収して、容器本体30Aに作用する力を低減するので、容器本体30Aに発生する応力を緩和させることができる。なお、体積膨張吸収手段44は、ヒータ40を容器本体30Aに組み付けることが容易なように、開口部30Dの開口寸法に収まる大きさとされる。また、体積膨張吸収手段44の材質としては、例えば、ポリプロピレン、オレフィン系又はスチレン系の熱可塑性エラストマ、架橋ポリエチレン及び架橋ポリブデン等の樹脂が挙げられる。
第2の実施形態の体積膨張吸収手段50は、図5に示すように、球形状をなしており、容器本体30Aの天蓋32からその底部に向けて垂下させ該底部から天蓋32に向けて屈曲形成した略U字形状のヒータ40に、所定位置で固着されている。該所定位置は、第1の実施形態と同様である。また、体積膨張吸収手段50は、その内部がヒータ40のエンジン冷却水が循環する流路と連通している。このため、エンジン冷却水が、図の矢印のように、ヒータ40の流路と体積膨張吸収手段50の内部とを流通するようになる。そして、尿素水溶液の凍結が進行すると、球形状を保持しようとする弾性力及びエンジン冷却水の圧力により球形状を保っていた体積膨張吸収手段44は、その体積膨張による外力を受けて該体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する。この場合、体積膨張吸収手段44内部に存在する凍結しないエンジン冷却水は、ヒータ40の流路へと押し戻される。このように、体積膨張吸収手段50の縮小変形により尿素水溶液の凍結による体積膨張分を吸収するので、その作用及び効果は第1の実施形態と同様である。なお、体積膨張吸収手段50は、ヒータ40から容器本体30Aの中心方向に突出させて設けられるとよい。即ち、ヒータ40を容器本体30Aに組み付けることが容易なように、ヒータ40と該ヒータ40に固着される体積膨張吸収手段50とは、開口部30Dの開口寸法に収まる大きさにされる。また、体積膨張吸収手段50の材質としては、例えば、エチレンプロピレンゴム等が挙げられる。
第3の実施形態の体積膨張吸収手段52は、図6に示すように、球形状の密封体として構成され、その内部には圧縮性のある物質54、例えば、空気54が内封されている。体積膨張吸収手段52は、図5の体積膨張吸収手段50と異なり、ヒータ40と連通接続されていない。そして、尿素水溶液の凍結が進行すると、空気54の定常状態により球形状を保っている体積膨張吸収手段52は、その体積膨張による外力を受けて該体積膨張分を吸収するように縮小変形する。この場合、体積膨張吸収手段52内部の空気54が圧縮されることで、体積膨張吸収手段52が変形する。このように、体積膨張吸収手段52の変形により尿素水溶液の凍結による体積膨張分を吸収するので、その作用及び効果は第1,2の実施形態と同様である。なお、体積膨張吸収手段52は、第2の実施形態と同様に、ヒータ40の組み付けが容易なように、ヒータ40から容器本体30Aの中心方向に突出させて設けられ、開口部30Dの開口寸法に収まる大きさにされる。また、体積膨張吸収手段52に内封される物質は、空気54や窒素等の気体のほか、圧縮性があればスポンジ等の固体であってもよい。さらに、体積膨張吸収手段52の材質としては、例えば、エチレンプロピレンゴム等の弾性体の他、尿素水溶液の凍結による体積膨張に対して変形すると共に、尿素水溶液の解凍の進行とともに定常状態に戻る内封物質の膨張に対して変形するものでもよい。さらにまた、第3の実施形態では、体積膨張吸収手段52をヒータ40に固着したが、尿素水溶液の凍結による体積膨張分を吸収できれば、容器本体30Aのあらゆる箇所に内装することができ、例えば、容器本体30Aの内壁に固着する構成であってもよい。
かかる還元剤容器30によれば、その内部に、尿素水溶液の凍結による体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する体積膨張吸収手段44、50、52を設けた。このため、尿素水溶液の凍結が進行すると、体積膨張吸収手段44、50、52がその体積膨張分を吸収するように変形し、容器本体30Aに作用する力を低減する。このため、容器本体30Aに発生する応力が緩和されることから、容器30の壁厚や補強箇所を減らした容器構造が可能になり、小型化且つ軽量化した容器30を提供することができる。
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。
30 還元剤容器
30A 容器本体
40 ヒータ
44,50,52 体積膨張吸収手段
54 空気
30A 容器本体
40 ヒータ
44,50,52 体積膨張吸収手段
54 空気
Claims (4)
- 液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する容器本体に、液体還元剤又その前駆体の凍結による体積膨張を受けると少なくとも該体積膨張分を吸収するように弾性的に縮小変形する体積膨張吸収手段を内装したことを特徴とする還元剤容器。
- エンジンを熱源とする熱媒体を前記容器本体内で循環させて液体還元剤又その前駆体を加熱するヒータを含んで構成され、
前記体積膨張吸収手段が、前記ヒータに固着されていることを特徴とする請求項1記載の還元剤容器。 - 前記体積膨張吸収手段は、前記ヒータの熱媒体が循環する流路と連通接続されていることを特徴とする請求項2記載の還元剤容器。
- 前記体積膨張吸収手段は、液体還元剤又その前駆体の凍結による体積膨張に対して圧縮性のある物質が密封体に内封されて構成され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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008330893A JP2010151050A (ja) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | 還元剤容器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2008330893A Pending JP2010151050A (ja) | 2008-12-25 | 2008-12-25 | 還元剤容器 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014065260A1 (ja) * | 2012-10-25 | 2014-05-01 | 日立建機株式会社 | 尿素水タンク |
JP2014519572A (ja) * | 2011-05-20 | 2014-08-14 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 流体を注入するための注入装置 |
EP3070285A1 (de) * | 2015-03-18 | 2016-09-21 | Röchling Automotive SE & Co. KG | Medienbehälter mit einem komprimierbaren Sicherungskörper als Volumenreservoir für den Fall einer Ausdehnung eines im Medienbehälter aufgenommenen Mediums |
-
2008
- 2008-12-25 JP JP2008330893A patent/JP2010151050A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014519572A (ja) * | 2011-05-20 | 2014-08-14 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 流体を注入するための注入装置 |
WO2014065260A1 (ja) * | 2012-10-25 | 2014-05-01 | 日立建機株式会社 | 尿素水タンク |
JPWO2014065260A1 (ja) * | 2012-10-25 | 2016-09-08 | 日立建機株式会社 | 尿素水タンク |
EP3070285A1 (de) * | 2015-03-18 | 2016-09-21 | Röchling Automotive SE & Co. KG | Medienbehälter mit einem komprimierbaren Sicherungskörper als Volumenreservoir für den Fall einer Ausdehnung eines im Medienbehälter aufgenommenen Mediums |
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