JP2010242704A - Purifier of exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は排気ガスの浄化装置に関し、とくに還元剤を用いて内燃機関の排気ガスを浄化するものに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device, and more particularly to an apparatus for purifying exhaust gas of an internal combustion engine using a reducing agent.
車両の排気ガスを浄化する浄化装置として、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction、選択還元触媒)システムが知られている。尿素SCRシステムは、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス後処理システムとして用いられる。尿素および尿素から発生するアンモニアを還元剤として使用し、内燃機関から排出されるNOx(窒素酸化物)を還元してN2(窒素)およびH2O(水)にし、これによってNOxを除去して排気ガスを浄化するものである。 A urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system is known as a purification device for purifying exhaust gas from a vehicle. The urea SCR system is used as an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine such as a diesel engine. Using urea and ammonia generated from urea as a reducing agent, NOx (nitrogen oxide) discharged from the internal combustion engine is reduced to N 2 (nitrogen) and H 2 O (water), thereby removing NOx. The exhaust gas is purified.
尿素SCRシステムは、尿素を排気ガスと均一に混合させてSCR触媒に接触させることにより、還元反応を促進する。ここで、尿素SCRシステムの課題として、尿素をいかにして排気ガスと均一に混合させるかという点がある。均一に混合されなかった場合には、未反応のアンモニアが大気に排出されたり(アンモニアスリップ)、未反応のNOxが残って浄化不足となったりする。 The urea SCR system promotes the reduction reaction by uniformly mixing urea with exhaust gas and bringing it into contact with the SCR catalyst. Here, as a problem of the urea SCR system, there is a point how urea is mixed with exhaust gas uniformly. If not uniformly mixed, unreacted ammonia is discharged to the atmosphere (ammonia slip), or unreacted NOx remains, resulting in insufficient purification.
この課題を解決するために、従来から2点の方法がとられている。1点目は、尿素と排気ガスとのミキシングの時間を長くとるために、SCR触媒の上流2m程度から尿素を噴射する方法である。これは、車載スペースが多くとれるトラック等において用いられる方法である。
2点目は、尿素と排気ガスとのミキシングを促進する構造を設ける方法である。たとえば、ミキサーを用いて排気管中に乱流を積極的に生成する、噴射ノズルを排気管の中央に配置する、排気管中に多孔板を配置する、排気ガスを加熱する、排気ガスに超音波を放射する、等の手段がとられる。特許文献1は、このような方法の例を開示する。特許文献1の構成は、エアコンプレッサと連結して尿素水を噴射する添加ノズルと、排気ガスの流れを絞る絞り部と、ミキシングを促進する拡散板とを備える。
In order to solve this problem, two methods have been conventionally employed. The first point is a method of injecting urea from about 2 m upstream of the SCR catalyst in order to increase the mixing time of urea and exhaust gas. This is a method used in a truck or the like that can take a lot of in-vehicle space.
The second point is a method of providing a structure that promotes mixing of urea and exhaust gas. For example, a turbulent flow is actively generated in the exhaust pipe using a mixer, an injection nozzle is arranged in the center of the exhaust pipe, a perforated plate is arranged in the exhaust pipe, the exhaust gas is heated, and the exhaust gas exceeds A measure such as emitting a sound wave is taken. Patent Document 1 discloses an example of such a method. The configuration of Patent Document 1 includes an addition nozzle that is connected to an air compressor and injects urea water, a throttle portion that restricts the flow of exhaust gas, and a diffusion plate that promotes mixing.
しかしながら、従来の技術では、ミキシングを促進するための構成をコンパクトなものとすることができないという問題があった。
たとえば、SCR触媒の上流2m程度から尿素を噴射する方法では全体の構造が大型化してしまい、乗用車には用いることができない。また、尿素と排気ガスとのミキシングを促進する構造を設ける方法では、ミキサーや拡散板等を要するため、スペースを確保する必要が生じる。
However, the conventional technique has a problem that the configuration for promoting mixing cannot be made compact.
For example, the method of injecting urea from about 2 m upstream of the SCR catalyst increases the overall structure and cannot be used for passenger cars. Further, in the method of providing a structure that promotes mixing of urea and exhaust gas, a mixer, a diffusion plate, and the like are required, so that it is necessary to secure a space.
この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、コンパクトな構成を有しつつ、排気ガスと還元剤とのミキシングを効率的に促進することができる、排気ガスの浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and has an exhaust gas purification device that can efficiently promote mixing of exhaust gas and a reducing agent while having a compact configuration. The purpose is to provide.
この発明に係る排気ガスの浄化装置は、尿素水を用いて内燃機関の排気ガスを浄化する、排気ガスの浄化装置であって、排気ガスが通過する排気経路に尿素水を流通させる流入口と、流通した尿素水を排気経路から回収する回収口と、回収口および流入口を介して尿素水を循環させる尿素水循環装置とを備える。 An exhaust gas purification apparatus according to the present invention is an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas of an internal combustion engine using urea water, and has an inlet for circulating urea water in an exhaust path through which the exhaust gas passes. A recovery port for recovering the distributed urea water from the exhaust path, and a urea water circulation device for circulating the urea water through the recovery port and the inflow port.
この排気ガスの浄化装置は、尿素水を排気経路から回収する回収口を備えるので、排気経路内の全体に渡って尿素水を供給することができ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。また、ミキサーや拡散板のような複雑な構造を排気管内に設ける必要がない。 Since this exhaust gas purification device includes a recovery port for recovering urea water from the exhaust path, urea water can be supplied over the entire exhaust path, and mixing of exhaust gas and urea can be performed efficiently. Can be promoted. Further, it is not necessary to provide a complicated structure such as a mixer or a diffusion plate in the exhaust pipe.
尿素水循環装置は、尿素水を噴射する噴射装置を備え、流入口は、尿素水を噴射する噴射口であってもよい。
噴射口は、尿素水を回収口に向けて噴射してもよい。
噴射口は、尿素水を第1の方向に噴射する第1噴射口と、尿素水を、第1の方向とは異なる方向である第2の方向に噴射する第2噴射口とを含み、回収口は、排気経路において、第1噴射口および第2噴射口の下流側に設けられてもよい。このようにすると、噴射口のそれぞれから噴射され気化する尿素の量が互いに相補的なものとなり、一様に尿素を混合させることができる。
複数の第1噴射口からなる第1噴射口群と、複数の第2噴射口からなる第2噴射口群とを備え、第1噴射口群と第2噴射口群とは、排気経路において対向する位置に設けられ、第1噴射口と第2噴射口とは、排気経路において対向しない位置に設けられてもよい。このようにすると、排気ガスの全体に均等に尿素を混合することができる。
第1の方向と第2の方向とは互いに逆の方向であり、噴射口は、尿素水を、第1の方向と直交する第3の方向に噴射する第3噴射口と、尿素水を、第3の方向とは逆の方向である第4の方向に噴射する第4噴射口とを含み、第3噴射口および第4噴射口は、排気経路において、第1噴射口および第2噴射口の下流側に設けられ、回収口は、排気経路において、第1噴射口、第2噴射口、第3噴射口および第4噴射口の下流側に設けられてもよい。このようにすると、噴射口のそれぞれから噴射され気化する尿素の量が互いに相補的なものとなり、一様に尿素を混合させることができる。
The urea water circulation device may include an injection device that injects urea water, and the inflow port may be an injection port that injects urea water.
The injection port may inject urea water toward the recovery port.
The injection port includes a first injection port that injects urea water in a first direction, and a second injection port that injects urea water in a second direction that is different from the first direction. The port may be provided downstream of the first injection port and the second injection port in the exhaust path. If it does in this way, the quantity of the urea which is injected from each injection port and vaporizes will become mutually complementary, and urea can be mixed uniformly.
A first injection port group including a plurality of first injection ports and a second injection port group including a plurality of second injection ports are provided, and the first injection port group and the second injection port group are opposed to each other in the exhaust path. The first injection port and the second injection port may be provided at positions that do not oppose each other in the exhaust path. If it does in this way, urea can be mixed uniformly to the whole exhaust gas.
The first direction and the second direction are directions opposite to each other, and the injection port is configured to inject urea water in a third direction orthogonal to the first direction, and urea water. And a fourth injection port that injects in a fourth direction that is opposite to the third direction. The third injection port and the fourth injection port are the first injection port and the second injection port in the exhaust path. The recovery port may be provided on the downstream side of the first injection port, the second injection port, the third injection port, and the fourth injection port in the exhaust path. If it does in this way, the quantity of the urea which is injected from each injection port and vaporizes will become mutually complementary, and urea can be mixed uniformly.
排気経路内に設けられて流入口と回収口とを受け渡す支持部材を備え、尿素水の少なくとも一部は支持部材に沿って流通してもよい。このようにすると、尿素水が流通する範囲が広くなり、より効率的に尿素を気化させることができる。
支持部材は金属製の網であってもよい。
A support member that is provided in the exhaust path and transfers the inlet and the recovery port may be provided, and at least a part of the urea water may flow along the support member. If it does in this way, the range which urea water distribute | circulates will become wide, and urea can be vaporized more efficiently.
The support member may be a metal net.
排気経路または回収口は、噴射された尿素水を排気経路内に跳ね返して飛沫を拡散させる反射面を備えてもよい。このようにすると、跳ね返された微小な液滴によってミキシングを促進することができる。
回収口は、噴射された尿素水を排気経路内に跳ね返さない非反射部を備えてもよい。このようにすると、ミキシングを的確に制御することができる。
非反射部は、回収口の排気経路からの深さを大きくした大深度回収部、尿素水を跳ね返さないようガイドするテーパ面、尿素水の飛沫を遮蔽する遮蔽部の少なくとも一つを含んでもよい。
The exhaust path or the recovery port may include a reflecting surface that splashes the injected urea water into the exhaust path to diffuse the splashes. If it does in this way, mixing can be accelerated | stimulated by the fine droplet bounced back.
The recovery port may include a non-reflective portion that does not bounce the injected urea water back into the exhaust path. In this way, mixing can be accurately controlled.
The non-reflecting part may include at least one of a large depth collecting part in which the depth from the exhaust path of the collecting port is increased, a tapered surface that guides the urea water so as not to rebound, and a shielding part that shields the splash of urea water. .
排気ガスの浄化装置は選択還元触媒を備え、
流入口は、排気経路において選択還元触媒の上流側に設けられ、
選択還元触媒は、尿素水から発生する尿素またはアンモニアと、排気ガス中の窒素酸化物とによる還元反応を促進してもよい。
The exhaust gas purification device includes a selective reduction catalyst,
The inlet is provided upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust path,
The selective reduction catalyst may promote a reduction reaction by urea or ammonia generated from urea water and nitrogen oxides in the exhaust gas.
この発明に係る排気ガスの浄化装置は、尿素水を排気経路から回収する回収口を備えるので、排気経路内の全体に渡って尿素水を供給することができ、コンパクトな構成で、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。 Since the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention includes a recovery port for recovering urea water from the exhaust path, the urea water can be supplied over the entire exhaust path, and the exhaust gas and the exhaust gas can be supplied in a compact configuration. Mixing with urea can be promoted efficiently.
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明に係る排気ガスの浄化装置100を含む構成を示す。浄化装置100は、内燃機関120の排気系に設けられ、還元剤として尿素水を用いて内燃機関120の排気ガスを浄化する。内燃機関120はたとえばディーゼルエンジンであり、シリンダ内で燃料を燃焼させ、その排気ガスを排気系に排出する。排気ガスにはNOx(窒素酸化物)が含まれており、浄化装置100はこのNOxを還元作用によって除去するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows a configuration including an exhaust
内燃機関120の排気系には、排気経路として排気管150が設けられる。排気ガスは、この排気管150を通過して外部(たとえば大気)に排出される。排気管150には、排気ガスに含まれるPM(粒子状物質)を除去するためのDPF(Diesel Particulate Filter)130が設けられる。また、浄化装置100は、排気管150においてDPF130の下流に、尿素およびアンモニアとNOxとの還元反応を促進する触媒であるSCR触媒(選択還元触媒)140を備える。排気ガスは、内燃機関120から排気管150に流入し、DPF130およびSCR触媒140を通って外部に排出される。すなわち、排気ガスは排気管150内を矢印Aの方向に流れる。
The exhaust system of the
排気管150において、DPF130の下流かつSCR触媒140の上流となる位置に、排気管150に尿素水を流通させる噴射部10が設けられる。この尿素水から気化する尿素と、尿素から発生するアンモニアとが、SCR触媒140においてNOxを還元する還元剤として作用することになる。なお、以下では尿素水から発生する還元剤として尿素のみを例示するが、アンモニアも同様に尿素水または尿素から発生し、還元剤として作用する。
In the
噴射部10に尿素水を供給するための装置として、尿素水循環装置110が設けられる。尿素水循環装置110は、噴射部10の他に、尿素水を貯留する尿素水タンク111と、尿素水を排気管150内に噴射するために昇圧する噴射ポンプ(噴射装置)112と、尿素水を排気管150から回収するための回収ポンプ113と、これらを連結する配管である尿素水配管114とを備える。噴射ポンプ112は、尿素水を所定の供給フィード圧力に昇圧し、これを噴射部10へと圧送する。
A urea
図2および図3は、噴射部10の構成を示す断面図である。図2は排気管150の軸に沿った断面によるものであり、図3は図2のIII−III線に沿った断面すなわち排気管150の軸に垂直な断面によるものである。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
噴射部10は、尿素水を噴射する噴射口(流入口)11と、噴射された尿素水を回収する回収口12とを備える。噴射口11はSCR触媒140の上流に設けられ、尿素水を尿素水配管114(供給側配管114a)から排気管150内に噴射して流通させる。噴射口11はたとえば小孔であり、噴射ポンプ112によって昇圧された尿素水を噴流13として噴射する。このように噴射口11は簡素な構成であり、ノズルや電磁弁のような複雑な構造は不要である。
2 and 3 are cross-sectional views illustrating the configuration of the
The
回収口12は、排気管150に流通した尿素水を排気管150から尿素水配管114(回収側配管114b)へと回収する。ここで、噴射口11および回収口12は、排気管150内に対向して設けられており、噴射口11は噴流13を回収口12に向けて噴射する。たとえば噴射口11は排気管150の鉛直上側の内壁に設けられ、回収口12は排気管150の鉛直下側の内壁に設けられる。このような位置関係にすると噴流13の方向が重力の方向に沿うため効率的であるが、噴射口11および回収口12が対向して設けられていればこのような位置関係でなくともよい。
また、噴流13が排気ガスの流れまたは重力によって偏向する場合には、その偏向状態に応じて回収口12の場所を適宜変更することができる。
The
When the
なお、図1に示すように、回収口12から回収された尿素水は回収ポンプ113によって尿素水タンク111へと圧送される。すなわち、尿素水循環装置110は、尿素水タンク111、噴射ポンプ112、供給側配管114a、噴射口11、回収口12、回収側配管114b、および回収ポンプ113をこの順に介して、尿素水を循環させる。
As shown in FIG. 1, the urea water recovered from the
図2および図3に示すように、噴射口11から噴射された噴流13が排気管150内を通過する際、噴流13に含まれる尿素が気化し、これが排気ガスに混合される。
噴流13は排気ガスによって攪拌作用を受け、その一部が微小な液滴13aとなって噴流13から分離する。この攪拌作用は、排気ガスによるせん断作用や、排気ガスが噴流13の液中を通過する際の後流による作用を含む。液滴13aは、その質量が小さく、またその表面積に比べても質量が小さいため、排気ガス中を浮遊し、排気ガスとともに排気管150内を通過してSCR触媒140へと向かう。その過程でも液滴13aから尿素が気化する。
As shown in FIGS. 2 and 3, when the
The
ここで、排気ガスは多数の微小な液滴13aを含むので、尿素を効率的に発生させ、かつ発生した尿素を一様に排気ガスに混合することができる。すなわち、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
また、噴流13のうち液滴13aとして分離しなかった部分は、回収口12に到達して回収されるので、排気管150内の全体に渡って尿素水を流通させつつアンモニアスリップを防止することができ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
Here, since the exhaust gas includes a large number of
Further, since the portion of the
尿素が混合された排気ガスがSCR触媒140に到達すると、SCR触媒140は、還元剤である尿素と、排気ガス中のNOxとによる還元反応を促進し、これによってNOxを除去する。このようにして浄化装置100は排気ガスの浄化を行う。
When the exhaust gas mixed with urea reaches the
上述の実施の形態1では、DPF130とSCR触媒140との間に排気管150の少なくとも一部が設けられ、これによってDPF130とSCR触媒140とが分離して配置される構成となっているが、DPF130、噴射部10およびSCR触媒140は同一のケーシング内に配置されてもよい。すなわち、単一の空間を形成するケーシング等の外壁を設け、この単一の空間内に、DPF130、噴射部10およびSCR触媒140を上流からこの順に配置してもよい。
このような構成であっても、噴射部10によって排気ガスと尿素とのミキシングが効率的に行われるので、噴射部10とSCR触媒140との間の距離を従来技術のように長くとる必要がなく、ケーシングのサイズを小さくすることができる。
In the first embodiment described above, at least a part of the
Even in such a configuration, since the mixing of the exhaust gas and urea is efficiently performed by the
従来のように尿素をノズルから噴射すると、尿素が排気通路全体に拡散する前に、排気ガスの流れに乗って下流側に流されてしまうという問題があった。これに対し、本願発明の実施の形態1によれば、回収口12に向かって多量の尿素水を噴射することができるので、排気管150の全体に渡って尿素水を供給でき、結果として、尿素水を排気通路全体に拡散させることができる。したがって、実施の形態1に係る浄化装置100はミキシングを効率的に促進することができる。
また、噴射口11および回収口12は、排気管150内に対向して設けられているため、特にスペースを小さくすることができる。
When urea is injected from a nozzle as in the prior art, there is a problem that urea flows on the downstream side along the flow of exhaust gas before it diffuses throughout the exhaust passage. On the other hand, according to Embodiment 1 of the present invention, a large amount of urea water can be injected toward the
Moreover, since the
また、実施の形態1では、回収口12は、流入口11からみて重力方向側すなわち下方に設けられている。このため、従来技術のように噴射装置を用いて尿素水を加圧し、霧状に噴射するのではなく、尿素水を加圧せずに単に排気管150内に流入させることができる。尿素水の供給は、たとえば、流入口11から回収口12まで連続して連なる状態で行うことができる。すなわち、尿素水は、流入口11から回収口12まで、液体として連続している状態である。または、尿素水は、流入口11から回収口12まで、液体として分断されない状態である。または、流入口11から回収口12まで、尿素水中の水分子の水素結合が連続している状態である。
したがって、実施の形態1では尿素水を加圧する噴射装置が不要であり、構成がコンパクトなものとなる。
なお、回収口12は、流入口11からみて厳密に重力方向に設けられる必要はなく、重力に導かれた尿素水が到達し得る位置であればよい。
In the first embodiment, the
Therefore, in Embodiment 1, the injection device which pressurizes urea water is unnecessary, and the configuration becomes compact.
The
上述の実施の形態1では回収ポンプ113が設けられているが、尿素水タンク111が回収口12よりも重力方向側(下側)に配置されていれば、回収ポンプ113は設けられなくともよい。
また、実施の形態1では噴射ポンプ112は尿素水を加圧した上で圧送するが、これは噴射口11から尿素水が流出するように圧送するものであればよく、尿素水の加圧は行わないものであってもよい。
In the first embodiment described above, the
Further, in the first embodiment, the
実施の形態1では還元剤として尿素水を用いるが、尿素水に代えてアンモニア水を用いても良い。すなわち、尿素水でなく(または尿素水に加えて)アンモニア水を流通させても良い。ただし、還元剤を回収口12から回収する必要があるため、気相の還元剤を用いることは好ましくなく、還元剤は液相のものに限られる。
In the first embodiment, urea water is used as the reducing agent, but ammonia water may be used instead of urea water. That is, ammonia water may be circulated instead of urea water (or in addition to urea water). However, since it is necessary to recover the reducing agent from the
実施の形態2.
実施の形態1では、噴射部10において、尿素水を噴流13として噴射することで排気管150に尿素水を流通させた。実施の形態2では、噴射部10に代えて、金網に尿素水を垂らして排気管150に供給する流通部を設けるものである。以下、実施の形態1との相違点を説明する。
図4および図5は、排気管150に尿素水を流通させる流通部20の構成を示す断面図である。図4は排気管150の軸に沿った断面によるものであり、図5は図4のV−V線に沿った断面すなわち排気管150の軸に垂直な断面によるものである。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
Embodiment 2. FIG.
In Embodiment 1, the urea water was circulated through the
4 and 5 are cross-sectional views illustrating the configuration of the
流通部20は、流入口21と回収口22とに渡って設けられる金網24を備える。金網24は、尿素水の流通を流入口21から回収口22へと誘導する、流通誘導部材である。金網24は排気管150内に設けられ、流入口21から排気管150に流入する尿素水の少なくとも一部は、この金網24に沿って流れる尿素水流23を形成し、回収口22へと流れることになる。ここで、尿素水流23は金網24に沿って流れるので、噴射ポンプ112の吐出圧を高くする必要はなく、尿素水を流通部20に弱い圧力で確実に尿素水流23を回収口22へと導くことができる。
The
流入口21から流入した尿素水流23が排気管150内を通過する際、尿素水流23に含まれる尿素が気化し、これが排気ガスに混合される。また、尿素水流23は、実施の形態1における噴流13と同様に排気ガスによって攪拌作用を受け、その一部が微小な液滴23aとなって尿素水流23から分離し、ここから尿素が気化する。さらに、金網24は、図5に示すように互いに直交する方向に延びる複数のワイヤーが交差する形状であり、尿素水流23を上下方向のみならず水平方向にも導くことができ、尿素水流23が広がる範囲を広くしてより効率的に尿素を気化させることができる。この尿素が還元剤として作用し、NOxを還元する。
When the
上述の実施の形態2では金網24は金属製の網であるが、尿素水を流入口21から回収口22へと導く作用を有する流通誘導部材であれば金属でなくともよい。また、金網24の代わりにステンレス製の網が用いられてもよく、また非金属製の網が用いられてもよい。また、実施の形態2では金網24は鉛直方向のワイヤーおよび水平方向のワイヤーからなるが、ワイヤーが延びる方向はこれに限らない。たとえば左上から右下に延びるワイヤーおよび右上から左下に延びるワイヤーからなってもよい。また、ワイヤーは一方向のみに設けられてもよく、たとえば鉛直方向のワイヤーのみが設けられてもよい。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
実施の形態1および2では、尿素水を一方向にのみ流通させた。実施の形態3では、2方向に尿素水を流通させるものである。以下、実施の形態1との相違点を説明する。
図6は、排気管150に尿素水を流通させる噴射部30の構成を示す断面図であり、排気管150の軸に垂直な断面によるものである。図7は排気管150の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
Embodiment 3 FIG.
In Embodiments 1 and 2, urea water was circulated only in one direction. In Embodiment 3, urea water is circulated in two directions. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of the
噴射部30は、尿素水を噴射する噴射口として、複数の第1噴射口31と、複数の第2噴射口32とを備える。複数の第1噴射口31は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向B(第1の方向)に噴射する。複数の第2噴射口32は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向C(第2の方向)に噴射する。ここで、方向Bと方向Cとは互いに逆の方向であり、たとえば方向Bは鉛直下向きであり、方向Cは鉛直上向きである。
また、噴射部30は、回収口35を備える。回収口35は、第1噴射口31および第2噴射口32の下流側に設けられており、排気ガスの流れによって下流に流れる尿素水を回収する。
The
In addition, the
複数の第1噴射口31は第1噴射口群33を構成し、複数の第2噴射口32は第2噴射口群34を構成する。第1噴射口群33と第2噴射口群34とは、図7に示すように、排気管150において互いに対向する位置に設けられる。すなわち、排気管150の軸方向において同じ位置に設けられる。ただし、第1噴射口群33に含まれる第1噴射口31のそれぞれと、第2噴射口群34に含まれる第2噴射口32のそれぞれとは、図6に示すように、互いにずらして配置され、対向しない位置に設けられる。すなわち、第1噴射口31から噴射される噴流と、第2噴射口32から噴射される噴流とは、互いに平行に噴射されるが、排気管150の軸方向から見ると、水平方向に互いに所定量だけずらした位置に形成される。このようにして、排気管150には、方向Bの噴流と方向Cの噴流とが互い違いに発生することになる。
このような配置とすることで、排気管150における噴射部30の占める空間を全体として小さくしつつ、第1噴射口31および第2噴射口32から同時に逆方向に噴射される尿素水の噴流を互いに交わらないものとすることができ、排気ガスの全体に均等に尿素を混合することができる。
The plurality of
With such an arrangement, the space occupied by the
尿素水の噴流は、排気管150中を通過するにつれて排気ガスによって加熱されるが、噴射された直後は温度が低く、尿素が比較的気化しにくい。すなわち、たとえば第1噴射口31が排気管150の上側の内壁に下向きに設けられている場合、第1噴射口31からの噴流について、内壁下端周辺を通過する排気ガスは、比較的高温の尿素水と接するので比較的多量の尿素が混合されるが、排気管150の内壁上端周辺を通過する排気ガスは、比較的低温の尿素水と接するので、混合される尿素の量は比較的少なくなる。しかしながら、第1噴射口31と第2噴射口32とは互いに逆向きに設けられているので、それぞれから噴射される尿素水から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気管150の軸に垂直な断面において部分的に尿素が混合されるということがなく、排気管150の軸に垂直な断面全体に一様に尿素を混合させることができる。したがって、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
The jet of urea water is heated by the exhaust gas as it passes through the
上述の実施の形態3では、第1噴射口31と第2噴射口32とは互いに逆の方向に尿素水を噴射するが、これは逆の方向でなくともよく、互いに異なる方向であって尿素水の噴流が互いに交わらない状態を実現するものであればどのような方向でもよい。
In the above-described third embodiment, the
実施の形態4.
実施の形態4は、実施の形態3において、排気管が下方に向かう部分に噴射部を設けるものである。
図8は排気管160の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。排気管160は、その一部に鉛直下方向に向かう鉛直部160aを有し、噴射部40はこの鉛直部160aに設けられる。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, an injection section is provided at a portion where the exhaust pipe is directed downward in the third embodiment.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross section along the axis of the
噴射部40は、複数の第1噴射口41と、複数の第2噴射口42とを備える。第1噴射口41および第2噴射口42は、実施の形態3における図6の第1噴射口31および第2噴射口32と同様の構成を有する。ただし、図8に示すように、第1噴射口41は尿素水を方向D(第1の方向)に噴射し、第2噴射口42は尿素水を方向E(第2の方向)に噴射する。ここで、方向Dおよび方向Eはいずれも水平方向であるが、互いに逆向きである。
また、噴射部40は、第1回収口43および第2回収口44を備える。これらは、第1噴射口41および第2噴射口42の下流側すなわち下方に、所定の距離ΔLをおいて設けられる。第1回収口43は第1噴射口41に対応し、第1噴射口41から噴射される尿素水を回収する。第2回収口44は第2噴射口42に対応し、第2噴射口42から噴射される尿素水を回収する。所定の距離ΔLは、排気管150の内径、噴射ポンプ112の吐出圧、噴射口および回収口の位置、形状、大きさ等に応じ、適宜設計することができる。
The
The
このような配置によっても、実施の形態3と同様に、第1噴射口41および第2噴射口42それぞれから噴射される尿素水から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気ガスが噴射部40を通過する際の位置にかかわらず一様に尿素を混合させることができる。
Even with such an arrangement, as in the third embodiment, the amounts of urea vaporized from the urea water injected from the
上述の実施の形態4では回収口として第1回収口43および第2回収口44を設けたが、変形例として回収口は1つのみとしてもよい。
図9は、このような変形例に係る断面を概略的に示す概略断面図である。排気管170は、その一部に鉛直下方向に向かう鉛直部170aを有し、噴射部50はこの鉛直部170aに設けられる。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
In the fourth embodiment described above, the
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross section according to such a modification. The
噴射部50は、複数の第1噴射口51と、複数の第2噴射口52とを備える。第1噴射口51は尿素水を方向F(第1の方向)に噴射し、第2噴射口52は尿素水を方向G(第2の方向)に噴射する。
また、噴射部40は、単一の回収口53を備える。回収口53は、第1噴射口51および第2噴射口52の下流側すなわち下方、鉛直部170aの終端部に設けられる。第1噴射口51および第2噴射口52から噴射された尿素水は、直接、または鉛直部170aの内壁に衝突した後、回収口53に達する。このように、単一の回収口53によって、複数の方向に噴射される尿素水を効率的に回収することができる。
The
The
実施の形態5.
実施の形態5は、実施の形態3において尿素水の噴流の方向を4方向とするものである。
図10は、排気管150に尿素水を流通させる噴射部60の構成を示す断面図であり、排気管150の軸に垂直な断面によるものである。図11は排気管150の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment, the direction of the jet of urea water is the four directions in the third embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
噴射部60は、尿素水を噴射する噴射口として、複数の第1噴射口61、複数の第2噴射口62、複数の第3噴射口63、および複数の第4噴射口64を備える。複数の第1噴射口61は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向H(第1の方向)に噴射する。複数の第2噴射口62は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向I(第2の方向)に噴射する。ここで、方向Hと方向Iとは互いに逆の方向であり、たとえば方向Hは鉛直下向きであり、方向Iは鉛直上向きである。
The
第3噴射口63および第4噴射口64は、排気管150において、第1噴射口61および第2噴射口62の下流側に設けられる。複数の第3噴射口63は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向J(第3の方向)に噴射する。複数の第4噴射口64は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向K(第4の方向)に噴射する。ここで、方向Jと方向Kとは互いに逆の方向である。また、方向Jおよび方向Kは、方向Hおよび方向Iとは直行する方向である。
また、噴射部60は、回収口69を備える。回収口69は、第1噴射口61、第2噴射口62、第3噴射口63、および第4噴射口64の下流側に設けられており、排気ガスの流れによって下流に流れる尿素水を回収する。
The
In addition, the
複数の第1噴射口61は、実施の形態3(図6)の複数の第1の噴射口31と同様にして、第1噴射口群65を構成する。また、複数の第2噴射口62は、実施の形態3(図6)の複数の第2の噴射口32と同様にして、第2噴射口群66を構成する。すなわち、第1噴射口群65および第2噴射口群66は互いに対向する位置に設けられ、第1噴射口61のそれぞれと、第2噴射口62のそれぞれとは互いに対向しない位置に設けられる。
また、複数の第3噴射口63は第3噴射口群67を構成し、複数の第4噴射口64は第4噴射口群68を構成する。第3噴射口群67と第4噴射口群68とは、排気管150において互いに対向する位置に設けられる。すなわち、排気管150の軸方向において同じ位置に設けられる。ただし、第3噴射口群67に含まれる第3噴射口63のそれぞれと、第4噴射口群68に含まれる第4噴射口64のそれぞれとは、図10に示すように、互いにずらして配置され、対向しない位置に設けられる。
このようにして、排気管150には、方向Hの噴流と方向Iの噴流とが互い違いに発生し、さらにその下流において、方向Jの噴流と方向Kの噴流とが互い違いに発生することになる。
The plurality of
The plurality of
In this way, in the
このように、第1噴射口61と第2噴射口62とは互いに逆向きに設けられ、第3噴射口63と第4噴射口64とは互いに逆向きに設けられ、また、第1噴射口61および第2噴射口62と、第3噴射口63および第4噴射口64とは互いに直交する向きに設けられる。このため、それぞれの噴射口からの噴流から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気ガスが噴射部60を通過する際の位置にかかわらず一様に尿素を混合させることができる。したがって、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
Thus, the
上述の実施の形態5では、第3噴射口63および第4噴射口64は、第1噴射口61および第2噴射口62の下流側に設けられるが、これは逆であってもよい。すなわち、第3噴射口63および第4噴射口64は、第1噴射口61および第2噴射口62の上流側に設けられてもよい。
また、実施の形態5では、第1噴射口61と第2噴射口62とは互いに逆の方向に尿素水を噴射し、第3噴射口63と第4噴射口64とは互いに逆の方向に尿素水を噴射するが、これらは逆の方向でなくともよく、互いに異なる方向であって尿素水の噴流が互いに交わらない状態を実現するものであればどのような方向でもよい。
In Embodiment 5 described above, the
In the fifth embodiment, the
実施の形態6.
実施の形態6は、実施の形態5において、排気管が下方に向かう部分に噴射部を設けるものである。
図12は、図8と同様の排気管160において、排気管160の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。噴射部70は排気管160の鉛直部160aに設けられる。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment, an injection section is provided at a portion where the exhaust pipe faces downward in the fifth embodiment.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross section along the axis of the
噴射部70は、複数の第1噴射口71、複数の第2噴射口72、複数の第3噴射口73、および複数の第4噴射口(図示せず)を備える。これらの噴射口は、実施の形態5(図10)における対応する噴射口と同様の構成を有する。ただし、噴射部70は鉛直部160aに設けられているので、これらの噴射口が噴射する尿素水の方向はいずれも水平方向となる。
また、噴射部70は、第1噴射口71、第2噴射口72、第3噴射口73および第4噴射口(図示せず)に対応して、第1回収口75、第2回収口76、第3回収口(図示せず)および第4回収口78を備える。これらの回収口は、それぞれ対応する噴射口の下流側すなわち下方に、所定の距離ΔLをおいて設けられる。
The
The
このような配置によっても、実施の形態5と同様に、各噴射口から噴射される尿素水から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気ガスが噴射部70を通過する際の位置にかかわらず一様に尿素を混合させることができる。したがって、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
Even with such an arrangement, as in the fifth embodiment, the amounts of urea vaporized from the urea water injected from the injection ports are complementary to each other, and as a result, when the exhaust gas passes through the
上述の実施の形態6では、4つの噴射口にそれぞれ対応する4つの回収口を設けたが、変形例として回収口は1つのみとしてもよい。
図13は、このような変形例に係る断面を概略的に示す概略断面図である。排気管170は、その一部に鉛直下方向に向かう鉛直部170aを有し、噴射部80はこの鉛直部170aに設けられる。なお排気ガスは矢印Aの方向に流れるものとする。
In Embodiment 6 described above, four recovery ports corresponding to the four injection ports are provided, but as a modification, only one recovery port may be provided.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross section according to such a modification. The
噴射部80は、複数の第1噴射口81、複数の第2噴射口82、複数の第3噴射口83および複数の第4噴射口(図示せず)を備える。また、噴射部80は、単一の回収口84を備える。回収口84は、各噴射口の下流側すなわち下方、鉛直部170aの終端部に設けられる。各噴射口から噴射された尿素水は、直接、または鉛直部170aの内壁に衝突した後、回収口84に達する。このように、単一の回収口84によって、複数の方向に噴射される尿素水を効率的に回収することができる。
The
実施の形態7.
実施の形態7は、実施の形態1において、回収口12の構成を様々に変形するものである。
図14は、実施の形態7に係る回収口の構成の一例として、回収口200の構成を示す。回収口200は、深さD1の位置に反射面201を有する。反射面201は、回収口200に向けて矢印R1の方向に噴射された尿素水を、排気管150の内部空間150aに向けて(すなわち排気管150内に向けて)、たとえば矢印R2の方向に跳ね返し、これによって尿素水の飛沫を内部空間150a内に拡散させる。
なお、反射面201は、飛沫が拡散する程度に尿素水を反射するものであればよく、金属面やその他の構造によって実現することができる。また、反射のための加工が施された面を用いてもよい。
このような回収口200とすることにより、尿素水の一部は回収口200に到達した後反射面201によって跳ね返され、微小な液滴となって内部空間150aに戻される。したがって、排気ガスに含まれる尿素水の微小な液滴を増加させ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
Embodiment 7 FIG.
In the seventh embodiment, the configuration of the
FIG. 14 shows the configuration of the recovery port 200 as an example of the configuration of the recovery port according to the seventh embodiment. The collection port 200 has a
The
By using such a recovery port 200, part of the urea water reaches the recovery port 200 and then rebounds by the reflecting
上述の実施の形態7において、反射面201は回収口200に設けられるが、これは排気管150において尿素水の噴流を受ける位置であれば回収口200以外の場所に設けられてもよい。すなわち、排気管150の内周面の一部が反射面を構成してもよい。
In Embodiment 7 described above, the
図15は、実施の形態7に係る回収口の構成の変形例の一つとして、回収口210の構成を示す。回収口210は、非反射部として、内部空間150aから所定の深さD2を有する大深度回収部211を含む。図15の深さD2は、図14の深さD1よりも大きく、回収口210に向けて矢印R3の方向に噴射された尿素水を跳ね返さないか、または少なくとも内部空間150aには跳ね返さない程度に十分大きい深さとなっている。この場合、跳ね返された尿素水の飛沫は、たとえば矢印R4のような軌跡に沿って移動し、回収ポンプ113(図1)の吸引力を受けて回収側配管114bに入って回収される。この深さD2は、排気管150の材料、排気管150の内表面の状態、噴射ポンプ112の吐出圧等によって適宜設計可能である。
このように非反射部を備える回収口210とすることにより、尿素水の飛沫が内部空間150aに戻ることを防止できるので、排気ガスに過量の尿素が混合されることを防ぎ、排気ガスと尿素との混合を的確に制御することができる。
FIG. 15 shows a configuration of the
By using the
図16は、実施の形態7に係る回収口の構成の変形例の一つとして、回収口220の構成を示す。回収口220は、非反射部として、尿素水を跳ね返さないようガイドするテーパ面221を含む。テーパ面221は、回収口220に向けて矢印R5の方向に噴射された尿素水を跳ね返さないか、または少なくとも内部空間150aには跳ね返さない角度をもって設けられる。この場合、跳ね返された尿素水の飛沫は、たとえば矢印R6のような軌跡に沿って移動し、回収ポンプ113(図1)の吸引力を受けて回収側配管114bに入って回収される。テーパ面221の角度、形状その他の構成は、排気管150の材料、排気管150の内表面の状態、噴射ポンプ112の吐出圧等によって適宜設計可能である。
このように非反射部を備える回収口220とすることにより、尿素水の飛沫が内部空間150aに戻ることを防止できるので、排気ガスに過量の尿素が混合されることを防ぎ、排気ガスと尿素との混合を的確に制御することができる。
FIG. 16 shows a configuration of the
By using the
図17は、実施の形態7に係る回収口の構成の変形例の一つとして、回収口230の構成を示す。回収口230は、非反射部として、尿素水の飛沫を遮蔽する遮蔽部231を含む。遮蔽部231は、回収口230に向けて矢印R7の方向に噴射された尿素水が跳ね返された場合、これが内部空間150aに戻らないように受け止めて回収側配管114bへと導く。たとえば、矢印R7の方向に噴射された尿素水は、矢印R8に沿って跳ね返され、遮蔽部231に衝突して受け止められて遮蔽され、重力または回収ポンプ113(図1)の吸引力によって矢印R9に沿って回収側配管114bに入り、回収される。
このように非反射部を備える回収口230とすることにより、尿素水の飛沫が内部空間150aに戻ることを防止できるので、排気ガスに過量の尿素が混合されることを防ぎ、排気ガスと尿素との混合を的確に制御することができる。
FIG. 17 shows a configuration of the
By using the
上述の実施の形態7の変形例に係る非反射部は、噴射された尿素水の反射(跳ね返り)を小さくして尿素水の回収を促進する回収促進部ということができる。
また、上述の実施の形態7の変形例に係る非反射部は、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。たとえば、1つの回収口に、図16のテーパ面221を、図15の大深度回収部211のように深い位置に形成し、さらに図17の遮蔽部を設けてもよい。
また、実施の形態7は、実施の形態1の回収口12の構成を様々に変形するものであるが、実施の形態2〜6においても同様の変形を施すことができる。
The non-reflecting part according to the modification of the seventh embodiment described above can be called a recovery promoting part that reduces the reflection (bounce) of the injected urea water and promotes the recovery of the urea water.
Moreover, you may use combining the 2 or more non-reflective part which concerns on the modification of the above-mentioned Embodiment 7. FIG. For example, the
Moreover, although Embodiment 7 changes variously the structure of the
11 噴射口(流入口)、12 回収口、13 噴流(還元剤)、
21 流入口、22 回収口、23 尿素水流(還元剤)、24 金網(流通誘導部材)、
31 第1噴射口、32 第2噴射口、33 第1噴射口群、34 第2噴射口群、35 回収口、
41 第1噴射口、42 第2噴射口、43 第1回収口(回収口)、44 第1回収口(回収口)、
51 第1噴射口、52 第2噴射口、53 回収口、
61 第1噴射口、62 第2噴射口、63 第3噴射口、64 第4噴射口、69 回収口、
71 第1噴射口、72 第2噴射口、73 第3噴射口、75 第1回収口(回収口)、76 第2回収口(回収口)、78 第4回収口(回収口)、
81 第1噴射口、82 第2噴射口、83 第3噴射口、84 回収口、
100 浄化装置(排気ガスの浄化装置)、110 尿素水循環装置、112 噴射ポンプ(噴射装置)、120 内燃機関、140 SCR触媒(選択還元触媒)、150,160,170 排気管(排気経路)、
200 回収口、201 反射面、210 回収口、211 大深度回収部(回収促進部)、220 回収口、221 テーパ面(回収促進部)、230 回収口、231 遮蔽部(回収促進部)。
11 injection port (inlet), 12 recovery port, 13 jet (reducing agent),
21 inflow port, 22 recovery port, 23 urea water flow (reducing agent), 24 wire mesh (circulation guide member),
31 1st injection port, 32 2nd injection port, 33 1st injection port group, 34 2nd injection port group, 35 collection | recovery port,
41 1st injection port, 42 2nd injection port, 43 1st collection port (collection port), 44 1st collection port (collection port),
51 1st injection port, 52 2nd injection port, 53 collection | recovery port,
61 1st injection port, 62 2nd injection port, 63 3rd injection port, 64 4th injection port, 69 collection | recovery port,
71 1st injection port, 72 2nd injection port, 73 3rd injection port, 75 1st collection port (collection port), 76 2nd collection port (collection port), 78 4th collection port (collection port),
81 First injection port, 82 Second injection port, 83 Third injection port, 84 Recovery port,
100 purification device (exhaust gas purification device), 110 urea water circulation device, 112 injection pump (injection device), 120 internal combustion engine, 140 SCR catalyst (selective reduction catalyst), 150, 160, 170 exhaust pipe (exhaust path),
200 collection port, 201 reflective surface, 210 collection port, 211 deep collection unit (collection promotion unit), 220 collection port, 221 tapered surface (collection promotion unit), 230 collection port, 231 shielding unit (collection promotion unit).
Claims (15)
前記排気ガスが通過する排気経路に前記還元剤を流通させる流入口と、
流通した前記還元剤を前記排気経路から回収する回収口と、
を備える、排気ガスの浄化装置。 An exhaust gas purification device that purifies exhaust gas of an internal combustion engine using a reducing agent,
An inlet through which the reducing agent is circulated in an exhaust path through which the exhaust gas passes;
A recovery port for recovering the circulated reducing agent from the exhaust path;
An exhaust gas purification device comprising:
前記還元剤は、前記流入口から前記回収口まで連続して連なる状態で供給される
請求項1または2に記載の排気ガスの浄化装置。 The recovery port is provided on the gravity direction side as viewed from the inflow port,
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1 or 2, wherein the reducing agent is supplied in a continuously continuous state from the inlet to the recovery port.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。 The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inflow port is an injection port for injecting the reducing agent.
前記還元剤を第1の方向に噴射する第1噴射口と、
前記還元剤を、前記第1の方向とは異なる方向である第2の方向に噴射する第2噴射口と
を含む、請求項4または5に記載の排気ガスの浄化装置。 The injection port is
A first injection port for injecting the reducing agent in a first direction;
The exhaust gas purifying device according to claim 4 or 5, comprising a second injection port that injects the reducing agent in a second direction that is different from the first direction.
前記還元剤を、前記第1の方向と直交する第3の方向に噴射する第3噴射口と、
前記還元剤を、前記第3の方向と対向する第4の方向に噴射する第4噴射口と
を含み、
前記第3噴射口および前記第4噴射口は、前記排気経路において、前記第1噴射口および前記第2噴射口の下流側もしくは上流側に設けられる
請求項6〜8のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。 The injection port is
A third injection port for injecting the reducing agent in a third direction orthogonal to the first direction;
A fourth injection port for injecting the reducing agent in a fourth direction opposite to the third direction;
The said 3rd injection port and the said 4th injection port are provided in any one of Claims 6-8 provided in the downstream or the upstream of the said 1st injection port and the said 2nd injection port in the said exhaust path. Exhaust gas purification device.
前記還元剤の少なくとも一部は前記流通誘導部材に沿って流通する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。 In the exhaust path, comprising a flow guide member provided across the inlet and the recovery port,
The exhaust gas purifying device according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the reducing agent flows along the flow guide member.
前記回収口の前記排気経路からの深さを大きくした大深度回収部、
前記還元剤をガイドするテーパ面、
前記還元剤の飛沫を遮蔽する遮蔽部
の少なくとも一つを含む、請求項13に記載の排気ガスの浄化装置。 The collection promoting unit
A large depth recovery section in which the depth of the recovery port from the exhaust path is increased;
A tapered surface for guiding the reducing agent;
The exhaust gas purifying device according to claim 13, comprising at least one shielding portion that shields the spray of the reducing agent.
前記排気ガスの浄化装置は選択還元触媒を備え、
前記流入口は、前記排気経路において前記選択還元触媒の上流側に設けられ、
前記選択還元触媒は、前記尿素水から発生する尿素またはアンモニアと、前記排気ガス中の窒素酸化物とによる還元反応を促進する
請求項1〜14のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。 The reducing agent is urea water;
The exhaust gas purification device includes a selective reduction catalyst,
The inlet is provided on the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust path,
The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 14, wherein the selective reduction catalyst promotes a reduction reaction by urea or ammonia generated from the urea water and nitrogen oxides in the exhaust gas. .
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- 2009-04-09 JP JP2009094967A patent/JP2010242704A/en active Pending
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