JP2011196264A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】設備コストの大幅な高騰を招くことなく排気流路の腐食を防止し得るようにする。
【解決手段】排気ガス２中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒に排気ガス２を導く排気流路５と、該排気流路５の途中に備えられて排気ガス２中に尿素水３を添加する尿素水添加装置４（尿素水添加手段）とを備え、前記排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を、該範囲を除く排気流路５の残部よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質の分割ピース５ａで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１参照）。
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
そして、図９に示す如く、選択還元型触媒１の上流側で排気ガス２中に尿素水３を添加する従来技術としては、尿素水添加装置４のノズル部４ａを排気流路５の軸心付近まで挿し入れて排気ガス２の流れの中心に尿素水３を添加するようにしたものが知られているが、これでは尿素水添加装置４のノズル部４ａが高温の排気ガス２の流れに直接晒されてしまうことになるため、尿素水添加装置４の耐久性が不安視されている。
このため、図１０に示す如く、排気流路５の側面に上流側へ向け斜めに分岐する噴射口６を設け、該噴射口６に対し尿素水添加装置４を排気流路５の外側から装着して該排気流路５内に臨ませ、この尿素水添加装置４を高温の排気ガス２の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水３を添加することが検討されている。
特開２００５−２７３６１４号公報
しかしながら、図９や図１０の形式で排気ガス２中に尿素水３を添加するにあたり、これまで以上のＮＯx浄化性能を求めて尿素水３の添加量を増大させると、気化しきれない尿素水３が排気流路５の内周面に付着（又は介在）して流れを形成し、この尿素水３が化学反応することによって生成される物質により進行の早い腐食が誘発される虞れがあり、特に図１０の如き排気流路５の側面に形成された噴射口６から尿素水３を噴射する形式では、尿素水３の噴霧が排気ガス２の流れの影響を受け易く、排気流路５の内周面に沿うような偏った流れを形成し易いため、尿素水３が気化し難くなって排気流路５の内周面に介在し易くなり、腐食が誘発され易くなるという問題があった。
また、図９の如き既知の尿素水添加装置４では、尿素水３を空気と混合してノズル部４ａまで気液混合状態で導いてからエアアシスト付きの噴射方式で尿素水３の添加を行うようにしていたが、エア配管を省いてコストダウンを図るべく、エアアシストなしで尿素水３を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した場合、添加した尿素水３中に空気が含まれていないため、排気流路５を構成しているステンレス鋼の表面における酸素濃度が低下し易く、ステンレス鋼の表面の不動態化が困難となって耐食性が低下し、前記尿素水３の添加による腐食がより起こり易くなるという問題があった。
更に、選択還元型触媒１の上流側に、排気ガス２中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタが排気流路５を介して装備されている場合には、パティキュレートフィルタ再生中のＮＯx濃度増加への対応、及び尿素水添加装置４の冷却のために尿素水３の添加量を増加させる必要があり、しかも、このパティキュレートフィルタ内に捕集されるパティキュレートの燃焼により排気温度が高まることで前記尿素水３の化学反応が活発化して腐食速度が速くなるため、腐食が更に起こり易くなるという問題もあった。
尚、排気流路５全体を高Ｃｒ材等の耐食性の高い材質のものに変えるという対策も考えられるが、高Ｃｒ材等の耐食性の高い材質は高価であるため、排気流路５全体の変更は、排気浄化装置の設備コストの大幅な高騰を招くことになる。
本発明は、上述の実情に鑑みてなしたもので、設備コストの大幅な高騰を招くことなく排気流路の腐食を防止し得るようにすることを目的とする。
本発明は、排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒に排気ガスを導く排気流路と、該排気流路の途中に備えられて排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段とを備え、前記排気流路における尿素水の添加位置近傍の所要範囲を、該範囲を除く排気流路の残部よりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
而して、このようにすれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水の付着が排気流路の内周面に生じても、該排気流路における尿素水の添加位置近傍の所要範囲が、該範囲を除く排気流路の残部よりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成してあるので、進行の早い腐食が誘発される事態が防止される。
更に、本発明においては、尿素水添加手段がエアアシストなしで尿素水を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した構成に適用することが好ましく、このようにすれば、尿素水の添加にエアアシストが不要となって尿素水添加手段へのエア配管を省くことが可能となる。
また、本発明においては、排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタが選択還元型触媒の上流に排気流路を介して装備されている構成に適用することが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタにより排気ガス中のパティキュレートが選択還元型触媒の上流で捕集されるので、ＮＯxだけでなくパティキュレートも同時に低減することが可能となる。
更に、本発明においては、尿素水添加手段が排気流路の側面に形成された噴射口から尿素水を噴射し得るように配置されていることが好ましく、このようにすれば、尿素水添加手段を高温の排気ガスの流れに直接晒されないようにして保護することが可能となる。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気流路における尿素水の添加位置近傍の所要範囲を耐食性の高い材質で部分的に構成することにより、尿素水添加による排気流路の腐食を防止することができるので、排気流路全体を高Ｃｒ材等の耐食性の高い材質のものに変更する場合と比較して設備コストの大幅な削減を図ることができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、尿素水添加手段をエアアシストなしで尿素水を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式としたことにより、尿素水添加手段へのエア配管を省くことができて大幅なコストダウンを図ることができる。
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを選択還元型触媒の上流に排気流路を介して装備したことにより、ＮＯxだけでなくパティキュレートも同時に低減することができる。
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、尿素水添加手段を排気流路の側面に形成された噴射口から尿素水を噴射し得るように配置したことにより、尿素水添加手段を高温の排気ガスの流れに直接晒されないようにして保護することができ、前記尿素水添加手段の耐久性を大幅に向上することができる。
本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 Ｓ字配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。 本発明の別の形態例を示す断面図である。 Ｕ字配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。 Ｌ字配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。 インライン配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。 本発明の更に別の形態例を示す断面図である。 図７の変形例を示す断面図である。 従来の排気浄化装置の一例を示す断面図である。 従来の排気浄化装置の別の例を示す断面図である。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図９及び図１０と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
図１に示す如く、本形態例においては、排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を、該範囲を除く排気流路５の残部よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成した分割ピース５ａにより部分的に構成し、該分割ピース５ａの前後端を上流側及び下流側の排気流路５に対し印篭継手形式で嵌め合わせて接続するようにしてあると共に、前記分割ピース５ａの側面に上流側へ向け斜めに分岐する噴射口６を設け、該噴射口６に対しエアアシストなしで尿素水３を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した尿素水添加装置４を外側から装着するようにしている。
図２は図１の構造を具体的に適用した例を示すもので、ここに図示している例では、選択還元型触媒１とパティキュレートフィルタ７とをケーシング８，９により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ７の出側端部と選択還元型触媒１の入側端部との間を排気流路５により接続し、パティキュレートフィルタ７の出側端部から排出された排気ガス２が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒１の入側端部に導入されるようにしたＳ字配置の排気浄化装置を対象とし、前記排気流路５の直伸部Ａに図１の構造を適用したものとなっている。
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ７が抱持されているケーシング９内の前段に、排気ガス２中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１０が装備され、また、選択還元型触媒１が抱持されているケーシング８内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１１が装備されている。
而して、このようにすれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水３の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水３の付着が排気流路５の内周面に生じても、該排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を成す分割ピース５ａが、該分割ピース５ａを除く排気流路５の残部よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成してあるので、ここに進行の早い腐食が誘発される事態が防止される。
従って、上記形態例によれば、排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を耐食性の高い材質の分割ピース５ａで部分的に構成することにより、尿素水３の添加による排気流路５の腐食を防止することができるので、排気流路５全体を高Ｃｒ材等の耐食性の高い材質のものに変更する場合と比較して設備コストの大幅な削減を図ることができる。
更に、本形態例においては、尿素水添加装置４にエアアシストなしで尿素水３を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用しているので、尿素水３の添加にエアアシストが不要となって尿素水３の添加手段へのエア配管を省くことができ、これにより大幅なコストダウンを図ることができる。
また、パティキュレートフィルタ７が選択還元型触媒１の上流に排気流路５を介して装備されているので、パティキュレートフィルタ７により排気ガス２中のパティキュレートが選択還元型触媒１の上流で捕集されることになり、ＮＯxだけでなくパティキュレートも同時に低減することができる。
しかも、尿素水添加装置４が排気流路５の側面に形成された噴射口６から尿素水３を噴射し得るように配置されているので、尿素水添加装置４を高温の排気ガス２の流れに直接晒されないようにして保護することができ、前記尿素水添加装置４の耐久性を大幅に向上することができる。
尚、以上の説明では、図２のＳ字配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａの途中から尿素水３の添加を行う場合について述べたが、図２のＳ字配置の排気浄化装置における排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には、図３に示す如く、エルボ型に曲折した分割ピース５ａを使用すれば良く、該分割ピース５ａの中途部に下流側の排気流路５の軸心に沿い且つ該下流側の排気流路５から離間する方向に突出する噴射口６を設け、該噴射口６に対し尿素水添加装置４を排気流路５の外側から装着すれば良い。
また、選択還元型触媒１の上流にパティキュレートフィルタ７を装備した排気浄化装置のレイアウトは、先に図２で示したようなＳ字配置の他、図４に示す如きＵ字配置であっても良く、この図４のＵ字配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａから尿素水３の添加を行う場合に図１の構造を適用し、排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には図３の構造を適用すれば良い。
更に、選択還元型触媒１の上流にパティキュレートフィルタ７を装備した排気浄化装置のレイアウトが、図５に示す如きＬ字配置であれば、この図５のＬ字配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａから尿素水３の添加を行う場合に図１の構造を適用し、排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には図３の構造を適用すれば良い。
尚、選択還元型触媒１の上流にパティキュレートフィルタ７を装備した排気浄化装置のレイアウトが、図６に示す如きインライン配置であれば、この図６のインライン配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａに図１の構造を適用すれば良い。
また、先に図２で示したようなＳ字配置の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ７の出側端部から排出された排気ガス２が逆向きに折り返される箇所の排気流路５の構造が、図７に示す如く、パティキュレートフィルタ７の出側端部から出た直後の排気ガス２を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室５ｂと、該ガス集合室５ｂで集められた排気ガス２を開口部５ｃを介しパティキュレートフィルタ７の排気流れと逆向きに抜き出す排気パイプ５ｄとのアッセンブリで構成され、前記排気パイプ５ｄの入側端部の中心位置に該排気パイプ５ｄの出側端部側へ向けて尿素水添加装置４が装備されているような場合、このアッセンブリ全体を分割ピースとして耐食性の高い材質で構成するのはコスト高となるため、このように適切な位置で分割できない構造のケースでは、予め尿素水３の添加位置近傍の所要範囲にあたる排気パイプ５ｄのみを、ガス集合室５ｂ（尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を除く排気流路５の残部）よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成しておき、これをガス集合室５ｂに組み付けてアッセンブリ化すれば良い。
この際、図８に示す如く、排気パイプ５ｄの部品長が、尿素水３の付着の虞れがある範囲を超えて長く設定されている場合には、尿素水３の付着の虞れがある範囲のみを耐食性の高い材質の分割パイプ５ｅで構成し、これにガス集合室５ｂ（尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を除く排気流路５の残部）と同じ材質のステンレス鋼から成る延長パイプ５ｆを印篭継手形式で継ぎ足した構造としても良い。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 選択還元型触媒
２ 排気ガス
３ 尿素水
４ 尿素水添加装置（尿素水添加手段）
５ 排気流路
５ａ 分割ピース
５ｅ 分割パイプ
６ 噴射口
７ パティキュレートフィルタ

Claims (4)

  1. 排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒に排気ガスを導く排気流路と、該排気流路の途中に備えられて排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段とを備え、前記排気流路における尿素水の添加位置近傍の所要範囲を、該範囲を除く排気流路の残部よりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成したことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 尿素水添加手段がエアアシストなしで尿素水を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用していることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタが選択還元型触媒の上流に排気流路を介して装備されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
  4. 尿素水添加手段が排気流路の側面に形成された噴射口から尿素水を噴射し得るように配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
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