JP2011525958A - 排気ガス添加剤／処理システム及びその中で使用するための排気混合装置 - Google Patents

Abstract

添加剤注入装置１４から下流にあるエンジン排気システム１０で使用するための排気混合装置１６が提供される。混合装置１６は、８つのベーン２０を備え、ベーン２０Ａのうちの４つは混合装置１６の第１の側２２から延在し、中心軸２４の周りに等間隔で並ぶ円周配列の形で配列され、ベーン２０Ｂのうちの他の４つは混合装置１６の対向側２６から延在し、等間隔に並ぶ円周配列の形で他の４つのベーン２０Ａと反対に配列される。

Description

本発明は、１つ又は複数の添加剤をガス流中に導入することによって排気ガス又は他のガス流を処理するシステム又はデバイスに関するものであり、また、多くの場合に触媒の上流で、添加剤を排気ガスと混合するためにそのようなシステム内で使用される混合装置に関するものである。

望ましくない排出物を低減することを目的として注入部から下流にあるデバイス内の触媒反応を増強又は引き起こすために１つ又は複数の添加剤を排気ガス中に導入することによって排気ガス又は他のガス流を処理する方法が知られている。１つの知られているシステムでは、ディーゼル・エンジンの排気ガス中に還元剤を注入することで、触媒による還元を利用して排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減する。このようなシステムでは、触媒反応に先立ってアンモニア又は尿素（水に溶解させる）の形態の添加剤を供給することが知られている。これが行われるときに、排気ガスと添加剤／還元剤を適切に混合することが重要になる。

本発明の一特徴によれば、添加剤注入装置から下流にあるエンジン排気システムで使用するための排気混合装置が提供される。混合装置は、一対の連動するブレード構造を備え、ブレード構造のそれぞれは、ブレード構造の第１の側から延在する第１の一対のベーン及びブレード構造の対向側から延在する第２の一対のベーンを備える。

一特徴として、それぞれの対のベーンのうちのベーンのそれぞれは、その対の他方のベーンの混合角度と一致する混合角度で対応するブレード構造から延在する。

一特徴において、それぞれの対のベーンの混合角度は反対方向である。

一特徴によれば、ブレード構造のそれぞれは、他方のブレード構造と連動する単一部分である。

一特徴として、ブレード構造は互いに同一であるが、逆の向きに連動する。

一特徴によれば、ブレード構造のそれぞれは、スパインをスパインから延在する第１の対のベーン及び第２の対のベーンとともにさらに備える。

一特徴では、スパインのそれぞれは、混合装置の中心軸に平行な平面内にある。

一特徴として、スパインのそれぞれは、他方のブレードのスパインを受け入れるサイズのノッチを備える。

一特徴によれば、スパインのそれぞれは、穿孔されている。

一特徴として、取り付け用フランジは、スパインのうちのそれぞれのスパインの対向端部から延在する。

一特徴では、ブレードは、互いに法線方向に配列される。

一特徴によれば、ベーンは、すべて同じサイズ及び形状である。

一特徴として、前記ベーンのうち少なくとも１つのベーンが二股になっており、ベーンから延在する少なくとも２つのエンド・バッフルを形成する。

一特徴において、少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルの向きと異なる、混合装置に関する向きを有する。

一特徴によれば、少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルのサイズ及び形状と異なるサイズ及び形状を有する。

本発明の一特徴によれば、添加剤注入装置から下流にあるエンジン排気システムで使用するための排気混合装置が提供される。混合装置は８つのベーンを備え、これらのベーンのうちの４つのベーンは混合装置の第１の側から延在し、中心軸の周りに等間隔で並ぶ円周配列の形で配列され、これらのベーンのうちの他の４つのベーンは混合装置の対向側から延在し、等間隔に並ぶ円周配列の形で他の４つのベーンと反対に配列される。

一特徴として、ベーンのそれぞれは、他方のベーンの混合角度と一致する混合角度で混合装置から延在する。

一特徴によれば、第１の側のベーンの混合角度は、混合装置の反対側のベーンの混合角度と逆の方向である。

一特徴において、第１の側のベーンのうちの２つのベーン及び第２の側のベーンのうちの２つのベーンがスパインから延在する。

一特徴として、スパインは、混合装置の中心軸に平行な平面内にある。

一特徴において、スパインのそれぞれは、穿孔されている。

一特徴によれば、取り付け用フランジがスパインの対向端部から延在する。

一特徴として、これらのベーンのうち少なくとも１つのベーンが二股になっており、ベーンから延在する少なくとも２つのエンド・バッフルを画成する。

一特徴において、少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルの向きと異なる、混合装置に関する向きを有する。

一特徴によれば、少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルのサイズ及び形状と異なるサイズ及び形状を有する。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、付属の請求項及び図面を含めて、明細書全体を検討することで明らかになるであろう。

触媒の上流において添加剤を排気ガス中に導入することによって排気ガスを処理するためのシステムを表す線図である。 図１の線２−２にそって切り取られた図１の排気ガス／添加剤混合装置の図である。 図１のシステムの排気管の一部に取り付けられている図２の混合装置の斜視図である。 図２の線４−４から切り取られた図２のコンポーネントの側面図である。 図４に類似しているが、混合装置の１つのコンポーネントが取り除かれている図である。 図２の混合装置の他の斜視図である。 図２に類似しているが、図１のシステムの排気管の一部に取り付けられている混合装置の代替実施例を示す図である。 図７の混合装置コンポーネントの、ただし混合装置の１つのコンポーネントが取り除かれている、上面図である。 図８の線８−８から切り取られた図である。 図７の混合装置の斜視図である。

図１を参照すると、システム１０は、エンジン又は他の排気ガス発生デバイス１１からの、矢印Ａによって概略が示されている排気ガス流を処理することに関して示されている。システム１０は、流路１２、１つ又は複数の添加剤注入装置１４、混合装置１６、及び選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒１８の形態の後処理要素又はゾーンを備える。流路１２は、任意の好適な形態で形成することができ、典型的には、排気ダクト若しくは排気管及び／又は触媒１８用のハウジングの形態で形成され、例えば、マフラー若しくは粒子フィルタなどの、他の排気ガス処理構造と組み合わせるか、又は一体化することができる。添加剤注入装置（複数可）１４も、多数知られている、任意の好適な形態をとることができ、例示されている実施例では、好ましくは、矢印Ｂで概略が示されている、試薬溶液（典型的には尿素溶液）を、混合装置１６及び触媒１８の上流のディーゼル排気ガス流Ａ内に注入する。

図２〜６を参照すると、混合装置１６は、８つのベーン２０を備え、ベーン２０Ａのうちの４つは混合装置１６の第１の側２２から延在し、中心軸２４の周りに等間隔で並ぶ円周配列の形で配列され、ベーン２０Ｂのうちの他の４つは混合装置１６の対向側２６から延在し、等間隔に並ぶ円周配列の形でベーン２０Ａと反対に配列される。図４に最もよく示されているように、好ましくは、ベーン２０のそれぞれは、他のベーン２０の混合角度α及び曲率と一致する混合角度α及び曲率で混合装置１６から延在し、ベーン２０Ａの混合角度αはベーン２０Ｂの混合角度αと反対の方向にある。また、ベーン２０のそれぞれは、他のベーン２０と同じサイズ及び形状であることが好ましい。

ここでもまた、図４を参照すると、例示されている実施例において、ベーン２０Ａの２つ及びそこから反対に配列されている２つのベーン２０Ｂは、中央スパイン３０から延在し、ベーン２０Ａの他の２つ及びそこから反対に配列されているベーン２０Ｂの他の２つは中央スパイン３２から延在する。好ましくは、スパイン３０及び３２のそれぞれは、平面状であり、軸２４に平行な平面内にある。

任意の好適な構造を使用することができるが、図５に最もよく示されているように、混合装置１６は、好ましくは一対の連動するブレード構造３４及び３６（図５に示されているもののみ）から作製され、ブレード構造のそれぞれはスパイン３０から延在するベーン２０Ａ及び２０Ｂ又はスパイン３２から延在するベーン２０Ａ及び２０Ｂのいずれかを含む。この点で、スパイン３０及び３２のそれぞれは、他方のブレード３４、３６のスパイン３０、３２を受け入れるサイズであるスロット又はノッチ３８を備える。この点まで説明されている好ましい実施例では、ブレード３４及び３６は、互いに同一であり、一体成型部分として画成されうることがわかる。この点で、ブレード３４及び３６は、任意の好適な手段によって製造されうるが、ブレード３４及び３６は、それぞれの用途の温度、応力、ガス、及び他のパラメータに適している型押し金属薄板片から加工されることが好ましい。一体成型部分を有し、その部分を型押し品として製造することができるという利点は、当業者には明らかなことであろう。

図３を参照すると、混合装置１６は、好ましくは、その半径方向の一番外側の表面４０が、混合装置１６を取り付ける排気ハウジング又は排気管４２の内面４１と係合するようなサイズであることがわかる。図４及び５に最もよく示されているように、表面４０は、スパイン３０及び３２のうちのそれぞれのスパインの対向端部４４及び４６によって画成される。好ましくは、表面４０は、鑞付け若しくは溶接などによって内面４１に接着される。混合装置１６が排気ハウジング又は排気管４２内に取り付けられたときに側部２２及び２６が面する方向に応じて、ブレード２０Ａ又はブレード２０Ｂのいずれかが、排気ガス流の方向に関して混合装置１６の上流側にあり、ベーン２０Ａ及び２０Ｂの他方は、排気ガス流の方向に関して混合装置１６の下流側にある。

図７〜１０に示されている混合装置１６の代替実施例を参照すると、ベーン２０のうちのそれぞれのベーンの端部は二股になっていて少なくとも２つのエンド・バッフル５０及び５２を画成し、エンド・バッフル５０及び５２のそれぞれは好ましくはそれぞれのベーン２０Ａ及び２０Ｂについてバッフル３８及び４０のうちの他方の向きと異なる、混合装置に関する向きを有することがわかる。特に、バッフル５０のそれぞれは、バッフル５２の混合角度及び／又は曲率と異なる混合角度及び／又は曲率を有する。図２〜５の実施例の場合のように、ベーン２０のうちのそれぞれのベーンの混合角度α及び曲率は、他のベーン２０の混合角度α及び曲率と一致し、ベーン２０すべてが同じサイズ及び形状を有することが好ましい。

他の特徴として、図７〜１０の実施例の半径方向の一番外側の表面４０が、スパイン３０及び３２のうちのそれぞれのスパインの端部４４及び４６から延在する取り付け用フランジ５４を周上に延ばすことによって画成されることがわかる。好ましくは、フランジ５４は、鑞付け若しくは溶接などによって排気ハウジング又は排気管４２の内面４１に接着される。さらに他の特徴として、スパイン３０及び３２のそれぞれは穿孔され、図９及び１０に最もよく示されているように、円形開口部５８（例示されている実施例では１６）の配列５６を備え、これらは添加剤（複数可）と排気ガスとの混合を高めることが意図されている。

例示されている実施例の両方に関して、テストした結果、ベーン２０Ａ及び２０Ｂは、ガス／添加剤の複合流に渦を生じさせ、従来の混合装置と比較してシステム１０からの混合を高め、還元効率を優れたものにすることがわかった。

混合装置１６の好ましい実施例が本明細書に示されているが、それぞれの用途の特定のブランドに応じて望ましい多くの修正がありうることは理解されるであろう。例えば、ベーン２０Ａ及び２０Ｂはすべて、図３〜６に示されている混合装置実施例１６について、また図７〜１０に示されている混合装置実施例について同じサイズ及び形状であるが、いくつかの用途では、選択されたもの、又はベーン２０のすべてが混合装置１６内の他のベーン２０に関して異なるサイズ及び形状であることが望ましいと思われる。同様に、図７〜１０の実施例におけるベーン２０のそれぞれのバッフル５０及び５２は、互いに関して異なるサイズ及び形状であるが、いくつかの用途では、バッフル５０及び５２は同じサイズ及び形状であるのが望ましい場合がある。さらに、混合角度α及び曲率は、例示されている実施例ではベーン２０のすべてについて一致しているが、いくつかの用途では、混合角度α及び／又は曲率は、他のベーン２０の混合角度α及び／又は曲率と比較してベーン２０のうちの１つ又は複数のベーンについて異なるのが望ましい場合がある。さらに他の例として、図２〜６の実施例のスパイン３０及び３２は、無目打ちとして示されているが、いくつかの用途では、スパイン３０及び３２が開口部５８を備えることが望ましい場合がある。この点で、開口部５８は円形として示され、特定の配列で配置されているが、それぞれの用途の特定のパラメータに応じて、他の形状、サイズ、個数、及び配列が望ましい場合がある。他の例では、それぞれのベーン２０は、図７〜１０では、２つのバッフル５０及び５２を持つように示されているが、いくつかの用途では、ベーン２０のそれぞれが２つより多いバッフルを備えることが望ましい場合がある。さらに、バッフル５０が、バッフル５２と異なる混合角度及び曲率を有するものとして例示されているが、バッフル５０及び５２の混合角度及び／又は曲率は一致することが望ましい場合がある。

Claims (25)

1. 添加剤注入装置から下流にあるエンジン排気システムで使用するための排気混合装置であって、
   一対の連動するブレード構造であって、前記ブレード構造のそれぞれは、前記ブレード構造の第１の側から延在する第１の一対のベーン及び前記ブレード構造の対向側から延在する第２の一対のベーンを備える排気混合装置。
2. それぞれの対のベーンのうちの前記ベーンのそれぞれは、前記対の他方のベーンの混合角度と一致する混合角度で前記対応するブレード構造から延在する請求項１に記載の排気混合装置。
3. それぞれの対のベーンの前記混合角度は、反対方向である請求項２に記載の排気混合装置。
4. 前記ブレード構造のそれぞれは、他方のブレード構造と連動する単一部分である請求項１に記載の排気混合装置。
5. 前記ブレード構造は、互いに同一であるが、逆の向きに連動する請求項４に記載の排気混合装置。
6. 前記ブレード構造のそれぞれは、スパインを前記スパインから延在する前記第１の対のベーン及び前記第２の対のベーンとともにさらに備える請求項１に記載の排気混合装置。
7. 前記スパインのそれぞれは、前記混合装置の中心軸に平行な平面内にある請求項６に記載の排気混合装置。
8. 前記スパインのそれぞれは、他方のブレードの前記スパインを受け入れるサイズのノッチを備える請求項６に記載の排気混合装置。
9. 前記スパインのそれぞれは、穿孔されている請求項６に記載の排気混合装置。
10. 取り付け用フランジは、前記スパインのうちのそれぞれのスパインの対向端部から延在する請求項６に記載の排気混合装置。
11. 前記ブレードは、互いに法線方向に配列される請求項１に記載の排気混合装置。
12. 前記ベーンは、すべて同じサイズ及び形状である請求項１に記載の排気混合装置。
13. 前記ベーンのうちの少なくとも１つのベーンが二股になっており、前記ベーンから延在する少なくとも２つのエンド・バッフルを画成する請求項１に記載の排気混合装置。
14. 前記少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、前記少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルの向きと異なる、前記混合装置に関する向きを有する請求項１３に記載の排気混合装置。
15. 前記少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、前記少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルのサイズ及び形状と異なるサイズ及び形状を有する請求項１３に記載の排気混合装置。
16. 添加剤注入装置から下流にあるエンジン排気システムで使用するための排気混合装置であって、
    ８つのベーンを備え、前記ベーンのうちの４つのベーンは前記混合装置の第１の側から延在し、中心軸の周りに等間隔で並ぶ円周配列の形で配列され、前記ベーンのうちの他の４つのベーンは前記混合装置の対向側から延在し、等間隔に並ぶ円周配列の形で前記他の４つのベーンと反対に配列される排気混合装置。
17. 前記ベーンのそれぞれは、他方のベーンの混合角度と一致する混合角度で前記混合装置から延在する請求項１６に記載の排気混合装置。
18. 前記第１の側の前記ベーンの前記混合角度は、前記混合装置の前記反対側の前記ベーンの前記混合角度と逆の方向である請求項１７に記載の排気混合装置。
19. 前記第１の側のベーンのうちの２つの前記ベーン及び前記第２の側のベーンのうちの２つの前記ベーンがスパインから延在する請求項１６に記載の排気混合装置。
20. 前記スパインは、前記混合装置の中心軸に平行な平面内にある請求項１９に記載の排気混合装置。
21. 前記スパインは、穿孔されている請求項１９に記載の排気混合装置。
22. 取り付け用フランジは、前記スパインの対向端部から延在する請求項１９に記載の排気混合装置。
23. 前記ベーンのうちの少なくとも１つのベーンが二股になっており、前記ベーンから延在する少なくとも２つのエンド・バッフルを画成する請求項１６に記載の排気混合装置。
24. 前記少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、前記少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルの向きと異なる、前記混合装置に関する向きを有する請求項２３に記載の排気混合装置。
25. 前記少なくとも２つのエンド・バッフルはそれぞれ、前記少なくとも２つのエンド・バッフルのうちの他方のバッフルのサイズ及び形状と異なるサイズ及び形状を有する請求項２３に記載の排気混合装置。

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