JP2013511653A - 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ミキサ - Google Patents

Abstract

エンジン排気系１０内において添加剤注入器１４から下流で使用するための排気ミキサ１６が提供される。このミキサ１６は、８枚のベーン２０を含み、ベーンの４枚２０Ａが、ミキサ１６の第１の側２２から延在し、中心軸２４周りに、等間隔で離間された周方向配列として配置され、ベーンの他の４枚２０Ｂが、ミキサ１６の反対側２６から延在し、他の４枚のベーン２０Ａから反対に、等間隔で離間された周方向配列として配置される。ベーン２０は、エンボスリブ６０、及び取付けフランジ６４を含む。

Description

本発明は、１つ又は複数の添加剤をガス流内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装置に関し、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ミキサに関する。

望ましくない排出物を低減する目的で、噴射から下流の装置内で触媒反応を高める、又は生み出すために、１つ又は複数の添加剤を排気ガス内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ことが知られている。１つの知られているシステムでは、接触還元を介して排気ガス内の窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減するために、ディーゼルエンジンの排気ガス内に還元剤が注入される。そのようなシステムでは、触媒反応の前にアンモニア又は（水に溶かした）尿素の形態で添加剤を供給することが知られている。これを行うとき、排気ガスと添加剤／還元剤の適切な混合することが重要である。

本発明の一特徴によれば、エンジン排気系内において添加剤注入器から下流で使用するための排気ミキサが提供される。このミキサは、１対の連結したブレード構造を含み、ブレード構造のそれぞれが、ブレード構造の第１の側から延在する第１のベーン対と、ブレード構造の反対側から延在する第２のベーン対とを含む。ベーンの少なくとも１枚が、エンジン排気系の支持構造物と係合するための、ベーンから延在する取付けフランジを含む。

一特徴として、各ベーン対のベーンのそれぞれが、対応するブレード構造から、その対の他方のベーンの混合角と一致する混合角で延在する。

一特徴では、各ベーン対の混合角が、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が、他方のブレード構造と連結する一体部品である。

一特徴として、ブレード構造が互いに同一であり、反対向きで連結する。

一特徴によれば、ブレード構造のそれぞれが背をさらに含み、第１のベーン対及び第２のベーン対が背から延在する。

一特徴では、背のそれぞれが、ミキサの中心軸に対して平行な平面内にある。

一特徴として、背のそれぞれが、他方のブレードの背を受け入れるサイズの切欠きを含む。

一特徴によれば、背の少なくとも１つが、背に沿って延在する少なくともエンボスリブを含む。

一特徴として、各背の両端から取付けフランジが延在する。

一特徴では、ブレードが互いに垂直に配置される。

一特徴によれば、ベーンが、すべて同じサイズ及び形状のものである。

一特徴として、少なくとも１枚のベーンが、ベーンに沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む。

本発明の一特徴によれば、エンジン排気系内において添加剤注入器から下流で使用するための排気ミキサが提供される。このミキサは、８枚のベーンを含み、ベーンの４枚が、ミキサの第１の側から延在し、中心軸周りに、等間隔で離間された周方向の配列として配置され、ベーンの他の４枚が、ミキサの反対側から延在し、他の４枚のベーンから反対に、等間隔で離間された周方向の配列として配置される。ベーンの少なくとも１枚が、エンジン排気系の支持構造物と係合するための、ベーンから延在する取付けフランジを含み、ベーンの少なくとも１枚が、ベーンに沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む。

一特徴として、ベーンのそれぞれが、ミキサから、他のベーンの混合角と一致する混合角で延在する。

一特徴によれば、第１の側のベーンの混合角が、ミキサの反対側のベーンの混合角とは反対方向である。

一特徴では、第１の側のベーンの２枚、及び第２の側のベーンの２枚が、背から延在する。

一特徴として、背が、ミキサの中心軸に対して平行な平面内にある。

一特徴によれば、背の両端から取付けフランジが延在する。

本発明の一特徴によれば、エンジン排気系内において添加剤注入器から下流で使用するための排気ガスミキサが提供される。このミキサは、１対の連結したブレード構造を含み、ブレード構造のそれぞれが、ブレード構造の第１の側から延在する第１のベーン対と、ブレード構造の反対側から延在する第２のベーン対とを含む。ベーンの少なくとも１枚が、ベーンに沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付の特許請求の範囲と図面を含めて、本明細書全体を検討すれば、明らかになろう。

触媒の上流で添加剤を排気ガス内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の線図である。 図１の線２−２に沿った図１の排気ガス／添加剤ミキサの図である。 図１の系の排気管の一部分に設置された図２のミキサの斜視図である。 図２の線４−４からの図２の構成部品の側面図である。 図４と同様であるが、ミキサの構成部品の１つが取り除かれた図である。 図２のミキサの別の斜視図である。 図２と同様であるが、図１の系の排気管の一部分に設置されたミキサの代替の実施例を示す図である。 ミキサの構成部品の１つが取り除かれた、図７のミキサ構成部品の上面図である。 図８の線８−８から見た図である。 図７のミキサの斜視図である。 図２と同様であるが、本発明によるミキサの別の代替の実施例を示す図である。 図１１の線１２−１２から見た図１１の構成部品の側面図である。 図１１及び図１２のミキサの斜視図である。 図１１〜図１３のミキサの分解斜視図である。 図１２と同様であるが、反対側から、また図１１〜図１４の構成部品の１つだけを示す側面図である。 図１５と同様であるが、ミキサの他方の構成部品を示す側面図である。

図１を参照すると、矢印Ａによって概略的に示された、エンジン又は他の排気ガス発生装置１１からの排気ガス流、を処理するためのシステム１０が示されている。システム１０は、流路１２と、１つ又は複数の添加剤注入器１４と、ミキサ１６と、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とを含む。流路１２は、任意の好適な形態で設けることができ、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設けられ、たとえば消音器又は粒子フィルタなど、他の排気ガス処理構造物と組み合わせる、又は一体化することができる。添加剤注入器１４もまた、任意の好適な形態のものとすることができ、それらが数多く知られており、図の実施例では、矢印Ｂによって概略的に示されている試薬液（典型的には尿素溶液）を、ミキサ１６及び触媒１８の上流でディーゼル排気ガス流Ａの中に注入する。

図２〜図６を参照すると、ミキサ１６は、８枚のベーン２０を含み、ベーンの４枚２０Ａが、ミキサ１６の第１の側２２から延在し、中心軸２４周りに、等間隔で離間された周方向の配列として配置され、ベーンの他の４枚２０Ｂが、ミキサ１６の反対側２６から延在し、等間隔で離間された周方向の配列の形でベーン２０Ａの反対側に配置される。図４で最もよくわかるように、好ましくは、ベーン２０のそれぞれが、ミキサ１６から、他のベーン２０の混合角α及び曲率と一致する混合角α及び曲率で延在し、ベーン２０Ａの混合角αは、ベーン２０Ｂの混合角αの反対方向である。また、ベーン２０のそれぞれが、他のベーン２０と同じサイズ及び形状のものであることが好ましい。

再び図４を参照すると、図の実施例では、ベーン２０Ａの２枚及びそこから反対に配置された２枚のベーン２０Ｂが、中央の背３０から延在し、ベーン２０Ａの他の２枚及びそこから反対に配置されたベーン２０Ｂの他の２枚が、中央の背３２から延在する。好ましくは、背３０、３２のそれぞれは、平坦であり、軸２４に対して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で最もよくわかるように、ミキサ１６は、好ましくは１対の連結したブレード構造３４、３６から構築され（図５には１つだけ示されている）、ブレード構造のそれぞれは、背３０から延在するベーン２０Ａ、２０Ｂ、又は背３２から延在するベーン２０Ａ、２０Ｂを含む。これに関して、背３０、３２のそれぞれは、他のブレード３４、３６の背３０、３２を受け入れるサイズのスロット又は切欠き３８を含む。ここまで述べた好ましい実施例の場合、ブレード３４、３６は、互いに同一であり、１個の部品として画定することができることがわかる。これに関して、ブレード３４、３６は任意の好適な手段によって製造することができるが、ブレード３４、３６は、各応用例の温度、応力、ガス、及び他のパラメータに適した、型押しされた板金から作製されることが好ましい。１個の部品を有すること、及びその部品を型押し品として製造することができることの利点は、当業者には明らかになろう。

図３を参照すると、ミキサ１６は、その半径方向最外郭表面４０が、ミキサ１６が取り付けられる排気ハウジング又は排気管４２の内面４１と係合するサイズにされることが好ましいことがわかる。図４及び図５で最もよくわかるように、表面４０は、各背３０、３２の両端４４、４６によって画定される。好ましくは、表面４０は、ろう付け又は溶接などによって内面４１に接着される。ミキサ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側部２２、２６がどの方向に面しているかに応じて、ベーン２０Ａ又はベーン２０Ｂのどちらかが、排気ガス流の方向に対してミキサ１６の上流側になり、ベーン２０Ａ、２０Ｂの他方が、排気ガス流の方向に対してミキサ１６の下流側になる。

図７〜図１０に示されているミキサ１６の代替の実施例を参照すると、各ベーン２０の端部が、少なくとも２枚のバッフル５０、５２を画定するように分岐されていることがわかり、端部バッフル５０、５２のそれぞれが、各ベーン２０Ａ、２０Ｂについて、ミキサに対してバッフル３８、４０の他方の向きと異なる向きを有することが好ましい。具体的には、バッフル５０のそれぞれが、バッフル５２の混合角及び／又は曲率と異なる混合角及び／又は曲率を有する。図２〜図６の実施例の場合と同様に、各ベーン２０の混合角α及び曲率は、他のベーン２０の混合角α及び曲率と一致すること、またベーン２０がすべて同じサイズ及び形状を有することが好ましい。

別の特徴として、図７〜図１０の実施例の半径方向最外郭表面４０は、各背３０、３２の端部４４、４６から延在する、周方向に延在する取付けフランジ５４によって画定されることがわかる。好ましくは、フランジ５４は、ろう付け又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。別の特徴として、背３０、３２のそれぞれは、図９及び図１０で最もよくわかるように、円形の開口５８（図の実施例では１６個）の配列５６で穿孔され、これらの開口は、添加剤と排気ガスの混合を促進させることが意図されている。

図１１〜図１６に示されているミキサ１６の代替の実施例を参照すると、この実施例は、各ベーン２０の端部が分岐されていない点で図２〜図６の実施例と同様であり、各背３０、３２の端部４４、４６から延在する取付けフランジ５４を含む点で図７〜図１０に示されているミキサ１６の実施例と同様であることがわかる。図１１〜図１６の実施例は、ベーン２０のそれぞれにおける３つのエンボスリブ６０と、背３０、３２のそれぞれにおけるエンボスリブ６２と、ろう付け又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に接着するためにベーン２０のそれぞれに設けられた取付けフランジ６４という追加の特徴を加える。図の実施例では、エンボスリブ６０は直線であり、軸２４に対して平行な平面内に延在し、エンボスリブ６２は直線であり、軸２４に対して直角方向で延在する。さらに、図の実施例では、リブ６０、６２が互いに相互接続される。取付けフランジ６４のそれぞれは、排気ハウジング又は排気管４２の内面４１と接触するように、各ベーン２０の外周縁のほぼ中央部分から延在する。リブ６０、６２は、ミキサ１６の構造的な完全性とミキサ１６の混合性能を共に向上させ、取付けフランジ６４は、排気ハウジング又は排気管４２内に取り付けられたとき、ミキサ１６の構造的な完全性をさらに向上させると考えられる。

リブ６０、６２の好ましい実施例が示されているが、他の実施例が可能であることを理解されたい。たとえば、いくつかの応用例では、リブ６０が、ミキサ１６の中心軸２４に対して平行な平面内に延在せず、且つ／又は互いに平行に延在しないことが望ましい可能性がある。これに関して、いくつかの応用例では、リブ６０は、ベーン２０の上を通る流体流に渦を加えることによって混合を促進させる可能性がある角度で延在することが有利となり得る。他の実例として、いくつかの応用例では、リブ６０は、各ベーン２０の前縁及び後縁６６のどちらか、又は両方へと延在することが望ましい可能性がある。他の実例として、いくつかの応用例では、ベーン２０のそれぞれに３つより多いリブ６０を設け、又はベーン２０のそれぞれ、若しくはベーン２０のいくつかに３つより少ないリブ６０を設けることが望ましい可能性がある。別の実例として、いくつかの応用例では、リブ６２が背３０、３２上に含まれないことが望ましい可能性がある。もう１つの実例として、いくつかの応用例では、リブ６２がリブ６０と相互接続されないことが望ましい可能性がある。

同様に、取付けフランジ５４、６４について好ましい形態が示されているが、いくつかの応用例では、他の形状及び／又は構成をフランジ５４、６４に使用することが望ましい可能性があることを理解されたい。たとえば、フランジ６４は、各ベーン２０の中央部分から延在して示されているが、いくつかの応用例では、フランジ６４は、ベーン２０の前縁及び後縁６６に近接する場所から延在すること、又はフランジ６４は、背３０、３２に非常に隣接してベーン２０から延在することが望ましい可能性がある。

また、リブ６０、リブ６２、又は取付けフランジ６４は、上記で論じた修正のいずれかと共に、図１〜図１０に示されている実施例のいずれかと混在させることができることを理解されたい。

図の実施例のすべてについて、ベーン２０Ａ、２０Ｂがガス／添加剤の複合流に渦を生じさせ、従来のミキサに比べて、系１０から、混合の促進及び優れた還元効率をもたらすことが、試験により示されている。

ミキサ１６の好ましい実施例が本明細書に示されているが、各応用例の特定の種類に応じて望ましいのものとなり得る多数の可能な修正形態があることを理解されたい。たとえば、図３〜図１６に示されているミキサ実施例のそれぞれにおいて、ベーン２０Ａ、２０Ｂは、すべて同じサイズ及び形状のものであるが、いくつかの応用例では、ベーン２０の選択されたもの又はすべてが、ミキサ１６内の他のベーン２０に対して異なるサイズ及び形状のものであることが望ましい可能性がある。同様に、図７〜図１０の実施例における各ベーン上のバッフル５０、５２は、互いに異なるサイズ及び形状のものであるが、いくつかの応用例では、バッフル５０、５２が同じサイズ及び形状のものであることが望ましい可能性がある。さらに、図の実施例では、混合角α及び曲率がベーン２０のすべてについて一致しているが、いくつかの応用例では、混合角α及び／又は曲率が、ベーン２０の１つ又は複数について、他のベーン２０の混合角α及び／又は曲率に比べて異なることが望ましい可能性がある。別の実例として、図２〜図６及び図１１〜図１６の実施例の背３０、３２が穿孔されていないものとして示されているが、いくつかの応用例では、背３０、３２が開口５８を含むことが望ましい可能性がある。これに関して、開口５８は、円形として示されており、特定の配列で配置されているが、各応用例の特定のパラメータに応じて、他の形状、サイズ、数、及び配列が望ましい可能性がある。他の実例として、各ベーン２０は、図７〜図１０において２枚のバッフル５０、５２を有して示されているが、いくつかの応用例では、ベーン２０のそれぞれが３枚以上のバッフルを含むことが望ましい可能性がある。さらに、バッフル５０は、バッフル５２と異なる混合角及び曲率を有するものとして示されているが、バッフル５０とバッフル５２の混合角及び／又は曲率が一致していることが望ましい可能性がある。

Claims (32)

1. エンジン排気系内において添加剤注入器から下流で使用するための排気ミキサであって、
   １対の連結したブレード構造を備え、前記ブレード構造のそれぞれが、前記ブレード構造の第１の側から延在する第１のベーン対と、前記ブレード構造の反対側から延在する第２のベーン対とを含み、前記ベーンの少なくとも１枚が、前記エンジン排気系の支持構造物と係合するための、前記ベーンから延在する取付けフランジを含む、排気ミキサ。
2. 各ベーン対の前記ベーンのそれぞれが、対応するブレード構造から、前記対の他方のベーンの混合角と一致する混合角で延在する、請求項１に記載の排気ミキサ。
3. それぞれのベーン対の混合角が、逆方向である、請求項２に記載の排気ミキサ。
4. 前記ブレード構造のそれぞれが、他方のブレード構造と連結する一体部品である、請求項１に記載の排気ミキサ。
5. 前記ブレード構造が互いに同一であり、逆向きで連結する、請求項４に記載の排気ミキサ。
6. 前記ブレード構造のそれぞれが背をさらに備え、前記第１のベーン対及び前記第２のベーン対のそれぞれが前記背から延在する、請求項１に記載の排気ミキサ。
7. 前記背のそれぞれが、ミキサの中心軸に対して平行な平面内にある、請求項６に記載の排気ミキサ。
8. 前記背のそれぞれが、他方のブレードの前記背を受け入れるサイズの切欠きを含む、請求項６に記載の排気ミキサ。
9. 前記背の少なくとも１つが、前記背に沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む、請求項６に記載の排気ミキサ。
10. 各前記背の両端から取付けフランジが延在する、請求項６に記載の排気ミキサ。
11. 前記ブレードが互いに垂直に配置される、請求項１に記載の排気ミキサ。
12. 前記ベーンが、すべて同じサイズ及び形状のものである、請求項１に記載の排気ミキサ。
13. 少なくとも１枚の前記ベーンが、前記ベーンに沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む、請求項１に記載の排気ミキサ。
14. エンジン排気系内において添加剤注入器から下流で使用するための排気ミキサであって、
    １対の連結したブレード構造を備え、前記ブレード構造のそれぞれが、前記ブレード構造の第１の側から延在する第１のベーン対と、前記ブレード構造の反対側から延在する第２のベーン対とを含み、前記ベーンの少なくとも１枚が、前記ベーンに沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む、排気ミキサ。
15. 各ベーン対の前記ベーンのそれぞれが、対応するブレード構造から、前記対の他方のベーンの混合角と一致する混合角で延在する、請求項１４に記載の排気ミキサ。
16. 各ベーン対の混合角が、逆方向である、請求項１５に記載の排気ミキサ。
17. 前記ブレード構造のそれぞれが、他方のブレード構造と連結する一体部品である、請求項１４に記載の排気ミキサ。
18. 前記ブレード構造が互いに同一であり、反対向きで連結する、請求項１７に記載の排気ミキサ。
19. 前記ブレード構造のそれぞれが背をさらに備え、前記第１のベーン対及び前記第２のベーン対が前記背から延在する、請求項１４に記載の排気ミキサ。
20. 前記背のそれぞれが、ミキサの中心軸に対して平行な平面内にある、請求項１９に記載の排気ミキサ。
21. 前記背のそれぞれが、他方のブレードの前記背を受け入れるサイズの切欠きを含む、請求項１９に記載の排気ミキサ。
22. 前記背の少なくとも１つが、前記背に沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む、請求項１９に記載の排気ミキサ。
23. 各前記背の両端から取付けフランジが延在する、請求項１９に記載の排気ミキサ。
24. 前記ブレードが互いに垂直に配置される、請求項１４に記載の排気ミキサ。
25. 前記ベーンが、すべて同じサイズ及び形状のものである、請求項１４に記載の排気ミキサ。
26. 少なくとも１枚の前記ベーンが、前記エンジン排気系の支持構造物と係合するための、前記ベーンから延在する取付けフランジを含む、請求項１４に記載の排気ミキサ。
27. エンジン排気系内において添加剤注入器から下流で使用するための排気ミキサであって、
    ８枚のベーンを備え、前記ベーンの４枚が、ミキサの第１の側から延在し、中心軸周りに、等間隔で離間された周方向の配列として配置され、前記ベーンの他の４枚が、ミキサの反対側から延在し、他の４枚のベーンから反対に、等間隔で離間された周方向の配列として配置され、前記ベーンの少なくとも１枚が、前記エンジン排気系の支持構造物と係合するための、前記ベーンから延在する取付けフランジを含み、前記ベーンの少なくとも１枚が、前記ベーンに沿って延在する少なくとも１つのエンボスリブを含む、排気ミキサ。
28. 前記ベーンのそれぞれが、ミキサから、他のベーンの混合角と一致する混合角で延在する、請求項２７に記載の排気ミキサ。
29. 前記第１の側の前記ベーンの混合角が、ミキサの反対側の前記ベーンの混合角と逆方向である、請求項２８に記載の排気ミキサ。
30. 前記第１の側の前記ベーンの２枚、及び前記第２の側の前記ベーンの２枚が、背から延在する、請求項２７に記載の排気ミキサ。
31. 前記背が、ミキサの中心軸に対して平行な平面内にある、請求項３０に記載の排気ミキサ。
32. 前記背の両端から取付けフランジが延在する、請求項３０に記載の排気ミキサ。

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