JP2014163232A - 分散板及び分散装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力損失の増大を抑制しつつ還元剤の分散性を向上させることのできる分散板及び分散装置を提供する。
【解決手段】ＳＣＲ触媒に供給される尿素水を分散するための分散板２１は、筒体２２の周方向に沿って設けられるとともにその先端２３ａが筒体２２の外周からその中央へと延設される複数の羽根２３を備えている。筒体２２の中央には、複数の羽根２３の先端２３ａによって囲まれた通過口２５が形成されている。分散板２１には、筒体２２の軸方向Ｓにおいて、複数の羽根２３に対し間隔Ｌを隔てて設けられるとともに通過口２５を覆う遮蔽板２６，２７，２８が設けられている。
【選択図】図４

Description

この発明は、排気通路に噴射された還元剤を分散するための分散板及び同分散板を備える分散装置に関する。
特許文献１には、排気通路に噴射される触媒の還元剤を排気通路に設けられた分散板により分散させる装置が記載されている。この装置の分散板は、筒体の周方向に沿って設けられ、その先端が筒体の外周からその中央へと延設される複数の羽根を備えている。また、この分散板には、筒体の中央に複数の羽根の先端によって囲まれた通過口が形成されている。
特開２００８−２７４９４１号公報
ところで、こうした分散板では噴射された還元剤が羽根に接触することなく通過口を通過して下流に流れることがある。このように還元剤が流れると、その還元剤が分散板によって分散されることなく触媒に直接接触してしまうこととなる。これを避けるために、複数の羽根を更に延設して通過口を塞ぐようにした場合には、分散板における圧力損失の増大を招くこととなる。
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は圧力損失の増大を抑制しつつ還元剤の分散性を向上させることのできる分散板及び分散装置を提供することにある。
上記課題を解決するための分散板は、筒体の周方向に沿って設けられるとともにその先端が筒体の外周からその中央へと延設される複数の羽根を備え、筒体の中央には複数の羽根の先端によって囲まれた通過口が形成される。そして、こうした分散板は、筒体の軸方向において複数の羽根に対し間隔を隔てて設けられるとともに通過口を覆う遮蔽板を備える。
上記構成によれば、遮蔽板によって通過口を覆うことにより、通過口を通過しようとする還元剤を遮蔽板に衝突させることができ、還元剤の分散性を高めることができるようになる。更に、複数の羽根に対し筒体の軸方向に間隔を隔てて設けられた遮蔽板によって通過口を覆うようにしている。このため、排気は遮蔽板と複数の羽根との間の空間を流れることができるため、通過口が形成されないように複数の羽根を筒体の中央まで延設するようにした構成とは異なり、圧力損失の増大を抑制することができる。
この分散板において、遮蔽板を複数設けるようにしてもよい。また、遮蔽板を複数設ける場合には、それらの先端が筒体の軸方向において互いに異なる位置に延びるように遮蔽板を配設することが望ましい。
複数の遮蔽板によって通過口を覆うようにしたため、一つ一つの遮蔽板の熱容量を小さくすることが可能になり、それら遮蔽板を排気の熱により好適に温度上昇させることができる。したがって、遮蔽板に衝突した還元剤が遮蔽板の熱により気化することを促進することができる。また、これら遮蔽板の先端が筒体の軸方向において互いに異なる位置にあるため、複数の遮蔽板を設けることに伴う圧力損失の増大についても抑制することができる。
このような分散板を備えた還元剤の分散装置では、同分散板が排気通路において還元剤を噴射する添加弁の下流に設けられる。この場合、遮蔽板が複数の羽根よりも排気通路の上流側に位置するように分散板を配設するのが望ましい。こうした構成によれば、通過口を通過しようとする還元剤を遮蔽板に衝突させた後、同還元剤を複数の羽根によって分散させることができる。このため、還元剤の分散性を高めることができるようになる。更に、複数の羽根に対しオフセットした遮蔽板によって通過口を覆うようにしているため、圧力損失の増大を抑制することができる。
また、分散装置では、添加弁の噴孔から噴射される噴霧が直接衝突する位置に延びるように遮蔽板が設けられることが望ましい。更には、添加弁が複数の噴孔を有する場合には、遮蔽板が噴孔と同じ数だけ設けられるとともに噴孔から噴射される噴霧が直接衝突する位置にそれぞれ延びるように設けられることが望ましい。
上記構成によれば、添加弁から噴射された還元剤の噴霧を遮蔽板に衝突させることにより、同還元剤の気化と分散を促進させることができる。
遮蔽板としては、排気通路の下流に向けて傾斜する斜面を有するものを採用することが望ましい。
上記構成によれば、遮蔽板に衝突した還元剤がその斜面に沿って遮蔽板の下流に流れやすくなる。したがって、遮蔽板に付着した還元剤の液滴が成長する前に同還元剤を下流に流すことができるようになる。その結果、成長した還元剤の液滴が触媒に添加されることに起因する同触媒の急激な温度低下、及びそれに伴う触媒の機能低下を抑制することができる。
分散装置及びその周辺構造を示す模式図。 排気通路及び分散板を示す断面図。 排気通路及び分散板を示す部分断面図。 分散板の斜視図。 遮蔽板の変形例。
以下、分散板及び分散装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、排気通路１０には、内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する窒素酸化物浄化触媒として、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒１３が設けられている。排気通路１０におけるＳＣＲ触媒１３の排気流れ上流（以下では単に上流と称する）には、還元剤としての尿素水溶液（いわゆる尿素水）が添加弁１２から噴射して添加される。こうして添加された尿素水が、排気中で加水分解することによりアンモニアが発生する。そして、排気通路１０における添加弁１２の排気流れ下流（以下では単に下流と称する）に位置するＳＣＲ触媒１３にアンモニアの還元作用が生じることにより、排気に含まれるＮＯｘが窒素と水に還元される。添加弁１２には、尿素水を貯留するタンク１１から尿素水が供給される。排気通路１０において、ＳＣＲ触媒１３と添加弁１２との間には、同添加弁１２から噴射された尿素水を分散板２１によって排気中に分散する分散装置２０が設けられている。
図２〜図４に示すように、この分散装置２０の分散板２１は、排気通路１０の排気流れ方向に延びる筒体２２と、筒体２２の周方向に沿って設けられるとともにその先端２３ａが筒体２２の外周からその中央に延設される複数の羽根２３とを備えている。複数の羽根２３は、筒体２２の軸方向（以下では、軸方向Ｓと称する）の端部２２ａから筒体２２の中央に向けて折り曲げられ、筒体２２の径方向に延びる仮想線を回転軸としてそれぞれ所定角度だけ傾斜している。
筒体２２の中央には、複数の羽根２３の先端２３ａによって囲まれることにより通過口２５が形成されている。そして、軸方向Ｓにおいてこの通過口２５を先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの部分により覆う３つの遮蔽板２６，２７，２８が設けられている。遮蔽板２６，２７，２８は矩形状をなしており、その端部２６ａ，２７ａ，２８ａが筒体２２の外周面２２ｃに固定されている。遮蔽板２６，２７，２８の端部２６ａ，２７ａ，２８ａは、複数の羽根２３が設けられる筒体２２の端部２２ａとは反対側の端部２２ｂで折り曲げられている。こうして折り曲げられた遮蔽板２６，２７，２８の先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂは、筒体２２の中央に向けて延びている。更に、遮蔽板２６，２７，２８は、その先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂが筒体２２の端部２２ａ側に折り曲げられることにより、同端部２２ａ側に向けて傾斜する斜面２６ｃ，２７ｃ，２８ｃを有している。そして、遮蔽板２６，２７，２８は、それらの先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂが軸方向Ｓにおいて互いに異なる位置に延びている。また、図４に示すように、遮蔽板２６，２７，２８は、軸方向Ｓにおいて複数の羽根２３に対し間隔Ｌを隔てて設けられている。
分散板２１は、遮蔽板２６，２７，２８が複数の羽根２３よりも排気通路１０の上流側に位置するように排気通路１０に配設されている。これにより、遮蔽板２６，２７，２８の斜面２６ｃ，２７ｃ，２８ｃは、排気通路１０の下流に向けて傾斜することとなる。筒体２２の外周面２２ｃと排気通路１０の内周面との間に介在するリテーナ３０により、分散板２１が排気通路１０に組み付けられている。
図４に示すように、添加弁１２は尿素水を噴射する３つの噴孔１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを有している。すなわち、遮蔽板２６，２７，２８は添加弁１２の噴孔１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと同じ数だけ設けられている。そして、遮蔽板２６，２７，２８は、添加弁１２の噴孔１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃから噴射される尿素水の噴霧が直接衝突する位置にそれぞれ延びている。尚、３つの遮蔽板２６，２７，２８によって通過口２５を覆うようにしたため、各遮蔽板２６，２７，２８の通過口２５を覆う先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの部分は、一つの遮蔽板によって通過口２５を覆うようにした場合と比較して小さくなっている。このため、遮蔽板２６，２７，２８の先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの部分は、その熱容量が相対的に小さく、排気の熱により温度上昇しやすい。
次に、この分散装置２０の作用について説明する。
添加弁１２の噴孔１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃから分散板２１に向けて噴射された尿素水のうち複数の羽根２３に直接衝突する尿素水は、複数の羽根２３によって流れ方向が変えられ、分散板２１の下流に分散して流れる。
一方、添加弁１２から噴射される尿素水のうち、遮蔽板２６，２７，２８に直接衝突する尿素水は、排気の熱により温度上昇した遮蔽板２６，２７，２８の熱によってその気化が促進される。遮蔽板２６，２７，２８に直接衝突した尿素水には、こうして気化するもののほか、霧状に分散するものや、液状のまま遮蔽板２６，２７，２８の表面に付着するものもある。このように遮蔽板２６，２７，２８に付着する尿素水は、同遮蔽板２６，２７，２８の斜面２６ｃ，２７ｃ，２８ｃによって遮蔽板２６，２７，２８の下流に流れやすくなっている。したがって、遮蔽板２６，２７，２８に付着した尿素水の液滴が成長する前に、同尿素水を斜面２６ｃ，２７ｃ，２８ｃを沿って下流に流すことができる。そして、このように遮蔽板２６，２７，２８の下流に流れた尿素水は複数の羽根２３によって分散される。こうして分散板２１によって分散された尿素水は、同分散板２１の下流に流されてＳＣＲ触媒１３に供給される。
上述した分散板２１及び分散装置２０によれば以下の効果を奏することができる。
（１）遮蔽板２６，２７，２８によって通過口２５を覆うことにより、通過口２５を通過しようとする尿素水を遮蔽板２６，２７，２８に衝突させることができ、尿素水の分散性を高めることができるようになる。更に、通過口２５が形成されないように複数の羽根２３を筒体２２の中央まで延設するようにした構成とは異なり、複数の羽根２３に対し間隔Ｌを隔てて設けられた遮蔽板２６，２７，２８によって通過口２５を覆うようにしているため、排気が遮蔽板２６，２７，２８と複数の羽根２３との間の空間を流れることができ、圧力損失の増大を抑制することができる。
（２）遮蔽板２６，２７，２８の数を複数にしたため、遮蔽板２６，２７，２８の一つ一つの熱容量を小さくすることが可能となり、それら遮蔽板２６，２７，２８を排気の熱により好適に温度上昇させることができる。したがって、遮蔽板２６，２７，２８の熱によって、遮蔽板２６，２７，２８に衝突した尿素水の気化を促進することができる。また、これら遮蔽板２６，２７，２８の先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂが軸方向Ｓにおいて互いに異なる位置にあるため、複数の遮蔽板２６，２７，２８を設けることに伴う圧力損失についても抑制することができる。
（３）分散板２１は、遮蔽板２６，２７，２８が複数の羽根２３よりも排気通路１０の上流側に位置するように排気通路１０に配設されている。これにより、通過口２５を通過しようとする尿素水を遮蔽板２６，２７，２８に衝突させた後、同尿素水を複数の羽根２３によって分散させることができる。このため、尿素水の分散性を高めることができる。
（４）遮蔽板２６，２７，２８は、添加弁１２の噴孔１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと同じ数だけ設けられるとともに、添加弁１２の噴孔１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃから噴射される尿素水の噴霧が直接衝突する位置にそれぞれ延びている。これにより、尿素水の気化と分散を促進させることができる。
（５）遮蔽板２６，２７，２８に斜面２６ｃ，２７ｃ，２８ｃが設けられているため、分散板２１の下流に多量の尿素水が液状のまま一度に流れることにより生じるＳＣＲ触媒１３の急激な温度低下、ならびにそれに起因する触媒機能の低下を抑制することができる。
尚、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・図５に示すように、遮蔽板２６，２７，２８は、斜面２６ｃ，２７ｃ，２８ｃが形成されず、その先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂが軸方向Ｓに対して直交する方向に延びる形状であってもよい。こうした形態によっても、上記実施形態で得られる効果の（１）〜（４）と同様の効果を奏することはできる。また、こうした構成においても、上記実施形態と同様に、遮蔽板２６，２７，２８の先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの近傍を流れる排気の圧力損失が増大しないように、それら先端２６ｂ，２７ｂ，２８ｂの間隔Ｌ１，Ｌ２を設定する。
・遮蔽板２６，２７，２８の数は２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。
・１つの遮蔽板により通過口２５を覆うようにしてもよい。尚、この形態においては、遮蔽板における通過口２５と重なる部分を、軸方向Ｓにおいて通過口２５を覆うことができる程度に大きい面積に形成することが望ましい。こうした形態によっても、上記実施形態で得られる効果の（１）、（３）〜（５）と同様の効果を奏することはできる。
・上記変形例のように遮蔽板の数を３つ以外とする場合においても、遮蔽板の数を添加弁１２の噴孔と同じ数としてもよい。また、上記実施形態及び変形例において、遮蔽板の数を添加弁１２の噴孔と異なる数としてもよい。尚、遮蔽板２６，２７，２８の数と添加弁１２の噴孔の数とが異なる場合では、それぞれの噴孔から噴射される尿素水の噴霧がいずれかの遮蔽板に直接衝突するように同遮蔽板を設けるのが望ましい。また、全ての噴孔から噴射される尿素水の噴霧が一部の遮蔽板に直接衝突するように同遮蔽板を設けてもよい。
・添加弁１２の噴孔から噴射される尿素水の噴霧が、遮蔽板に直接衝突しない形態としてもよい。こうした形態によっても、遮蔽板が通過口２５を覆うことにより、同通過口２５を通過しようとする尿素水を遮蔽板に衝突させることはできる。
・分散板２１は、排気通路１０の上流側に複数の羽根２３が位置するとともに、排気通路１０の下流側に遮蔽板２６，２７，２８が位置するように排気通路１０に配設してもよい。こうした形態によっても、上記実施形態で得られる効果の（１）、（２）、（４）、及び（５）と同様の効果を奏することはできる。
・添加弁１２によって尿素水を供給するようにしたが、他の還元剤（例えば、アンモニア水や燃料等）を供給するようにしてもよい。
１０…排気通路、１２…添加弁、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…噴孔、１３…ＳＣＲ触媒、２０…分散装置、２１…分散板、２２…筒体、２３…羽根、２３ａ…（羽根の）先端、２５…通過口、２６，２７，２８…遮蔽板、２６ｂ，２７ｂ，２８ｂ…（遮蔽板の）先端、２６ｃ，２７ｃ，２８ｃ…斜面。

Claims (7)

  1. 筒体の周方向に沿って設けられるとともにその先端が前記筒体の外周からその中央へと延設される複数の羽根を備え、前記筒体の中央には前記複数の羽根の先端によって囲まれた通過口が形成される分散板であって、
    前記筒体の軸方向において前記複数の羽根に対し間隔を隔てて設けられるとともに前記通過口を覆う遮蔽板を備える
    ことを特徴とする分散板。
  2. 前記遮蔽板は、複数設けられ、それらの先端が前記筒体の軸方向において互いに異なる位置に延びる
    請求項１に記載の分散板。
  3. 請求項１又は２に記載の分散板が排気通路において還元剤を噴射する添加弁の下流に設けられる分散装置。
  4. 前記分散板は、前記遮蔽板が前記複数の羽根よりも前記排気通路の上流側に位置するように同排気通路に配設される
    請求項３に記載の分散装置。
  5. 前記遮蔽板は、前記添加弁の噴孔から噴射される噴霧が直接衝突する位置に延びる
    請求項４に記載の分散装置。
  6. 前記添加弁は複数の噴孔を有し、
    前記遮蔽板は、前記噴孔と同じ数だけ設けられるとともに前記噴孔から噴射される噴霧が直接衝突する位置にそれぞれ延びる
    請求項５に記載の分散装置。
  7. 前記遮蔽板は、前記排気通路の下流に向けて傾斜する斜面を有する
    請求項４〜６のいずれか一項に記載の分散装置。
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