JP2015121219A - Ｓｃｒ装置用の軸対称投与モジュールにおける浄化液体の気化を改良するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＲ装置の軸対称投与モジュールにおける浄化液体の気化を改良する。
【解決手段】投与モジュールＤＭが、燃焼機関によって生成された排ガス流に、尿素ベースの還元剤を投与でき、上記投与モジュールＤＭが、展開軸Ｘに沿って対称的に展開するハウジング２０と、上記展開軸Ｘに沿って配置された、上記尿素ベースの還元剤を投与するための投与手段５５と、上記投与手段５５に対して環状に配置された、上記投与ハウジング２０内に上記排ガス流を送るための入口開口９とを備える、装置であって、上記入口開口９内部に配置された、少なくとも２つの分離した環状ガス流経路Ｆ１、Ｆ２を規定するための分割壁１を備え、一方の環状ガス流経路Ｆ１が他方の環状ガス流経路Ｆ２に対して環状かつ同軸であり、上記経路のうちの他方Ｆ２が、そのガス流に一方に対して異なる軸方向速度を誘導するような形をしている、装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＳＣＲ装置の軸対称投与モジュールにおける浄化液の気化を改良するための装置に関する。

排気の還元に、後処理システムが一般に使用される。ＮＯｘの還元は主に、選択接触還元（ＳＣＲ）システムによって実現される。ＮＯｘの還元に必要なアンモニア（ＮＨ３）は通常、一般にＡｄＢｌｕｅまたはＤＥＦ（３２．５％の尿素を含んだ水）という、溶解した尿素を含んだ液体として噴射される。

軸対称気化装置の例が特許文献１に示されている。

液体（水）の気化と尿素の分解（加熱分解と加水分解）は、一定のエネルギーを必要とする。このエネルギーは通常、高温の排ガスと交換することによって送り届けられる。ただし、排ガス温度が低いと、利用可能なエネルギーが、十分ではあるが少なくなるだけでなく、熱交換を可能にする、排ガスと噴射される液体との利用可能な温度差がかなり小さくなる。

別の要因、すなわち平均ガス速度が低い場合の伝熱効率の低下も、気化の過程を損なう。

全体的な結果として、気化の低減と、壁面液体膜の付随的な効果と、固体堆積物のリスクとが生じる。これは、ＳＣＲシステムへのＮＨ３の不適切な投与および／または増大した背圧に起因する、容認できない挙動である。

欧州特許第２３３９１３７号

したがって、本発明の主要な目的は、上記の問題／欠点を克服する、ＳＣＲ装置の軸対称投与システムにおける浄化液体の気化を改良するための装置を提供することである。

本発明の主原理とは、環状のガス流を、尿素ベースの薬剤が噴霧されるハウジングの方に向けられた２つの異なるガス流に分割し、その分割を、内側ガス流と外側ガス流を規定することによって、一方がもう一方に対して環状かつ同軸になるように行うというものである。さらに、内側ガス流は、混合効果を改善するために、もう一方に対して加速される。

本発明の好ましい実施形態によると、外側ガス流は展開軸に沿った渦であり、もう一方は展開軸に従って流れる。

有利なことに、内側の主に軸方向のガス流が、尿素ベース溶液の噴霧の噴射点近傍の堆積を防止する。

有利なことに、外側の環状渦が、遠心力により、噴霧を径方向外向きに偏向させ、その結果、噴霧の分散の領域が広がる。これにより、噴霧の質量流量が低減し、噴霧が入射する壁表面上における付随的な冷却効果が低減する。

パイプの外側壁上で、ガス速度が増し、外側環状渦によって対流伝熱が作り出されることからも、パイプ壁に対する噴霧の冷却効果が低減する。

他の利点は、軸方向ガス流と渦ガス流の間の界面における剪断領域を通過する液滴の気化が増大することである。

好ましくは、内側ガス流は、投与手段に接している第１の部分と上記展開軸に対して平行な方向を向いて滑らかに合流する第２の部分とを有する経路を辿り、外側ガス流は、展開軸を覆う渦になっている。

本発明によると、上記２つのガス流は分割壁によって実現される。分割壁は、共に開放された主基部と副基部を備える釣鐘体を実質的に画成することによって、ガス流の環状入口開口の内部に配置される。

分割壁は、外側ガス流に渦を誘導するためのねじり壁を備える。

したがって、内側ガス流は噴霧ノズルに接しており、外側流は、混合効果を改善するために、異なる軸方向速度で、ノズルから離れたハウジング内に導入される。

本発明は同一出願人の特許文献１に開示されている発明の改良であるが、その特許文献１の内容を参照によりここに援用する。

本発明のおかげで、平均ガス速度が低いときのより良好な還元剤の気化を実現するために、ガス流の一部分だけが加速され、一方平均ガス速度が高いときは、排ガス流全体が渦巻くわけではないので、渦手段によって誘導される背圧が制限される。

添付の特許請求の範囲は、本明細書の説明の不可分の一部を成す。

本発明は、単なる例示であり非限定的な例として示される、添付の図面の図を参照して読むべき以下の詳細な説明から、完全に明らかになる。

従来技術の特許文献１に開示されている、ＳＣＲ装置のための軸対称投与システムの縦断面概略図である。 図１の投与システムに適用される、本発明の概略図である。 図２に開示される投与システムの部分斜視図である。 図３の部分断面図である。

各図における同一の参照番号／文字は、同一または機能的に等価な部品を示す。

本明細書の説明を明確にし、理解し易くするために、従来技術と本発明の間で共通の部品／構成部品には、想起した従来技術の図１と同一の参照記号を使用する。一方、差分の構成部品は、新規／異なる参照記号で呼ぶ。

本発明による改良型の投与モジュールＤＭについて述べる。この投与モジュールＤＭは軸Ｘ（長手方向の軸Ｘともいう）に沿って対称的に展開するハウジング２０を備える。この点において、かかる投与モジュールは、燃焼機関の後処理システムのＳＣＲの上流への組み込みまたは追加に適している。

上記投与モジュールは、尿素ベースの還元剤が噴霧として噴射されるハウジング２０を備える。

上記投与モジュールは、触媒の上流におけるエキゾーストパイプの一部分であっても、触媒自体の一部分であってもよい。ハウジングは好ましくは、円形断面を有しうる。本発明の目的のために、「断面」または「横断面」という表現は、展開軸Ｘに対して垂直な断面を意味する。

投与モジュールＤＭは、エンジンからの排ガス流をハウジング２０内に送るための、環状の入口開口９を備える（図１参照）。

投与モジュールＤＭはまた、投与モジュールＤＭに対して同軸に配設された、投与モジュールＤＭと同軸の噴霧円錐を発生させることによってハウジング２０内部の排ガス流に尿素ベースの還元剤を投与するための投与手段５５を備える。この噴霧円錐の開度は、展開軸Ｘに対して引いた角度βによって示される。

したがって、ノズル５５は、ハウジング２０の軸Ｘ上の一点に配置される。あるいは、複数のノズルが、展開軸Ｘと同軸の環状の円周に沿って、配置される。

本発明の好ましい実施形態によると、入口開口９は環状であり、好ましくは配向軸Ｙを定義するように、ハウジングの長手方向の軸Ｘに対して傾斜している（図１参照）。

配向軸Ｙは、展開軸Ｘに対して角度αをなしている。

本発明の好ましい実施形態によると、上記角度αは９０°より小さい。

したがって、排ガス流および尿素ベースの噴霧は、展開軸Ｘの範囲内に入射している。

本発明によると、排ガス流９は、２つの分離した入口開口１３Ａおよび１２Ａと２つの分離した出口開口１３Ｂおよび１２Ｂを介して、互いに同軸で、共に投与手段に対して環状の、少なくとも２つの部分Ｆ１およびＦ２に分割される。

この分割は分割壁１によって実現される。分割壁１は、共に開放された主基部と副基部を備える釣鐘体を実質的に画成することによって、元の入口９の内部に配置される。

上記経路とその経路の各ガス流は便宜上、同一の記号Ｆ１、Ｆ２で示されている。

両ガス流は、還元剤が噴霧されるハウジング２０に流れ込む。

上記釣鐘体は、尿素ベースの還元剤噴射方向に従って、すなわち図２によると左から右へ細くなっている。

分割壁１はまた、展開軸Ｘに対する軸対称性も有する。

内側ガス流Ｆ２はハウジング２０の方に送られ、ハウジング２０は、その内側ガス流Ｆ２の経路の第１の部分で、噴霧手段５５に接している。内側ガス流Ｆ２が辿る経路は、混合効果を改善するために、ガス流それ自体を軸方向に従って加速するような形をしている。好ましくは、経路Ｆ２の第２の部分は、装置それ自体によって規定される軸方向Ｘと滑らかに合流する。

外側ガス流Ｆ１は、噴霧手段５５から離れたゾーンにおいて、ガス流Ｆ２に対してそれより遅い速度で、同じハウジング２０の方に送られる。

好ましくは、両ガス流が分割壁から放出された後、相互に接触するように、ハウジング２０の内部には壁または他の要素は存在しない。

したがって、２つのガス流経路は、異なる軸方向速度を実現するような形をしている。

この形の点において、Ｆ２経路の入口区画１３Ａは、出口区画１３Ｂよりも大きくしうる。Ｆ１経路については逆である。つまり各経路区画は、各ガス流の軸方向速度に差異を設けるように変更されうる。

上記装置の好ましい実施形態によると、軸方向出口区画１３Ｂは円筒表面を画成する口１４によって実現され、この円筒表面は内側軸方向ガス流Ｆ２に伴って延びる。

本発明の好ましい実施形態によると、外側ガス流は、その軸方向速度をさらに下げるために、展開軸Ｘの周りの渦となっている。

したがって、ハウジング２０の内部では、内側ガス流はほぼ軸方向になっており、外側ガス流は、それと相互に接触して、すなわち間に分離要素を一切挟まずに、内側ガス流を覆って螺旋状に渦巻いている。

したがって、分割壁１は、図２および３に示されているように、排ガス流の外側ガス流Ｆ１に渦を誘導するためのねじり壁１１を備える。

当然のことながら、上記各経路は、渦を一切伴わずにガス流の軸方向速度を変化させるような形をしていても、あるいは、内側ガス流上に渦を誘導する、または同一もしくは異なる渦を伴う異なる同軸層を誘導するような形をしていてもよい。

２つのみの流れに分割した排ガス流を示したが、当然のことながら排ガス流は、渦の誘導の有無を問わず、２つを超える流れに分割されうる。

本発明の好ましい実施形態を開示する本明細書および添付の図面を考慮すると、本発明の数多くの変更、修正、変形と他の用途および適用が当業者には明らかになるであろう。本発明の趣旨および範囲から逸脱しない全てのかかる変更、修正、変形と他の用途および適用が、本発明に含まれるとみなされる。

当業者なら上記の説明の教示をきっかけに本発明を実行できるので、他の実装の詳細については説明しない。

１ 分割壁
９ 入口開口
１１ ねじり壁
１２Ａ 入口開口
１３Ａ 入口開口
１２Ｂ 出口開口
１３Ｂ 出口開口
１４ 口
２０ ハウジング
５５ 投与手段、ノズル、噴霧手段

Claims (12)

1. ＳＣＲ装置の軸対称投与モジュールにおける浄化液体の気化を改良するための装置において、前記投与モジュール（ＤＭ）が、燃焼機関によって生成された排ガス流に、尿素ベースの還元剤を投与でき、前記投与モジュール（ＤＭ）が、
   展開軸（Ｘ）に沿って対称的に展開するハウジング（２０）と、
   前記展開軸（Ｘ）に沿って配置された、前記ハウジング（２０）内に前記尿素ベースの還元剤を投与するための投与手段（５５）と、
   前記投与手段（５５）に対して環状に配置された、前記投与ハウジング（２０）内に前記排ガス流を送るための入口開口（９）とを備える、装置であって、
   前記入口開口（９）内部に配置された、少なくとも２つの分離したガス流経路（Ｆ１、Ｆ２）を規定するための分割壁（１）を備え、一方（Ｆ１）がもう一方（Ｆ２）に対して環状かつ同軸であり、両方とも前記投与手段（５５）に対して環状であり、両方とも前記ハウジング（２０）へと流出し、前記経路（Ｆ１、Ｆ２）のうちの一方（Ｆ２）が、そのガス流にもう一方に対して異なる軸方向速度を誘導するような形をしていることを特徴とする、装置。
2. 前記ガス流経路の一方が内側経路（Ｆ２）を規定し、前記内側経路（Ｆ２）が、前記投与手段（５５）に接している第１の部分と、前記展開軸（Ｘ）に対して平行な方向を向いて合流する第２の部分を有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記内側経路（Ｆ２）が、もう一方の経路に対する最高速度を誘導する、請求項２に記載の装置。
4. 少なくとももう一つのガス流経路（Ｆ１）が、減速した軸方向速度を、前記ガス流（Ｆ１）と（Ｆ２）の速度差を増大させることによって発達させるために、前記展開軸（Ｘ）を覆う渦になっている、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
5. 前記分割壁（１）が、共に開放された主基部と副基部を備える釣鐘体を実質的に画成する、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 前記釣鐘体が、尿素ベースの還元剤噴射方向に従って細くなっている、請求項５に記載の装置。
7. 前記分割壁（１）の少なくとも１つの面が、前記もう一方のガス流経路（Ｆ１またはＦ２）に渦を誘導するためのねじり壁（１１）を備える、請求項４〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記分割壁（１）の少なくとも１つの面が、前記流経路（Ｆ１、Ｆ２）のための入口（１２Ａ、１３Ａ）および出口（１２Ｂ、１３Ｂ）を画成し、これに対応する経路区画が、前記ガス流（Ｆ１、Ｆ２）の軸方向速度に差異を設けるように変更されうる、請求項４〜６のいずれかに記載の装置。
9. 前記投与手段が、前記展開軸（Ｘ）上にある１つのノズル（５５）、または前記展開軸と同軸の円周に沿って配置された複数のノズルを備える、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 前記投与手段が、前記展開軸（Ｘ）に対して５〜４０度の間に含まれる半円錐の開口角度（β）を有する、尿素ベース還元剤の噴霧を生成するように設計される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. ＳＣＲ装置用の軸対称投与モジュールと、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の浄化液体の気化を改善するための装置を備える、車両の燃焼機関の排ガスシステム。
12. 請求項１１に記載の排ガスシステムを備える車両。
    

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