JP2020023953A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification device.
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関における排気浄化装置として、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムが知られている。尿素SCRシステムは、還元剤となる尿素水を排気流路内に噴射するインジェクタと、インジェクタの下流における排気流路に設けられた還元触媒と、を備えている。
そして、従来の尿素SCRシステムにおいて、インジェクタによって尿素水が排気中に噴射されると、噴射された尿素水が熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニア(NH3)が生成される。発生したアンモニアにより、排気中の窒素酸化物(NOx)は、還元触媒において、窒素(N2)と水(H2O)に還元される。このようにして、従来の排気浄化装置は、排気中の窒素酸化物を選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。
Conventionally, a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system has been known as an exhaust gas purification device in an internal combustion engine such as a diesel engine. The urea SCR system includes an injector that injects urea water serving as a reducing agent into an exhaust passage, and a reduction catalyst provided in the exhaust passage downstream of the injector.
In a conventional urea SCR system, when urea water is injected into exhaust gas by an injector, the injected urea water undergoes a reaction of thermal decomposition and hydrolysis to produce ammonia (NH3). Nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are reduced to nitrogen (N2) and water (H2O) in the reduction catalyst by the generated ammonia. In this way, the conventional exhaust gas purification device purifies the exhaust gas by selectively reducing nitrogen oxides in the exhaust gas, thereby rendering the exhaust gas harmless.
また、従来、触媒より上流の排気流路に、還元剤を噴射する噴射装置を設けた排気浄化装置がある(例えば、特許文献1参照)。 In addition, conventionally, there is an exhaust gas purification device provided with an injection device that injects a reducing agent in an exhaust passage upstream of a catalyst (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、例えば、特許文献1に開示されているような排気浄化装置においては、排気中における還元剤の分布の偏りを抑制するために、排気流路に還元剤の流れを分岐する誘導部材が配置されており、この誘導部材が排気の流れの抵抗となるので、圧力損失が大きくなり、好ましくない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、排気中に還元剤を一様に混合できるとともに、圧力損失を抑制できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
However, for example, in an exhaust gas purification device as disclosed in
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus that can uniformly mix a reducing agent in exhaust gas and suppress pressure loss.
上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明の排気浄化装置は、内燃機関からの排気が流れる排気流路に配置された選択触媒還元装置と、前記選択触媒還元装置より上流に配置されて前記排気流路に還元剤を噴出するノズルと、を備えた排気浄化装置において、前記排気浄化装置は、前記還元剤の噴出経路を全て遮るように配置された蒸発板を備え、前記蒸発板は、前記排気流路に露出する表側面及び裏側面が平坦であり、前記表側面及び前記裏側面が前記排気流路を流れる排気の流れ方向に対して平行になるように配置される。
(2)上記(1)の構成において、前記蒸発板は、前記ノズルから離れる方向に凸となるように湾曲している。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記蒸発板は、前記ノズルとの距離が短い第1蒸発板と、前記ノズルとの距離が第1蒸発板より長い第2蒸発板と、第3蒸発板とを有する。
(4)上記(3)の構成において、前記第2蒸発板の前記排気の流れ方向における上流側の先端部は、第1蒸発板の前記排気の流れ方向における上流側の先端部より、下流側に位置している。
(5)上記(3)又は(4)の構成において、前記第1蒸発板は、噴出された前記還元剤が通過する通過孔を有する。
(6)上記(5)の構成において、前記通過孔は、前記流れ方向に沿う長孔である。
(7)上記(1)から(6)のいずれかの構成において、前記蒸発板と前記選択触媒還元装置との間に、前記排気を拡散する制御羽根を有する。
(8)上記(7)の構成において、前記制御羽根は、前記流れ方向に対して斜めに交差する平坦面を有する拡散羽根と、前記流れ方向に対して平行な平坦面を有する整流羽根と、を有する。
(9)上記(7)又は(8)の構成において、前記制御羽根は、複数の別体の羽根片から構成されており、前記流れ方向に見て、前記排気流路の中央と、隣接する前記羽根片同士の間とに、開口を有するように、前記排気流路に配置されている。
(10)上記(9)の構成において、前記羽根片は、前記流れ方向に見て、前記排気流路の中央側の先端が弧状に形成されている。
(11)上記(9)又は(10)の構成において、前記羽根片の数は、前記蒸発板の数と異なる。
In order to achieve the above object, the following configuration is grasped.
(1) An exhaust gas purification apparatus of the present invention includes a selective catalytic reduction device disposed in an exhaust flow path through which exhaust gas from an internal combustion engine flows, and a reducing agent disposed upstream of the selective catalytic reduction device and flowing through the exhaust flow path. And a nozzle that ejects the exhaust gas, wherein the exhaust gas purification device includes an evaporator plate that is disposed so as to block all the ejection paths of the reducing agent, and the evaporator plate is exposed to the exhaust passage. The front side surface and the back side surface are flat, and the front side surface and the back side surface are arranged so as to be parallel to the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust passage.
(2) In the configuration of (1), the evaporating plate is curved so as to be convex in a direction away from the nozzle.
(3) In the configuration of the above (1) or (2), the evaporating plate includes a first evaporating plate having a short distance to the nozzle, and a second evaporating plate having a distance to the nozzle longer than the first evaporating plate. , A third evaporating plate.
(4) In the configuration of (3), the upstream end of the second evaporator plate in the flow direction of the exhaust gas is downstream of the upstream end of the first evaporator plate in the flow direction of the exhaust gas. It is located in.
(5) In the configuration of (3) or (4), the first evaporating plate has a passage hole through which the ejected reducing agent passes.
(6) In the configuration of (5), the passage hole is a long hole along the flow direction.
(7) In any one of the constitutions (1) to (6), a control blade for diffusing the exhaust gas is provided between the evaporating plate and the selective catalytic reduction device.
(8) In the configuration of the above (7), the control blade includes a diffusion blade having a flat surface obliquely intersecting with the flow direction, a rectifying blade having a flat surface parallel to the flow direction, Having.
(9) In the configuration of the above (7) or (8), the control blade is constituted by a plurality of separate blade pieces, and is adjacent to the center of the exhaust passage when viewed in the flow direction. It is arranged in the exhaust passage so as to have an opening between the blade pieces.
(10) In the configuration of the above (9), the blade piece has an arc-shaped tip at the center side of the exhaust passage when viewed in the flow direction.
(11) In the configuration of the above (9) or (10), the number of the blade pieces is different from the number of the evaporating plates.
本発明によれば、排気中に還元剤を一様に混合できるとともに、圧力損失を抑制できる排気浄化装置を提供できる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide an exhaust gas purification device that can uniformly mix a reducing agent in exhaust gas and suppress pressure loss.
(実施形態)
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号が付される。なお、以下では、特に説明のない限り、排気の流れ方向を基準として内燃機関側を上流又は上流側と呼び、反対側(外気側)を下流又は下流側と呼ぶ。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments for implementing the present invention (hereinafter, embodiments) will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to the same elements throughout the description of the embodiments. In the following, unless otherwise specified, the internal combustion engine side is referred to as upstream or upstream side, and the opposite side (outside air side) is referred to as downstream or downstream side based on the flow direction of exhaust gas.
図1は実施形態に係る排気浄化装置1の概略図である。図2は、図1におけるA矢視断面図である。図3は、図1におけるB矢視断面図である。なお、図1において、酸化触媒DOC、ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFを収容し、排気流路Sを内側に形成する上流側のコンテナの図示は省略されている。なお、図1における白抜き矢印は、排気の流れ方向を示している。
FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust
実施形態に係る排気浄化装置1は、ディーゼルエンジン等の内燃機関ENGから排出される排気を浄化する装置であり、排気の流れの途中である内燃機関ENGと外気との間に設けられる。排気浄化装置1は、例えば、尿素水(尿素水溶液)を還元剤(実際に還元作用をするアンモニアNH3を生成する元となるもの)として利用して、内燃機関ENGから排出された排気中の窒素酸化物NOxを選択的に還元する選択触媒還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)タイプの浄化装置である。
The exhaust
図1に示すように、排気浄化装置1は、気密な管状のケーシング60及びコンテナKの内側に、排気流路Sを形成している。排気流路Sの断面は、圧力損失をできる限り抑制するために円形状となっている。なお、ケーシング60の上流側及び下流側は、適宜、排気流路Sを内側に形成するコンテナKに連結されている。
As shown in FIG. 1, the exhaust
詳細には、排気浄化装置1は、ケーシング60より上流側にあるコンテナ(不図示)の内側に形成された排気流路Sに、酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst)DOC(不図示)と、ディーゼル微粒子捕集フィルタ(Diesel Particulate Filter)DPF(不図示)と、を備えており、ケーシング60より下流側にあるコンテナKの内側に形成された排気流路Sに、還元触媒が担持された選択触媒還元装置(Selective Catalytic Reduction)SCRを備えている。排気浄化装置1は、適宜、下流側にあるコンテナKの内側に形成された排気流路Sにおける選択触媒還元装置SCRより下流に配置され、アンモニアNH3が通り抜けて外気中に放出されるのを防止するための酸化触媒であるアンモニアスリップ触媒ASCを備えている。
Specifically, the
酸化触媒DOCは、排気中の有害成分の一つである炭化水素HC及び一酸化炭素COを酸化浄化するものであり、セラミック製ハニカムや金属製メッシュ等に、炭化水素HC及び一酸化炭素COの酸化反応を促進させる白金又はパラジウム等の触媒成分を担持させたものである。 The oxidation catalyst DOC is for oxidizing and purifying hydrocarbon HC and carbon monoxide CO, which are one of the harmful components in the exhaust gas, and forms the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO on a ceramic honeycomb or a metal mesh. It supports a catalyst component such as platinum or palladium that promotes the oxidation reaction.
ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFは、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。 The diesel particulate filter DPF is a filter that traps particulate matter in exhaust gas.
選択触媒還元装置SCRは、例えば、コージライト等の多孔質セラミックス基材に、ゼオライト系、酸化バナジウム系、酸化タングステン系等の触媒を担持させたものである。 The selective catalytic reduction device SCR is a device in which a zeolite-based, vanadium oxide-based, tungsten oxide-based, or other catalyst is supported on a porous ceramic substrate such as cordierite.
そして、排気浄化装置1は、還元触媒が担持された選択触媒還元装置SCRより上流に配置されて、内燃機関ENGからの排気に還元剤を混合するためのミキサ100を備えている。
The exhaust
ここで、ミキサ100は、内燃機関ENGからの排気流路Sに還元剤を添加するインジェクタ10と、インジェクタ10より下流に配置された蒸発板20と、蒸発板20より下流に配置された制御羽根30と、を備えている。インジェクタ10には、供給された還元剤を噴出するノズルNが取り付けられる。
Here, the
そして、排気浄化装置1において、ノズルNから還元剤(尿素水)が排気流路Sを流れる排気中に噴出されると、噴出された還元剤(尿素水)は熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアNH3が生成される。なお、ノズルNから噴出された還元剤の噴出経路は、ノズルNの先端を頂点とする略円錐形状となる。すると、生成されたアンモニアNH3により、排気中の窒素酸化物NOxは、選択触媒還元装置SCRにおいて、窒素N2と水H2Oに還元される。還元された窒素N2と水H2Oは、外気中に放出される。
このようにして、排気浄化装置1は、排気中の窒素酸化物NOxを選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。
Then, in the exhaust
In this way, the exhaust
ここで、排気浄化装置1は、還元剤の噴出経路Dを全て遮るように配置された蒸発板20を備えている。すなわち、還元剤の噴出経路Dとなる略円錐形状部分と蒸発板20とが重なっているので、噴出された還元剤の大部分が蒸発板20に衝突するようになっている。
これにより、噴出された還元剤を確実に蒸発板20に衝突させることができるので、衝突によって還元剤(尿素水)の粒径を微細化でき、微細化された還元剤を排気中に拡散させて一様に混合でき、そして、還元剤がケーシング60の内壁に直接的に付着することを防止できる。また、蒸発板20は排気流路Sに設けられており、排気の熱によって加熱されやすく、高温を維持できるので、還元剤を加水分解及び熱分解してアンモニアNH3を生成しやすくできる。
Here, the exhaust
This allows the ejected reducing agent to reliably collide with the evaporating
また、蒸発板20は、図3に示すように、排気流路Sに露出する表側面(上面)20t及び裏側面(下面)20bが平坦であり、表側面20t及び裏側面20bが排気流路Sを流れる排気の流れ方向(排気流路Sの断面中心を結ぶ方向)SSに対して平行になるように配置される。
このように、蒸発板20は、排気の流れ方向SSに対して平行に配置されるので、抵抗が最小限となり、圧力損失を抑制できる。
次に、ミキサ100を構成する各部について順に説明する。
Further, as shown in FIG. 3, the evaporating
As described above, since the evaporating
Next, each unit constituting the
(インジェクタ10)
まず、図1から図3を用いてインジェクタ10について説明する。
図1から図3に示すように、インジェクタ10は、一端に、還元剤を噴出するノズルNが取り付けられるノズル取付部11を有している。ノズル取付部11の周縁部には、取付孔13が3箇所設けられている。また、インジェクタ10は、ノズル取付部11の略中央に、ノズルNから噴出された還元剤の経路となる導孔10aを有している。なお、通常、ノズルNは、先端が導孔10aの中心になるように配置される。そして、インジェクタ10は、導孔10aからケーシング60に設けられた開口部60aまでの空間を覆うように、ケーシング60に設けられた開口部60aの形状に合わせて形成されたケーシング接続部14を有している。
インジェクタ10は、このような構造であるので、インジェクタ10をモジュールとして、ケーシング60の外周面に直接的に接続できる。
(Injector 10)
First, the
As shown in FIGS. 1 to 3, the
Since the
(蒸発板20)
次に、図1から図4を用いて蒸発板20について詳細に説明する。
図4は、上流側上方から見た蒸発板20の斜視図である。
図3に示すように、蒸発板20は、還元剤の噴出経路Dを全て遮るように配置されている。これにより、排気流路S中に噴出された還元剤を、ケーシング60の内壁に付着することなく漏れなく、高温の蒸発板20の上方に衝突させることができ、アンモニアNH3の生成量を増加させることができる。
(Evaporation plate 20)
Next, the evaporating
FIG. 4 is a perspective view of the evaporating
As shown in FIG. 3, the evaporating
また、図2及び図3に示すように、蒸発板20は、排気流路Sに露出する表側面20t(上面)及び裏側面20b(下面)が平坦であり、表側面20t及び裏側面20bが排気流路Sを流れる排気の流れ方向SSに対して平行になるように配置される。これにより、排気の流れ方向SSから見た蒸発板20の投影面積を、板厚のみの最小限とでき、圧力損失を抑制できる。なお、蒸発板20における上流側の先端は、鋭利なエッジにしてもよい。これにより、更に、排気流路Sの圧力損失を抑制できるとともに、排気から蒸発板20への熱移動をしやすくできる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the evaporating
図3に示すように、蒸発板20は、ノズルNとの距離d1が短い第1蒸発板21と、ノズルNとの距離d2が距離d1より長い第2蒸発板22と、第3蒸発板23と、を有している。これにより、噴出された還元剤の一部をまず第1蒸発板21で遮り、第1蒸発板21で遮られなかった還元剤の一部を第2蒸発板22で遮り、第1蒸発板21でも第2蒸発板22でも遮られなかった残りの還元剤を第3蒸発板23で遮るようにできる。また、蒸発板20は、ノズルNとの距離d1が短い第1蒸発板21と、ノズルNとの距離d2が距離d1より長い第2蒸発板22と、ノズルNとの距離d3が距離d1及び距離d2より長い第3蒸発板23とを有している。なお、図3においては、第3蒸発板23は、ノズルNとの距離d3が、距離d2より長くなる位置に配置されているが、第3蒸発板23は、ノズルNとの距離d3が、距離d2より短くなる位置に配置されていてもよい。
また、第2蒸発板22の排気の流れ方向SSにおける上流側の先端部は、第1蒸発板21の排気の流れ方向SSにおける上流側の先端部より、下流側に位置している。これにより、噴出された還元剤の一部をまず第1蒸発板21で遮り、第1蒸発板21で遮られなかった還元剤の一部を第2蒸発板22で遮り、第1蒸発板21でも第2蒸発板22でも遮られなかった残りの還元剤を第3蒸発板23で遮るようにできる。よって、蒸発板20は、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23により、還元剤の噴出経路Dを均等に遮ることができる。したがって、ノズルNから噴出された還元剤から、効率良くアンモニアNH3を生成できる。
As shown in FIG. 3, the evaporating
The upstream end of the
第1蒸発板21は、ノズルNから噴出される還元剤の上層部の領域を遮り、ノズルNから噴出される還元剤の量の略1/3が衝突するように配置されている。同様に、第2蒸発板22は、ノズルNから噴出される還元剤の中層部の領域を遮り、ノズルNから噴出される還元剤の量の略1/3が衝突するように配置されている。同様に、第3蒸発板23は、ノズルNから噴出される還元剤の下層部の領域を遮り、ノズルNから噴出される還元剤の量の略1/3が衝突するように配置されている。このように、蒸発板20によって、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23に対して、ノズルNから噴出される還元剤を均等に衝突させることができる。よって、ノズルNから噴出された還元剤から、効率良くアンモニアNH3を生成できる。
The first evaporating
このように蒸発板20を3枚で構成したので、1枚や2枚である場合に比べて、還元剤が噴出される領域を、第1蒸発板21の上方、第2蒸発板22の上方及び第3蒸発板23の上方の少なくとも3つに分けられる。よって、各領域別に対応する蒸発板20を割り当てるので、1枚当たりの蒸発板20の熱容量を下げつつ、ノズルNから噴出される還元剤を遮ることができ、排気中の熱により、蒸発板20の温度を高温に維持できる。そして、蒸発板20の温度を高温に維持できるので、各領域の還元剤を微細化するのと同時に蒸発させて、加水分解及び熱分解を促進でき、アンモニアNH3の生成量を増加させることができる。したがって、排気中にアンモニアNH3を一様に混合する効率を高められる。
Since the three evaporating
第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23は、平板状の素材から形成されている。詳細には、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23は、排気の流れ方向SSに見て、両端部を折り曲げて、その両端部をケーシング60の内壁への溶接等による固定部Vとしている。また、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23は、排気の流れ方向SSを中心として湾曲するように曲げ加工して形成されている。
第1蒸発板21と第2蒸発板22とは、互いの固定部Vを凹凸嵌合させた状態で一体化させてユニット化してよい。これにより、第1蒸発板21と第2蒸発板22との配置関係を精度良く維持した状態で、第1蒸発板21及び第2蒸発板22のノズルNからの距離を精度良く維持しながらケーシング60に配置でき、高い精度を維持しつつ組立作業を効率化できる。
The
The first evaporating
また、蒸発板20を構成する第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23を、この順でノズルNから離れるように配置しているので、ノズルNから円錐状に噴出された還元剤を漏れなく確実に衝突させることができる。
In addition, since the first evaporating
第3蒸発板23における排気の流れ方向SSの寸法e3は、第1蒸発板21における排気の流れ方向SSの寸法e1及び第2蒸発板22における排気の流れ方向SSの寸法e2より長くなっている。また、平面視において(図2及び図3において上方から下方を見たとき)、第3蒸発板23の平面寸法を第1蒸発板21及び第2蒸発板22の平面寸法より大きくしてもよい。これにより、第1蒸発板21又は第2蒸発板22によって遮れない領域の噴出された還元剤を確実に遮って、第3蒸発板23の上方(第2蒸発板22と第3蒸発板23との間の空間)に誘導でき、還元剤をケーシング60の内壁(特に、内壁の下部)に付着させることなく、排気とともに下流側に流すことができる。
The dimension e3 of the
また、図2及び図4に示すように、蒸発板20は、ノズルNから離れる方向に凸となるように湾曲している。これにより、排気の流れ方向SSに見て直線状の断面とした場合の蒸発板20に比べて、噴出された還元剤が接する面積を増やすことができるので、還元剤が衝突する機会と高温に接する機会とが増え、還元剤から短時間で効率的にアンモニアNH3を生成できる。
Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the evaporating
図2に示すように、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23は、この順に、大きい幅b1、幅b2及び幅b3を有している。また、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23は、互いの上下間隔が略等しくなるように配置されている。また、第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23のそれぞれの湾曲の度合い(円弧状に湾曲している場合、円弧の曲率の大きさ)は、第1蒸発板21が最も大きく、第2蒸発板22及び第3蒸発板23の順に小さくなっている。
As shown in FIG. 2, the first evaporating
図4に示すように、第1蒸発板21は、噴出された還元剤が通過する通過孔21aを有している。なお、通過孔21aの形状、大きさ、数及びそれらの組み合わせは、第1蒸発板21に衝突する還元剤と第2蒸発板21に衝突する還元剤とのバランスに応じて、適宜設定できる。通過孔21aの部分は、排気と触れる面積が比較的大きいので、排気の熱により高温になりやすい。そして、この通過孔21aにより、ノズルNから噴出された還元剤のうち、第1蒸発板21によって遮られる領域の還元剤の一部を、第1蒸発板21の上面に触れずに第2蒸発板22に直接的に到達させることができるとともに、第1蒸発板21の上面に付着した還元剤を、通過孔21aを通じて第1蒸発板21の下面又は第2蒸発板22の上面に到達させることができる。よって、還元剤が長時間、第1蒸発板21の上面に滞らないようにでき、通過孔21aの部分の熱により、還元剤を確実に加水分解及び熱分解できる。
As shown in FIG. 4, the first evaporating
ここで、通過孔21aは、排気の流れ方向SSに沿う長孔であってよい。通過孔21aは等間隔に3本、排気の流れ方向SSに見て左右対称に配置してよい。これにより、通過孔21aを形成したことによる圧力損失の増加を抑制しつつも、第1蒸発板21の上面を伝う還元剤を排気の流れ方向SSに移動させながら、通過孔21aを通過させることができる。
なお、第1蒸発板21は、通過孔21aを、排気の流れ方向SSにおける上流側先端部に集中して有していてもよい。特に、第1蒸発板21は、通過孔21aを、還元剤の噴出経路Dと重なる位置に配置していることが好ましい。これにより、第1蒸発板21に衝突する還元剤と第2蒸発板21に衝突する還元剤とをバランスさせやすくできるとともに、通過孔21aの部分の熱により、還元剤の加水分解及び熱分解をより促進できる。
Here, the
The first evaporating
(制御羽根30)
次に、図1から図3及び図5から図7を用いて制御羽根30について詳細に説明する。
図5は、上流側上方から見た制御羽根30の斜視図である。図6は、図1におけるC矢視断面図である。図7は、図1におけるD矢視断面図である。
図1及び図3に示すように、制御羽根30は、蒸発板20と選択触媒還元装置SCRとの間の排気流路Sに配置される。制御羽根30は、上流からの排気及び還元剤を、下流にある選択触媒還元装置SCRに向けて、一様に混ぜながら拡散するものである。
(Control blade 30)
Next, the
FIG. 5 is a perspective view of the
As shown in FIGS. 1 and 3, the
制御羽根30は、ケーシング60の内壁に、溶接等の適宜の手段によって取り付けられている。制御羽根30の外形状の大きさ、すなわち、制御羽根30が取り付けられる部分におけるケーシング60の内側の排気流路Sの径は、選択触媒還元装置SCRの径より小さくなっている。
The
図5から図7に示すように、制御羽根30は、排気の流れ方向SSに対して斜めに交差する平坦面31sを有する拡散羽根31と、排気の流れ方向SSに対して平行な平坦面32sを有する整流羽根32と、を有している。なお、ここでいう平坦面とは、排気の流れの抵抗となるような起伏が表面にない面を意味している。そして、制御羽根30における流れに接する面が平坦面であるので、流れに対する抵抗を小さくでき、圧力損失を抑制できる。
As shown in FIGS. 5 to 7, the
拡散羽根31の平坦面31sは、平面であってよく、螺旋形状に沿うような曲面であってもよい。螺旋形状に沿うような曲面であることにより、排気の流れを、直線状から螺旋形状へと、滑らかに変えることができる。
The
そして、上流から流れる排気は、拡散羽根31の平坦面31sに当たると、平坦面31sに沿って向きを変えて螺旋を描くようにして下流に流れる。このように、平坦面31sは排気の流れ方向SSに対して斜めに交差するので、平坦面31sに当たった還元剤及び排気は、この平坦面31sによって向きが変えられて、螺旋状に拡散して流れるようになる。また、拡散羽根31には、排気中の還元剤が衝突するので、蒸発板20に衝突して微細化された還元剤を更に微細化させることができ、還元効率を高められる。
Then, when the exhaust gas flowing from the upstream strikes the
拡散羽根31の平坦面31sが排気の流れ方向SSと交差する角度は、制御羽根30より下流の排気流路Sの流路断面の大きさ(下流の排気流路Sに配置された選択触媒還元装置SCRの大きさ)及び蒸発板20より下流における排気の流れ(向き、流速又は圧力)の分布に応じて設定されている。
The angle at which the
また、本実施形態のように、拡散羽根31が複数で構成される場合において、それぞれの拡散羽根31の平坦面31sが排気の流れ方向SSと交差する角度を、それぞれ異なる角度としてよい。これにより、制御羽根30より下流の排気流路Sの流路断面に対して、より広域に一様に拡散できる。
When a plurality of
整流羽根32の平坦面32sは、平面であってよく、排気の流れ方向SSと平行な曲面であってもよい。
The
そして、上流から流れる排気は、整流羽根32の平坦面32sによって向きを揃えられて、平坦面32sと平行な方向、すなわち、排気の流れ方向SSの方向に流れる。これにより、排気が下流側に向かう際に乱流が生じるのを抑制できる。そして、排気及び還元剤を、拡散羽根31によって向きが変えられた、排気の流れ方向SSと交差する排気及び還元剤の流れと相まって、制御羽根30より下流の排気流路Sの流路断面に対して、より広域に一様に拡散できる。
The exhaust gas flowing from the upstream is aligned by the
また、制御羽根30は、複数の別体の第1羽根片30A、第2羽根片30B、第3羽根片30C及び第4羽根片30Dから構成されている。各羽根片30A〜30Dは、ケーシング60に対して排気流路Sの断面中心を中心とする周方向に等間隔(90度間隔)で配置されている。各羽根片30A〜30Dは、それぞれ、拡散羽根31及び整流羽根32の両方を有している。なお、本実施形態においては、制御羽根30を4枚の各羽根片30A〜30Dで構成したが、これに限らず、例えば、2枚又は3枚であってもよい。
In addition, the
各羽根片30A〜30Dは、例えば、次のように形成できる。平板状体の素材から略半分を利用して拡散羽根31を形成し、残り半分に対して平板状体の周縁から切れ目Qを入れる。次に、その切れ目Qによって分かれた部分を、それぞれ素材の表側及び裏側に互いに反対方向に折り曲げる。そして、その切れ目Qによって分かれた部分の一方を溶接代Wとして利用して、ケーシング60の内壁に溶接できるようにし、他方の先端部から整流羽根32を形成し、他方の残り部分を先と同様に溶接代Wとして利用する。
Each of the
また、制御羽根30は、図6に示すように、排気の流れ方向SSに見て、排気流路Sの中央と、隣接する羽根片同士の間とに、排気の流れを妨げない開口Hを有するように、排気流路Sに配置されている。制御羽根30は、開口Hを伴ってこのように配置されているので、上流から流れる排気は、一部が拡散羽根31の平坦面31sに当たって向きが変わり、他部が排気流路Sの中央及び隣接する羽根片同士の間の開口Hを通過して下流に流れることができるので、圧力損失をできるだけ抑制しつつ、下流に流れる排気を一様に拡散できる。
Further, as shown in FIG. 6, the
各羽根片30A〜30Dは、図6に示すように、排気の流れ方向SSに見て、排気流路Sの中央側の先端が弧状に形成されている。これにより、圧力損失をできるだけ抑制しつつ、下流に流れる排気を一様に拡散できる。
As shown in FIG. 6, each of the
ところで、制御羽根30を構成する各羽根片30A〜30Dの数は、蒸発板20の数と異なっている。具体的には、本実施形態においては、蒸発板20が3枚で構成されているのに対して、制御羽根30は4枚で構成されている。これにより、蒸発板20によって流路が分かれても、制御羽根30によって更に異なる数の流路に分けられるので、排気中の還元剤の分布に偏りのない状態で、下流に排気を一様に拡散できる。
By the way, the number of each of the
このように、整流羽根32と拡散羽根31との協働により、蒸発板20の下流の排気及び還元剤は、整流羽根32の平坦面32sによって整流されて真っ直ぐに流れ、拡散羽根31の平坦面31sによって螺旋状に拡散して流れる。これにより、圧力損失を抑制しつつ、制御羽根30より下流の排気流路Sの中に、螺旋状の流れを形成でき、排気及び還元剤を効率的に混合しながら一様に拡散できる。
このような制御羽根30によれば、添加された還元剤を微細化するとともに、還元剤の熱分解及び加水分解を促進し、微細化された還元剤の流れと排気の流れが合流した螺旋状の流れを生じさせることができ、排気流路Sを通る排気中に一様に拡散させて混合させることができる。また、圧力損失が小さく、流速を高く維持できるので、還元剤及び生成されたアンモニアNH3が制御羽根30及びケーシング60の内壁に付着したり、付着したままになったりすることを抑制できる。したがって、アンモニアNH3を、排気流路Sの断面に一様に分布させた状態で制御羽根30より下流に配置された選択触媒還元装置SCRに、到達させることができる。よって、排気中の窒素酸化物NOxを、短い流れの距離、すなわち、限られた狭い空間で効率的に還元できる。
As described above, by the cooperation of the rectifying
According to such a
(ミキサ100を用いた排気浄化装置1による作用)
以上説明したミキサ100を用いた排気浄化装置1によって排気が浄化されるまでの作用を、排気の流れに沿って説明する。
(Operation of
The operation until exhaust gas is purified by the exhaust
図1に示すように、内燃機関ENGから排出された窒素酸化物NOxを含む排気は、排気浄化装置1に導かれる。
As shown in FIG. 1, the exhaust gas containing the nitrogen oxides NOx discharged from the internal combustion engine ENG is guided to the exhaust
続いて、排気浄化装置1に導かれた排気は、排気流路Sに配置された酸化触媒DOCを通過する。その際、排気中の有害成分の一つである炭化水素HC及び一酸化炭素COは、酸化触媒DOCにより酸化浄化される。
Subsequently, the exhaust gas guided to the exhaust
酸化触媒DOCを通過した排気は、排気流路Sに配置されたディーゼル微粒子捕集フィルタDPFを通過する。その際、排気中の粒子状物質は、ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFにより捕集される。 The exhaust gas having passed through the oxidation catalyst DOC passes through a diesel particulate filter DPF disposed in the exhaust passage S. At this time, the particulate matter in the exhaust gas is collected by the diesel particulate filter DPF.
ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFを通過した排気は、ミキサ100に導かれる。
The exhaust gas that has passed through the diesel particulate filter DPF is guided to the
ミキサ100に導かれた排気は、第1蒸発板21の上方、第1蒸発板21と第2蒸発板22との間、第2蒸発板22と第3蒸発板23との間、第3蒸発板23の下方を、それぞれ通過して、制御羽根30に至る。
The exhaust gas guided to the
排気がこのように流れている間に、ミキサ100のノズル取付部11に取り付けられたノズルNから噴出されて霧状になった還元剤(尿素水)は、まず、最もノズルNから近い距離にある第1蒸発板21に衝突して、粒径が微細化されるとともに、蒸発し、第1蒸発板21が保持する高温によって熱分解及び加水分解の反応が促進されて、アンモニアNH3を生成する。
なお、噴出された還元剤の一部は、第1蒸発板21に設けられた通過孔21aを通過して、第2蒸発板22に至り、熱分解及び加水分解の反応により、アンモニアNH3を生成する。
While the exhaust gas is flowing in this manner, the reducing agent (urea water) sprayed from the nozzle N attached to the
A part of the ejected reducing agent passes through the
次に、ノズルNから噴出されて霧状になった還元剤のうち、第1蒸発板21に遮られなかった部分は、第1蒸発板21の次にノズルNから近い距離にある第2蒸発板22に衝突して、粒径が微細化されるとともに、蒸発し、第2蒸発板22が保持する高温によって熱分解及び加水分解の反応が促進されて、アンモニアNH3を生成する。
Next, the part of the reducing agent ejected from the nozzle N and atomized, which is not blocked by the first evaporating
最後に、ノズルNから噴出されて霧状になった還元剤のうち、第1蒸発板21にも第2蒸発板22にも遮られなかった部分は、ノズルNから最も遠い距離にある第3蒸発板23に衝突して、粒径が微細化されるとともに、蒸発し、第3蒸発板23が保持する高温によって熱分解及び加水分解の反応が促進されて、アンモニアNH3を生成する。
Lastly, the part of the reducing agent ejected from the nozzle N and atomized, which is not blocked by the first evaporating
第1蒸発板21、第2蒸発板22及び第3蒸発板23のそれぞれの上方に生成されたアンモニアNH3は、排気と合流し、互いに混ざり合いながら、制御羽根30に至る。
The ammonia NH3 generated above each of the
制御羽根30に至った排気とアンモニアNH3の混合気体は、制御羽根30を構成する拡散羽根31及び整流羽根32によって、層流と螺旋流とに分けられる。そして、混合気体は、流速が過度に落とされることなく、したがって、圧力損失が過度に増加することなく、均質に混ざり合いながら、選択触媒還元装置SCRが配置されている下流に向けて排気流路Sが拡がる中で、拡散していく。
The mixed gas of the exhaust gas and the ammonia NH 3 arriving at the
制御羽根30を通過して互いに混ざり合って拡散された排気及びアンモニアNH3は、選択触媒還元装置SCRに至る。
The exhaust gas and the ammonia NH3 mixed and diffused through the
選択触媒還元装置SCRに至った、排気中の窒素酸化物NOx及びアンモニアNH3は、選択触媒還元装置SCRに担持された触媒の作用によって還元反応して分解され、窒素N2及び水H2Oになる。 The nitrogen oxides NOx and ammonia NH3 in the exhaust gas that have reached the selective catalytic reduction device SCR are decomposed and decomposed into nitrogen N2 and water H2O by the action of the catalyst carried on the selective catalytic reduction device SCR.
そして、選択触媒還元装置SCRを通過すると、排気流路Sにおいて選択触媒還元装置SCRより下流に配置されたアンモニアスリップ触媒ASCによって、選択触媒還元装置SCRを通過した排気に残存するアンモニアNH3は捕獲される。そして、窒素N2と水H2Oは、適宜、外気中に放出される。 After passing through the selective catalytic reduction device SCR, the ammonia NH3 remaining in the exhaust gas having passed through the selective catalytic reduction device SCR is captured by the ammonia slip catalyst ASC disposed downstream of the selective catalytic reduction device SCR in the exhaust passage S. You. Then, the nitrogen N2 and the water H2O are appropriately released into the outside air.
このようにして、排気浄化装置1は、排気中の窒素酸化物NOxを効率的に浄化して、排気を無害にする。また、排気浄化装置1は、排気中に還元剤を一様に混合できるとともに、圧力損失を抑制できる。したがって、還元効率の高い排気浄化装置1を提供でき、その結果、排気浄化装置1の全体をコンパクトにできる。
In this way, the exhaust
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係る排気浄化装置1は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変化が可能である。
As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described in detail. However, the exhaust
本発明によれば、排気浄化装置1は、内燃機関ENGからの排気が流れる排気流路Sに配置された選択触媒還元装置SCRと、選択触媒還元装置SCRより上流に配置されて排気流路Sに還元剤を噴出するノズルNと、を備えた排気浄化装置1において、還元剤の噴出経路Dを全て遮るように配置された蒸発板20を備え、蒸発板20は、排気流路Sに露出する表側面20t及び裏側面20bが平坦であり、表側面20t及び裏側面20bが排気流路Sを流れる排気の流れ方向SSに対して平行になるように配置されるので、排気流路S中に噴出された還元剤を、ケーシング60の内壁に付着することなく漏れなく、高温の蒸発板20の上方に衝突させることができる。したがって、アンモニアNH3の生成時間(距離)を短縮して、排気中に還元剤を一様に混合できるとともに、流れの抵抗が最小限となって圧力損失を抑制できる。よって、排気中に還元剤を一様に混合できるとともに、圧力損失を抑制できる排気浄化装置1を提供できる。
According to the present invention, the exhaust
1 排気浄化装置
10 インジェクタ
10a 導孔
11 ノズル取付部
13 取付孔
14 ケーシング接続部
20 蒸発板
20b 裏側面
20t 表側面
21 第1蒸発板
21a 通過孔
22 第2蒸発板
23 第3蒸発板
30 制御羽根
30A 第1羽根片
30B 第2羽根片
30C 第3羽根片
30D 第4羽根片
31 拡散羽根
31s 平坦面
32 整流羽根
32s 平坦面
60 ケーシング
60a 開口部
100 ミキサ
b1 幅
b2 幅
b3 幅
d1 距離
d2 距離
d3 距離
e1 寸法
e2 寸法
e3 寸法
S 排気流路
SS 排気の流れ方向
K コンテナ
ENG 内燃機関
DOC 酸化触媒
DPF ディーゼル微粒子捕集フィルタ
ASC アンモニアスリップ触媒
SCR 選択触媒還元装置
N ノズル
D 噴出経路
Q 切れ目
V 固定部
W 溶接代
H 開口
CO 一酸化炭素
H2O 水
HC 炭化水素
N2 窒素
NH3 アンモニア
NOx 窒素酸化物
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記排気浄化装置は、前記還元剤の噴出経路を全て遮るように配置された蒸発板を備え、
前記蒸発板は、前記排気流路に露出する表側面及び裏側面が平坦であり、
前記表側面及び前記裏側面が前記排気流路を流れる排気の流れ方向に対して平行になるように配置される
ことを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust purification device comprising: a selective catalyst reduction device disposed in an exhaust passage through which exhaust gas flows from an internal combustion engine; and a nozzle disposed upstream of the selective catalyst reduction device and ejecting a reducing agent to the exhaust passage. At
The exhaust gas purification device includes an evaporating plate disposed so as to block all the ejection paths of the reducing agent,
The evaporating plate has flat front and back surfaces exposed to the exhaust passage,
An exhaust gas purification apparatus, wherein the front side surface and the back side surface are arranged so as to be parallel to a flow direction of exhaust gas flowing through the exhaust passage.
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the evaporating plate is curved so as to be convex in a direction away from the nozzle.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排気浄化装置。 The evaporating plate includes a first evaporating plate having a shorter distance from the nozzle, a second evaporating plate having a longer distance from the nozzle than the first evaporating plate, and a third evaporating plate. The exhaust purification device according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。 The upstream end of the second evaporator plate in the exhaust flow direction is located downstream of the upstream end of the first evaporator plate in the exhaust flow direction. Item 4. An exhaust gas purification device according to Item 3.
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 3, wherein the first evaporation plate has a passage hole through which the ejected reducing agent passes.
ことを特徴とする請求項5に記載の排気浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 5, wherein the passage hole is a long hole along the flow direction.
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a control blade that diffuses the exhaust gas between the evaporating plate and the selective catalyst reduction device.
ことを特徴とする請求項7に記載の排気浄化装置。 The method according to claim 7, wherein the control blade includes a diffusion blade having a flat surface obliquely intersecting with the flow direction, and a rectifying blade having a flat surface parallel to the flow direction. The exhaust gas purifying device according to the above.
ことを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の排気浄化装置。 The control blade is formed of a plurality of separate blade pieces, and, when viewed in the flow direction, has an opening between the center of the exhaust passage and between the adjacent blade pieces, The exhaust gas purifying apparatus according to claim 7, wherein the exhaust gas purifying apparatus is disposed in the exhaust passage.
ことを特徴とする請求項9に記載の排気浄化装置。 10. The exhaust gas purification apparatus according to claim 9, wherein the blade piece has an arc-shaped tip at the center of the exhaust flow path when viewed in the flow direction.
ことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の排気浄化装置。 The exhaust gas purification device according to claim 9, wherein the number of the blade pieces is different from the number of the evaporating plates.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN114412621A (en) * | 2021-12-22 | 2022-04-29 | 潍柴动力股份有限公司 | SCR blender and vehicle |
JP7556829B2 (en) | 2021-07-13 | 2024-09-26 | フタバ産業株式会社 | Exhaust Gas Purification Device |
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- 2018-08-08 JP JP2018149723A patent/JP2020023953A/en active Pending
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