JP2020056393A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関からの排気に含まれる特定の物質を還元剤によって還元することにより排気を浄化する還元触媒を含む第1浄化部と、排気流路における第1浄化部の上流側に隣接して配設され第1浄化部へと排気を導く導入経路と、還元剤を導入経路の内部に添加するように構成された還元剤添加部と、を備える排気浄化装置において、稼働状態において導入経路の内部に還元剤が添加される部位よりも下流側に形成された添加部位よりも高い部位を経由して第1浄化部へと排気を導くように導入経路を構成する。
【選択図】図18
Description
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第1装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
第1装置は、第1浄化部と、導入経路と、還元剤添加部と、を備える排気浄化装置である。第1浄化部は、内燃機関から排出される排気に含まれる特定の物質である第1物質を還元剤によって還元することにより排気を浄化する還元触媒を含む。第1浄化部は、還元触媒以外の排気浄化ユニット(例えば、アンモニアスリップ触媒(ASC:Ammonia Slip Catalyst)等)を更に含んでいてもよい。また、導入経路の下流側に還元触媒が配設され且つ還元触媒を含む各浄化ユニットの排気浄化機能に適合している限り、第1浄化部に含まれる還元触媒及び他の排気浄化ユニットは如何なる順序に配置されてもよい。更に、例えば第1浄化部における圧力損失の低減等を目的として、複数の還元触媒を排気の流れにおいて並列に配設してもよい。第1浄化部が還元触媒以外の排気浄化ユニットをも含む場合、複数の当該排気浄化ユニットを並列に配設してもよい。
上記のように、第1装置が備える導入経路は、稼働状態において導入経路の内部に還元剤が添加される部位である第1部位の下流側に第1部位よりも高い部位である第2部位を経由して第1浄化部へと排気を導くように構成されている。これにより、対象となる物質の還元に使用されずに導入経路に残留した還元剤は重力の作用により下流側にある高い第2部位から上流側にある低い第1部位へと逆流し、新たな高温の排気によって加熱されると共に再び下流側へと押し流される。
以下、図面を参照しながら本発明の第2実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第2装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第2装置は、上述した第1装置であって、少なくとも1つの屈曲部を導入経路が有する排気浄化装置である。第2装置が備える導入経路に形成される屈曲部は、上述した傾斜部に限らず、導入経路の何れの箇所に形成されていてもよい。
以上のように、第2装置によれば、導入経路を屈曲させることにより、導入経路と他の部材との干渉を回避しつつ、対象となる物質の還元に使用されずに排気流路に滞留する還元剤を低減することができる。その結果、本発明装置が適用される内燃機関が搭載される装置若しくは設備への本発明装置の組み込みの自由度が高まる。また、屈曲部において排気の流れに乱れが生じ、排気と還元剤との混合及び/又は高温の排気との接触による還元剤の加熱が促進される。
以下、図面を参照しながら本発明の第3実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第3装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第3装置は、上述した第2装置であって、U字状、S字状、M字状及び螺旋状からなる群より選ばれる少なくとも1つの形状を導入経路が有する排気浄化装置である。尚、ここで言う「U字状」、「S字状」、「M字状」及び「螺旋状」なる文言は、これらの文字又は構造に必ずしも厳密に合致することを規定するものではなく、これらの文言によって表される形状に概ね合致していればよい。また、第3装置が備える導入経路がU字状、S字状、又はM字状の形状を有する場合であっても、当該導入経路の軸線は必ずしも1つの平面内に含まれる必要は無い。即ち、第3装置が備える導入経路の形状は二次元的であってもよく、或いは後述する実施例に示すように三次元的であってもよい。
上述したように、第3装置が備える導入経路はU字状、S字状、M字状及び螺旋状からなる群より選ばれる少なくとも1つの形状を有する。従って、第3装置が適用される内燃機関が搭載される装置若しくは設備の構成に応じて適切な形状を有する導入経路を採用することにより、所望の長さを有する導入経路を備える第3装置を限られたスペースに組み込むことができる。その結果、排気と還元剤との混合及び/又は高温の排気との接触による還元剤の加熱を促進することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第4実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第4装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第4装置は、上述した第1装置乃至第3装置を始めとする種々の実施形態に係る本発明装置であって、排気流路における導入経路の上流側に配設され排気を浄化する第2浄化部を更に備える排気浄化装置である。第2浄化部は、第4装置が適用される内燃機関から排出される排気に含まれる物質の種類に応じて当該技術分野において使用される多種多様な排気浄化ユニットの中から選ばれる排気浄化ユニットを含むことができる。このような排気浄化ユニットの具体例としては、例えば、ディーゼル酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)及びDPF等を挙げることができる。
上記のように、第4装置によれば、第4装置が適用される内燃機関から排出される排気に含まれる物質の種類に応じて、当該技術分野において使用される多種多様な排気浄化ユニットの中から選ばれる排気浄化ユニットを第2浄化部に含むことにより、排気浄化装置としての機能をより高めることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第5実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第5装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第5装置は、上述した第1装置乃至第4装置を始めとする種々の実施形態に係る本発明装置であって、少なくとも導入経路及び第1浄化部を内部に支持・収容すると共に排気の入口及び出口を有するケーシングを更に備える。導入経路及び第1浄化部をケーシングの内部に支持するための構成は特に限定されず、例えばステー等の支持部材を介して導入経路及び第1浄化部をケーシングの内壁に固定してもよい。或いは、後述する実施例に示すようにケーシングの内部が仕切板によって複数の領域に区切られている場合は、導入経路及び第1浄化部を仕切板によってケーシングの内壁に固定してもよい。また、第5装置が第2浄化部を備える場合は、ケーシングの内部に第2浄化部が支持・収容されていてもよく、或いはケーシングの外部に第2浄化部が配置されていてもよい。
上記のように、第5装置においては、少なくとも導入経路及び第1浄化部がケーシングの内部に支持・収容されている。従って、このようなケーシングを備えない本発明装置に比べて、少なくとも導入経路及び第1浄化部については周囲環境への放熱が低減される。その結果、第1浄化部に含まれる還元触媒等の排気浄化ユニット及び導入経路の温度を十分に高い温度に維持することがより容易となり、排気浄化ユニットの排気浄化性能を高め、対象となる物質の還元に還元剤をより有効に使用することができる。尚、第5装置が第2浄化部を備え且つケーシングの内部に第2浄化部が支持・収容されている場合、第2浄化部についても同様の効果が達成される。
ところで、第5装置が備える第1浄化部(又は第5装置が第2浄化部を備える場合は第2浄化部)はDPFを含み得るが、DPFのタイプによっては、排気浄化装置からDPFを取り外して内部に溜まった煤を取り除く必要がある場合がある。従って、このようなタイプのDPFを第5装置が備える場合は、第5装置が適用される内燃機関が搭載される装置又は設備に第5装置が稼働可能に組み込まれている状態のまま、DPFを脱着することが可能であることが望ましい。
以下、図面を参照しながら本発明の第6実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第6装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第6装置は、上述した第5装置であって、少なくとも導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間の少なくとも一部に断熱材が充填されている排気浄化装置である。断熱材は、少なくとも導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間における熱伝導を妨げ且つ第6装置の使用環境及び使用条件(例えば、温度及び振動等)に耐え得るものである限り、特に限定されない。断熱材の具体例としては例えばグラスウール等をあげることができる。また、少なくとも導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間の全ての領域に断熱材が充填されていてもよい。或いは、例えば導入経路及び第1浄化部をケーシングの内部に支持するための部材との干渉回避等を目的として、当該空間の一部に断熱材が充填されていない領域が存在してもよい。
上記のように、第6装置においては、少なくとも導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間の少なくとも一部に断熱材が充填されている。従って、当該空間に断熱材が充填されていない第5装置に比べて、ケーシングによる保温効果がより高く、ケーシングを介する周囲環境への放熱が更に低減される。その結果、第1浄化部に含まれる還元触媒等の排気浄化ユニット及び導入経路の温度を十分に高い温度に維持することが更に容易となり、より確実に、排気浄化ユニットの排気浄化性能を高め、対象となる物質の還元に還元剤をより有効に使用することができる。尚、第6装置が第2浄化部を備え且つケーシングの内部に第2浄化部が支持・収容されている場合、第2浄化部についても同様の効果が達成される。
以下、図面を参照しながら本発明の第7実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第7装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第7装置は、上述した第5装置であって、第1浄化部から排出される排気が導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間の少なくとも一部に流れた後にケーシングの出口を介してケーシングから排出されるように構成された排気浄化装置である。第7装置が第2浄化部を備え且つケーシングの内部に第2浄化部が支持・収容されている場合は、第2浄化部、導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間の少なくとも一部に第1浄化部から排出される排気が流れることが望ましい。
上記のように、第7装置は、第1浄化部から排出される排気が導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間の少なくとも一部に流れた後にケーシングの出口を介してケーシングから排出されるように構成されている。第1浄化部から排出される排気は、第7装置に導入されて少なくとも導入経路及び第1浄化部を通過した後に第1浄化部から排出される。従って、第1浄化部から排出される排気の温度は、内燃機関から排出されて第7装置に流入する排気の温度よりも低い。しかしながら、第1浄化部から排出される排気の温度は、第7装置の周囲環境(例えば、大気等)の温度よりも高い。従って、第1浄化部から排出される排気を導入経路及び第1浄化部とケーシングとの間の空間に流すことにより、当該空間に当該排気が流されない第5装置に比べて、ケーシングによる保温効果をより高めて、ケーシングを介する周囲環境への放熱を更に低減することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第8実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第8装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第8装置は、上述した第1装置乃至第7装置を始めとする種々の実施形態に係る本発明装置であって、燃料の燃焼によって燃焼ガスを発生させる燃焼室及び燃焼室と連通し且つ排気流路における第1浄化部よりも上流側に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給部を有する燃焼器を更に備える排気浄化装置である。燃焼ガス供給部の配設箇所は、第1浄化部よりも上流側である限り特に限定されず、第1部位よりも上流側の導入経路であってもよく、或いは第1部位よりも下流側の導入経路であってもよい。また、第8装置が第2浄化部を備える場合は第2浄化部よりも上流側の排気流路に燃焼ガス供給部を配設してもよい。更に、第8装置がケーシングを備える場合はケーシングよりも上流側の排気流路に燃焼ガス供給部を配設してもよい。尚、導入経路における第1部位の下流側の近傍に燃焼ガス供給部を配設して、高温の燃焼ガスとの接触による還元剤の加熱を促進して例えば尿素の熱分解によるNH3の生成を促進してもよい。
上記のように、第8装置においては、排気流路における第1浄化部よりも上流側に高温の燃焼ガスが供給される。従って、第8装置に流れる排気の温度を積極的に高めて、第8装置が備える第1浄化部に含まれる還元触媒等の排気浄化ユニット及び導入経路の温度をより高い温度へと容易に高めることができる。その結果、燃焼器を備えない本発明装置に比べて、排気浄化ユニットの排気浄化性能を更に高め、対象となる物質の還元に還元剤を更に有効に使用することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第9実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第9装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第9装置は、上述した第8装置であって、排気流路における第1浄化部よりも上流側において排気に接触し且つ燃焼ガス供給部と熱伝導可能に構成された放熱部材を更に備える排気浄化装置である。放熱部材の配設箇所は、第1浄化部よりも上流側である限り特に限定されず、第1部位よりも上流側の導入経路であってもよく、或いは第1部位よりも下流側の導入経路であってもよい。また、第9装置が第2浄化部を備える場合は第2浄化部よりも上流側の排気流路に放熱部材を配設してもよい。更に、第9装置がケーシングを備える場合はケーシングよりも上流側の排気流路に放熱部材を配設してもよい。尚、燃焼室における燃料の燃焼に伴って発生する熱を効率的に排気に伝える観点からは、燃焼ガス供給部に近接するように放熱部材を配設することが望ましい。
上記のように、第9装置は、排気流路における第1浄化部よりも上流側において排気に接触し且つ燃焼ガス供給部と熱伝導可能に構成された放熱部材を更に備える。これにより、燃焼器が有する燃焼室における燃料の燃焼に伴って発生する熱を排気に効率的に伝えることができる。従って、第9装置に流れる排気の温度をより効率的に高めて、第9装置が備える第1浄化部に含まれる還元触媒等の排気浄化ユニット及び導入経路の温度をより高い温度に維持することができる。その結果、排気浄化ユニットの排気浄化性能を更に高め、対象となる物質の還元に還元剤を更に有効に使用することができる。
尚、排気流路の内部に流れる排気に過大な圧力損失を生じさせることは内燃機関の出力性能を維持する観点から望ましくない。従って、放熱部材には1つ以上の貫通孔が形成されていることが望ましい。これにより、放熱部材による圧力損失の増大を軽減することができる。このような放熱部材の具体例としては、例えば、パンチング板及びメッシュ板等を挙げることができる。尚、図9の(b)に示す例に放熱部材63はパンチング板であり、複数の貫通孔64が形成されている。
以下、図面を参照しながら本発明の第10実施形態に係る排気浄化装置(以降、「第10装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
そこで、第10装置は、上述した第1装置乃至第9装置を始めとする種々の実施形態に係る本発明装置であって、排気流路における第1浄化部よりも上流側において排気の流れに乱流又は旋回流を生じさせるように構成されたミキシング部材を更に備える排気浄化装置である。ミキシング部材の配設箇所は、第1浄化部よりも上流側である限り特に限定されず、第1部位よりも上流側の導入経路であってもよく、或いは第1部位よりも下流側の導入経路であってもよい。また、第10装置が第2浄化部を備える場合は第2浄化部よりも上流側の排気流路にミキシング部材を配設してもよい。更に、第10装置がケーシングを備える場合はケーシングよりも上流側の排気流路にミキシング部材を配設してもよい。
上記のように、第10装置は、排気流路における第1浄化部よりも上流側において排気の流れに乱流又は旋回流を生じさせるように構成されたミキシング部材を更に備えるので、例えばミキシング部材の下流側における排気と還元剤との混合の促進等の効果を達成することができる。
尚、導入経路において第1部位よりも下流側にミキシング部材を配設することにより、ミキシング部材に還元剤を衝突させて還元剤を排気中に分散させたり、ミキシング部材の表面に還元剤を広がらせて導入経路に流れる排気及びミキシング部材との接触により還元剤の加熱を促進したりしてもよい。これによれば、例えば尿素の熱分解によるNH3の生成が促進される。即ち、ミキシング部材をリアクターとして機能させてもよい。この場合、排気流路に流れる排気からの熱を還元剤に効率的に伝える観点からは、高い熱伝導率を有する材料(例えば金属等)によってミキシング部材が形成されていることが望ましい。
ところで、前述したように、DPFのタイプによっては、排気浄化装置からDPFを取り外して内部に溜まった煤を取り除く必要がある場合がある。従って、このようなタイプのDPFを第2実施例装置が備える場合は、第2実施例装置が適用される内燃機関が搭載される装置又は設備に第2実施例装置が稼働可能に組み込まれている状態のままでDPFを脱着することが可能であることが望ましい。
Claims (16)
- 内燃機関から排出される排気に含まれる特定の物質である第1物質を還元剤によって還元することにより前記排気を浄化する還元触媒を含む第1浄化部と、
前記排気が流れる経路である排気流路における前記第1浄化部の上流側に隣接して配設され前記第1浄化部へと前記排気を導くように構成された導入経路と、
前記導入経路の内部に前記還元剤を添加するように構成された還元剤添加部と、
を備える排気浄化装置であって、
前記還元剤は常温において固体又は液体である物質を含み、
稼働状態において前記導入経路の内部に前記還元剤が添加される部位である第1部位よりも下流側に形成された前記添加部位よりも高い部位である第2部位を経由して前記第1浄化部へと前記排気を導くように前記導入経路が構成されている、
排気浄化装置。 - 請求項1に記載された排気浄化装置であって、
前記第1物質は窒素酸化物であり、
前記還元剤は尿素を含み、
前記還元触媒は選択触媒還元脱硝装置である、
排気浄化装置。 - 請求項1又は請求項2に記載された排気浄化装置であって、
前記導入経路は少なくとも1つの屈曲部を有する、
排気浄化装置。 - 請求項3に記載された排気浄化装置であって、
前記導入経路は、U字状、S字状、M字状及び螺旋状からなる群より選ばれる少なくとも1つの形状を有する、
排気浄化装置。 - 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載された排気浄化装置であって、
前記排気流路における前記導入経路の上流側に配設され前記排気を浄化する第2浄化部を更に備える、
排気浄化装置。 - 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載された排気浄化装置であって、
少なくとも前記導入経路及び前記第1浄化部を内部に支持・収容すると共に前記排気の入口及び出口を有するケーシングを更に備え、
前記内燃機関から排出される前記排気が前記入口を介して前記導入経路へと導かれ、前記第1浄化部から排出される前記排気が前記出口を介して前記ケーシングから排出されるように構成された、
排気浄化装置。 - 請求項6に記載された排気浄化装置であって、
前記ケーシングの内部に支持・収容されたディーゼルパティキュレートフィルタを更に備え、
前記稼働状態にある前記排気浄化装置から前記ディーゼルパティキュレートフィルタを脱着することが可能であるように構成されている、
排気浄化装置。 - 請求項6又は請求項7に記載された排気浄化装置であって、
少なくとも前記導入経路及び前記第1浄化部と前記ケーシングとの間の空間の少なくとも一部に断熱材が充填されている、
排気浄化装置。 - 請求項6又は請求項7に記載された排気浄化装置であって、
前記第1浄化部から排出される前記排気が前記導入経路及び前記第1浄化部と前記ケーシングとの間の空間の少なくとも一部に流れた後に前記出口を介して前記ケーシングから排出されるように構成された、
排気浄化装置。 - 請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載された排気浄化装置であって、
燃料の燃焼によって燃焼ガスを発生させる燃焼室及び前記燃焼室と連通し且つ前記排気流路における前記第1浄化部よりも上流側に前記燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給部を有する燃焼器を更に備える、
排気浄化装置。 - 請求項10に記載された排気浄化装置であって、
前記排気流路における前記第1浄化部よりも上流側において前記排気に接触し且つ前記燃焼ガス供給部と熱伝導可能に構成された放熱部材を更に備える、
排気浄化装置。 - 請求項11に記載された排気浄化装置であって、
前記放熱部材には、1つ以上の貫通孔、突起及び/又はフィンが形成されている、
排気浄化装置。 - 請求項11又は請求項12に記載された排気浄化装置であって、
前記導入経路において前記第1部位よりも下流側に前記放熱部材が配設されている、
排気浄化装置。 - 請求項1乃至請求項13の何れか1項に記載された排気浄化装置であって、
前記排気流路における前記第1浄化部よりも上流側において前記排気の流れに乱流又は旋回流を生じさせるように構成されたミキシング部材を更に備える、
排気浄化装置。 - 請求項14に記載された排気浄化装置であって、
前記ミキシング部材は、排気流路を画定する部材から内側に突出した邪魔板、突起及びフィン、並びに排気流路に介装され且つ1つ以上の貫通孔、突起及び/又はフィンが形成された板状部材からなる群より選ばれる少なくとも1つの部材によって構成されている、
排気浄化装置。 - 請求項14又は請求項15に記載された排気浄化装置であって、
前記導入経路において前記第1部位よりも下流側に前記ミキシング部材が配設されている、
排気浄化装置。
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