JP2021076116A - Catalytic converter, exhaust gas aftertreatment system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排ガス後処理システムのための触媒コンバータに関する。本発明は、触媒コンバータを有する排ガス後処理システムと、排ガス後処理システムを有する内燃機関と、にさらに関する。 The present invention relates to a catalytic converter for an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine. The present invention further relates to an exhaust gas aftertreatment system having a catalytic converter and an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system.
例えば発電プラントで使用される定置型内燃機関での燃焼プロセス中に、かつ例えば船舶で使用される非定置型内燃機関での燃焼プロセス中に、窒素酸化物が発生し、これらの窒素酸化物は、典型的には、石炭、坑口炭、褐炭、原油、重質燃料油、ディーゼル燃料又はガスなどの燃料の燃焼中に発生する。この理由のために、このような内燃機関には、排ガス後処理システムが割り当てられ、これら排ガス後処理システムは、内燃機関を出た排ガスを浄化させるため、特に脱窒させるために働く。 For example, during the combustion process in a stationary internal combustion engine used in a power plant, and during the combustion process in a non-stationary internal combustion engine used in a ship, for example, nitrogen oxides are generated, and these nitrogen oxides are generated. It typically occurs during the combustion of fuels such as coal, wellhead coal, brown coal, crude oil, heavy fuel oils, diesel fuels or gases. For this reason, such internal combustion engines are assigned exhaust gas aftertreatment systems, which work to purify the exhaust gas from the internal combustion engine, especially to denitrify it.
排ガス中の窒素酸化物を還元させるために、主としていわゆるSCR触媒コンバータが、実施から公知の排ガス後処理システム内で使用される。SCR触媒コンバータでは、窒素酸化物の選択的触媒還元が行われ、窒素酸化物を還元させるために、還元剤としてアンモニア(NH3)が必要とされる。このために、アンモニア、又は例えば尿素などのアンモニア前駆物質が、SCR触媒コンバータの上流で排ガス中に液体形態で導入され、アンモニア又はアンモニア前駆物質は、SCR触媒コンバータの上流で排ガスと混合させられる。このために、アンモニア又はアンモニア前駆物質の導入部とSCR触媒コンバータとの間の混合セクションが、実施によれば設けられている。 In order to reduce nitrogen oxides in exhaust gas, so-called SCR catalytic converters are mainly used in exhaust gas aftertreatment systems known from practice. In the SCR catalytic converter, selective catalytic reduction of nitrogen oxides is carried out, and ammonia (NH 3 ) is required as a reducing agent in order to reduce the nitrogen oxides. To this end, ammonia, or an ammonia precursor such as urea, is introduced into the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter in liquid form, and the ammonia or ammonia precursor is mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter. For this purpose, a mixing section between the introduction of ammonia or ammonia precursor and the SCR catalytic converter is provided according to the practice.
実施から公知の触媒コンバータと、触媒コンバータを備える排ガス後処理システムと、により、排ガス後処理、特に窒素酸化物還元は、すでに首尾よく行うことができるが、触媒コンバータ及び排ガス後処理システムをさらに改良することが必要とされている。特に、このような触媒コンバータ及び排ガス後処理システムのコンパクトな設計が必要とされている。 Exhaust gas post-treatment, especially nitrogen oxide reduction, can already be successfully carried out by a catalytic converter known from the implementation and an exhaust gas after-treatment system including the catalytic converter, but the catalytic converter and the exhaust gas after-treatment system are further improved. Is needed to do. In particular, a compact design of such a catalytic converter and an exhaust gas aftertreatment system is required.
ここから出発して、本発明は、新たなタイプの触媒コンバータと、内燃機関の新たなタイプの排ガス後処理システムと、当該排ガス後処理システムを有する内燃機関と、を創出するという課題に基づいている。 Starting from here, the present invention is based on the task of creating a new type of catalytic converter, a new type of exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, and an internal combustion engine having the exhaust gas aftertreatment system. There is.
この課題は、請求項1に記載の内燃機関の排ガス後処理システムのための触媒コンバータにより解決される。 This problem is solved by the catalytic converter for the exhaust gas aftertreatment system of the internal combustion engine according to claim 1.
本発明による触媒コンバータは、触媒コンバータハウジングを備えている。触媒コンバータハウジングの第1ハウジングセクション内には、複数のハニカム体が受容され、排ガスが、第1方向においてハニカム体を通って流れることができる。流入ハウジングセクションを形成する、触媒コンバータハウジングの第2ハウジングセクションであって、排ガスが、第2方向において流入ハウジングセクションを通って流れることができる、第2ハウジングセクションにより、排ガスがハニカム体に供給され得る。流出ハウジングセクションを形成する、触媒コンバータハウジングの第3ハウジングセクションであって、排ガスが、第3方向において流出ハウジングセクションを通って流れることができる、第3ハウジングセクションにより、排ガスがハニカム体から放出され得る。第2方向が、第1方向に対して垂直に延びる。第3方向も、第1方向に対して垂直に又は平行に延びる。 The catalytic converter according to the present invention includes a catalytic converter housing. A plurality of honeycomb bodies are received in the first housing section of the catalytic converter housing, and exhaust gas can flow through the honeycomb bodies in the first direction. The second housing section of the catalytic converter housing that forms the inflow housing section, through which the exhaust gas can flow through the inflow housing section in the second direction, supplies the exhaust gas to the honeycomb body. obtain. A third housing section of the catalytic converter housing that forms the outflow housing section, through which the exhaust gas can flow through the outflow housing section in the third direction, allows the exhaust gas to be released from the honeycomb body. obtain. The second direction extends perpendicular to the first direction. The third direction also extends perpendicularly or parallel to the first direction.
このように構築された触媒コンバータにより、効果的な排ガス後処理システムが、コンパクトな設計で確実にされ得る。 The catalytic converter constructed in this way can ensure an effective exhaust gas aftertreatment system in a compact design.
有利なさらなる発展によれば、排ガスが、完全に鉛直の第1方向においてハニカム体を通って流れることができ、排ガスが、水平の第2方向及び第3方向において流入ハウジングセクション及び流出ハウジングセクションの双方を通って流れることができ、排ガスが、第3方向において鉛直に流出ハウジングを通って流れることもできる。これは、例えば船舶上での狭い設置空間条件で触媒コンバータを統合するために好ましく、触媒コンバータがコンパクトな構成を有すると同時に、効果的な排ガス後処理を確実にする。 According to a favorable further development, the exhaust gas can flow through the honeycomb in the first direction, which is completely vertical, and the exhaust gas can flow in the inflow housing section and the outflow housing section in the horizontal second and third directions. It can flow through both, and the exhaust gas can also flow vertically through the outflow housing in the third direction. This is preferred, for example, for integrating catalytic converters in tight installation space conditions on ships, ensuring that the catalytic converter has a compact configuration while at the same time ensuring effective exhaust gas aftertreatment.
有利なさらなる発展によれば、有孔チューブが、流入ハウジングセクション内に配置され、排ガスが、第2方向において有孔チューブを通って流れることができる。これにより、排ガス後処理の有効性が、さらに増大させられる。有孔チューブであって、排ガスが、有孔チューブの穿孔部を通って内側から外側に流れることができる、有孔チューブにより、排ガスは、第2ハウジングセクション内、すなわち流入ハウジングセクション内において均一に分配され、これにより、排ガスがすべてのハニカム体と完全に均一に衝突し、従って可能な限り効率的な排ガス後処理を実行する。 According to a favorable further development, the perforated tube is located within the inflow housing section and the exhaust gas can flow through the perforated tube in the second direction. This further enhances the effectiveness of the exhaust gas aftertreatment. A perforated tube in which the exhaust gas can flow from the inside to the outside through the perforations of the perforated tube, the perforated tube allows the exhaust gas to be uniform within the second housing section, i.e. the inflow housing section. It is distributed so that the exhaust gas collides perfectly and evenly with all the honeycombs, thus performing the exhaust gas post-treatment as efficient as possible.
有利なさらなる発展によれば、流入ハウジングセクション及び/又は流出ハウジングセクションが、第1ハウジングセクションに対して回転可能であり、このため、特に第2方向及び第3方向が、第1方向に対して垂直に又は平行にそれぞれ延びる場合、第2方向及び第3方向が、互いに平行に又は垂直に延びる。この形態は、小さい設置空間要件及びコンパクトな寸法で、利用可能な設置空間において、内燃機関の設計から独立して触媒コンバータを設置するために好ましい。 According to a favorable further development, the inflow housing section and / or the outflow housing section is rotatable with respect to the first housing section, so that the second and third directions in particular are relative to the first direction. When extending vertically or parallel to each other, the second and third directions extend parallel to or vertically to each other. This form is preferred for installing the catalytic converter in the available installation space, independent of the design of the internal combustion engine, with small installation space requirements and compact dimensions.
本発明による排ガス後処理システムは、請求項10で規定されている。
The exhaust gas aftertreatment system according to the present invention is defined in
本発明による内燃機関は、請求項11で規定されている。
The internal combustion engine according to the present invention is defined in
本発明の好ましいさらなる発展が、従属請求項及び以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、図面に限定されることなく図面を用いてより詳細に説明される。 Preferred further developments of the present invention can be obtained from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the present invention are described in more detail with reference to the drawings without limitation.
本発明は、内燃機関の排ガス後処理システムのための触媒コンバータに関する。触媒コンバータは、優先的には、SCR排ガス後処理システムのためのSCR触媒コンバータ又は酸化触媒コンバータである。 The present invention relates to a catalytic converter for an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine. The catalytic converter is preferably an SCR catalytic converter or an oxidation catalytic converter for the SCR exhaust gas aftertreatment system.
図1から図3は、触媒コンバータハウジング11を備える、本発明による触媒コンバータ10の詳細を概略的に示している。触媒コンバータハウジング11は、基本的に、3つのハウジングセクション12,13及び14に分割され、触媒コンバータハウジング11の第1ハウジングセクション12内には、複数の行と列とを有するハニカム体15のアレイを形成する複数のハニカム体15が配置される。ハウジングセクション12は、同様に、ハニカム体のアレイの複数の層からなることができる。排ガスが、第1方向X1においてハニカム体15を通って流れることができる。
1 to 3 schematically show the details of the
ここで、ハニカム体15は、それぞれのハニカム体15の入口端部と出口端部との間で、断面が矩形である流れ断面を有し、各ハニカム体15は、優先的には、金属製ハニカム体ハウジングによって部分的に外側で取り囲まれ、すなわち、それぞれのハニカム体15の入口端部及び出口端部が露出されたままにしておく。
Here, the
金属製ハニカム体ハウジングは、キャニングとも称される。 The metal honeycomb housing is also referred to as canning.
さらに、触媒コンバータハウジング11は、流入ハウジングセクションを形成する第2ハウジングセクション13を備え、第1ハウジングセクション12内に位置決めされたハニカム体15に排ガスを供給するために、排ガスは、第2方向X2においてこの流入ハウジングセクション13を通って流れることができる。流入ハウジングセクションを提供する第2ハウジングセクション13は、第1ハウジングセクション12の所定の側に位置決めされ、第1ハウジングセクション12における反対側に配置された側には、触媒コンバータハウジング11の第3ハウジングセクション14が配置され、第3ハウジングセクション14は、触媒コンバータハウジングの流出ハウジングセクションを提供する。ハニカム体15から触媒コンバータハウジング11の外に排ガスを放出するために、排ガスは、第3方向X3において流出ハウジングセクション14を通って流れることができる。
Further, the
図1から図3によれば、排ガスは、完全に鉛直の第1方向X1において、触媒コンバータハウジング11の第1ハウジングセクション12内に位置決めされたハニカム体15を通って流れることができる。第1ハウジングセクション12の下方には、流入ハウジングセクションとして働く第2ハウジングセクション13が位置決めされ、排ガスは、水平の第2方向X2において流入ハウジングセクションを通って流れることができる。第1ハウジングセクション12の上方には、流出ハウジングセクションとして働く第3ハウジングセクション14が配置され、排ガスは、水平又は鉛直の第3方向X3において流出ハウジングセクションを通って流れることができる。
According to FIGS. 1 to 3, the exhaust gas can flow through the
重ねて配置されたハウジングセクション12,13及び14は、隣接する側で開いており、これにより、排ガスが、流入ハウジングセクション13から第1ハウジングセクション12内にかつ第1ハウジングセクション12から流出ハウジングセクション14内に通過することを可能にする。有孔チューブ16が、触媒コンバータハウジング11の第2ハウジングセクション又は流入ハウジングセクション13内に突出する。有孔チューブ16は、そのシリンダ状外側壁部に穿孔部17を有し、この穿孔部17は、複数の孔によって形成されている。触媒コンバータ10を介して導かれる排ガスは、最初に、第2方向X2において有孔チューブ16の内部を通って流れ、その後、流入ハウジングセクション13におけるチューブ16の外側に配置された一部内に、穿孔部17の孔を介してチューブ16のシリンダ状壁部を通過する。
The stacked
チューブ16のシリンダ状壁部上の穿孔部17は、優先的には、チューブ16の軸方向及び周方向において一様であり、すなわち穿孔部17の孔の間隔及びサイズは、軸方向及び周方向において同じである。これにより、排ガスは、流入ハウジングセクション13内に一様に分配され、従って、第1ハウジングセクション12内に位置決めされたハニカム体15に一様に供給され、これにより、排ガスがすべてのハニカム体15に一様に衝突する。これは、触媒コンバータ10内での特に効果的な排ガス後処理のために有利である。
The
図1に示されるように、第2ハウジングセクション又は流入ハウジングセクション13は、第2方向X2に延びる長さl、第1方向X1に延びる高さh及び幅bを有する。長さl、高さh及び幅bは、流入ハウジングセクション13の体積を規定する。
As shown in FIG. 1, the second housing section or the
有孔チューブ16は、直径dを有し、流入ハウジングセクション13の全長lにわたって流入ハウジングセクション13内で延在する。流入ハウジングセクション13の長さl及びチューブ16の直径dは、流入ハウジングセクション13内での有孔チューブ16の体積を規定する。
The
流入ハウジングセクション13内での排ガスの可能な限り一様な分配を確実にするために、従って、排ガスがすべてのハニカム体15と完全に一様に衝突するために、以下の4つの値の範囲のうちの少なくとも1つ、優先的には複数の組み合わせ又は特に好ましくはすべての組み合わせが使用されるときに特に有利であることが分かっている。
To ensure the most uniform distribution of exhaust gas within the
第1に、有孔チューブ16の穿孔部17の自由流れ断面積と、有孔チューブ16、すなわち有孔チューブ16のシリンダ状有孔壁部の総表面積と、の間の比は、1:10と1:5との間になる。請求項6も参照。
First, the ratio between the free-flow cross-sectional area of the perforated
第2に、流入ハウジングセクション13の体積と、流入ハウジングセクション13内での有孔チューブ16の体積と、の間の比は、6:1と4:1との間になる。請求項6も参照。
Second, the ratio between the volume of the
第3に、流入ハウジングセクション13の高さhと、有孔チューブ16の直径dと、の間の比は、1:1と1:2との間になる。請求項6も参照。
Third, the ratio between the height h of the
第4に、流入ハウジングセクション13の幅bと、有孔チューブ16の直径dと、の間の比は、2:1と3:1との間になる。請求項6も参照。
Fourth, the ratio between the width b of the
有孔チューブ16は、所定の端部でのみ開いており、有孔チューブ16は、反対側の端部において流入ハウジングセクション13の壁部によって密閉される。チューブ16は、開いた端部に流入開口部18を有する。従って、有孔チューブ16の開いた端部を介して流れる排ガス又は流入開口部18を介して有孔チューブ16に流れる排ガスは、チューブ16のシリンダ状壁部の穿孔部17を介して押し込まれ、穿孔部17を介して、流入ハウジングセクション13における有孔チューブ16の外側に配置された領域に入る。
The
流出ハウジングセクション14は、流出ハウジングセクション14から排ガスを放出するために、所定の側に流出開口部19を備えている。
The
上述したように、流入ハウジングセクション13及び流出ハウジングセクション14は、第1ハウジングセクション12に面する側で開いており、これにより、一方では、排ガスが、流入ハウジングセクション13から第1ハウジングセクション12内に、従ってハニカム体15内に通過することを可能にし、他方では、ハニカム体15から流出ハウジングセクション15内に通過することを可能にする。
As mentioned above, the
本発明の有利な形態によれば、流入ハウジングセクション13及び/又は流出ハウジングセクション14は、ハニカム体15が配置される第1ハウジングセクション12に対して回転可能であり、このため、特に第2方向X2及び第3方向X3が、第1方向X1に対して垂直にそれぞれ延びる場合、第2方向X2及び第3方向X3は、互いに平行に又は垂直に延びることが規定される。ここで、有孔チューブ16、従って流入ハウジングセクション13の流入開口部18と、流出ハウジングセクション14の流出開口部19と、は、それに応じて、それぞれのハウジングセクション13,14を回転させることによって適切な位置に動かされ、これにより、設置空間に関して適切となるように、触媒コンバータ10を排ガス後処理システム、すなわち排ガス後処理システムの排気誘導チューブに接続する。そして、すべてのハウジングセクション12,13及び14は、四角形の底面範囲を有する。
According to an advantageous embodiment of the present invention, the
本発明は、このような触媒コンバータ10に関するだけでなく、これに加えて、当該触媒コンバータを有する排ガス後処理システムにも関し、当該排ガス後処理システムを有する内燃機関、特にディーゼル燃料、ガス又は重質燃料油で動作させられる内燃機関にも関する。
The present invention relates not only to such a
好ましくは、本発明は、船舶のためのディーゼル内燃機関と関連して船舶及び定置型発電プラントで使用され、ディーゼル内燃機関では、燃料として、重質燃料油、ガス又は残油が燃焼させられる。 Preferably, the present invention is used in ships and stationary power plants in connection with diesel internal combustion engines for ships, in which heavy fuel oil, gas or residual oil is burned as fuel.
10 触媒コンバータ、11 触媒コンバータハウジング、12 第1ハウジングセクション、13 第2ハウジングセクション、14 第3ハウジングセクション、15 ハニカム体、16 チューブ、17 穿孔部、18 流入開口部、19 流出開口部 10 Catalytic converter, 11 Catalytic converter housing, 12 1st housing section, 13 2nd housing section, 14 3rd housing section, 15 honeycomb body, 16 tubes, 17 perforations, 18 inflow openings, 19 outflow openings
Claims (11)
触媒コンバータハウジング(11)と、
前記触媒コンバータハウジング(11)の第1ハウジングセクション(12)内に受容された複数のハニカム体(15)であって、排ガスが、第1方向(X1)において前記ハニカム体(15)を通って流れることができる、ハニカム体(15)と、
流入ハウジングセクション(13)を形成する、前記触媒コンバータハウジング(11)の第2ハウジングセクションであって、前記ハニカム体(15)に排ガスを供給するために、排ガスが、第2方向(X2)において前記流入ハウジングセクション(13)を通って流れることができる、第2ハウジングセクションと、
流出ハウジングセクション(14)を形成する、前記触媒コンバータハウジング(11)の第3ハウジングセクションであって、前記ハニカム体(15)から排ガスを放出するために、排ガスが、第3方向(X3)において前記流出ハウジングセクション(14)を通って流れることができる、第3ハウジングセクションと、
を有し、
前記第2方向(X2)が、前記第1方向(X1)に対して垂直に延び、前記第3方向(X3)が、前記第1方向(X1)に対して垂直に又は平行に延びることを特徴とする触媒コンバータ。 A catalytic converter (10) for an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine.
Catalytic converter housing (11) and
A plurality of honeycomb bodies (15) received in the first housing section (12) of the catalytic converter housing (11), and exhaust gas passes through the honeycomb bodies (15) in the first direction (X1). Honeycomb body (15) that can flow,
In the second housing section of the catalytic converter housing (11) forming the inflow housing section (13), the exhaust gas is discharged in the second direction (X2) in order to supply the exhaust gas to the honeycomb body (15). A second housing section, which can flow through the inflow housing section (13),
A third housing section of the catalytic converter housing (11) that forms the outflow housing section (14), in which the exhaust gas is discharged in the third direction (X3) in order to release the exhaust gas from the honeycomb body (15). A third housing section, which can flow through the outflow housing section (14),
Have,
That the second direction (X2) extends perpendicular to the first direction (X1) and the third direction (X3) extends perpendicularly or parallel to the first direction (X1). Characterized catalytic converter.
前記流入ハウジングセクション(13)の体積と、前記流入ハウジングセクション(13)内での前記有孔チューブ(16)の体積と、の間の比が、6:1と4:1との間になり、かつ/又は、
前記流入ハウジングセクション(13)の高さ(h)と、前記有孔チューブ(16)の直径(d)と、の間の比が、1:1と2:1との間になり、かつ/又は、
前記流入ハウジングセクション(13)の幅(b)と、前記有孔チューブ(16)の直径(d)と、の間の比が、2:1と3:1との間になることを特徴とする請求項4又は5に記載の触媒コンバータハウジング。 The ratio between the free-flow cross-sectional area of the perforated portion (17) of the perforated tube (16) and the total surface of the perforated tube (16) is between 1:10 and 1: 5. And / or
The ratio between the volume of the inflow housing section (13) and the volume of the perforated tube (16) within the inflow housing section (13) is between 6: 1 and 4: 1. And / or
The ratio between the height (h) of the inflow housing section (13) and the diameter (d) of the perforated tube (16) is between 1: 1 and 2: 1 and /. Or,
The feature is that the ratio between the width (b) of the inflow housing section (13) and the diameter (d) of the perforated tube (16) is between 2: 1 and 3: 1. The catalytic converter housing according to claim 4 or 5.
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