JP4133123B2 - ガス分散方法、ガス分散装置および消音器−触媒システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス分散装置を用いるガスを分散するためのプロセスおよび装置に関する。特に本発明は、ガス分散装置を通して、小さな圧力低下および良好なガス分散を生じる、高速流動ガスの分散に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス分散は、多くの出願において重要であり、特に重要な分野は燃焼システムの排ガス処理である。
【０００３】
ヨ−ロッパのトラック業界の中では、内燃機関からの排ガスが、応用された消音器−触媒システムに接線方向に入るということが基準になっている。必要なシステムが可能な限り小さいことを空間不足が要求するので、この基準は重要である。しかしながら、この基準はガスの分散を強いるし、圧力減少と排ガス流の流れ分布に影響を与える。
【０００４】
均一な流れ分布は、容易に達成でき圧力低下の有効性を備えられる。しかし、前記触媒−消音器ユニットの場合、均一の流れ分布ならびに低減された圧力損失が必要とされる。
【０００５】
さまざまな分散装置が特許文献に載っている。ヨ−ロッパ特許出願第１０２２０４８号明細書では、内燃機関の排気管における排ガスを伴った低減する媒体の混合物の中の均一な分布と均質性を開示している。これは排気管の中で渦巻くガスの動きを発生させる配置された羽根を利用して達成され、さらにこの動きは流れの分布において重力に逆らう。
【０００６】
米国特許第５７２３０４１号明細書では、混合相反応器の反応スペ−スにおいて環状に均一された流れを促進するためのプロセスが記載されている。均一流れは、供給流体をある装置に移送することにより達成できる。この装置は、固定された羽根を備えた外側ハウジングと回転する羽根車の羽根を備えた内部のリサイクルポンプから成る。
【０００７】
さらに、消音器は騒音を低減するための異なるタイプの羽根から成り、たとえばロシア連邦特許第２１１３６００号明細書とソ連特許出願第１７１９６７１号明細書に述べられている。円錐形の渦発生器を使うことは、ガスの回転運動を作るためには、音を弱める効果があるとして、十分述べられてきた。
【０００８】
さらに、さまざまな他のプロセスおよび翼、羽根等なしでこの技術を利用する装置は文献に記載されている。たとえば国際出願第９７０１３８７号明細書を参照のこと。この文書には、連続した長手方向のチャンネルにおける排気ヒュ−ムとそれとは逆の方向における流れとに関して、低減する媒体の反応が記載されている。ヨ−ロッパ特許出願第０８９４５２３号明細書には、混合する要素に関する静的ミキサーが記載されており、混合する要素はミキサ−を通じて流体流れに渦を発生させる。さらにドイツ特許出願第４２０３８０７号明細書にはもう一つのタイプの混合装置が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記に述べたような従来のプロセスには、均一な流れおよび圧力変動の制限を明示するいかなるデザインも含まない。
【００１０】
ゆえに本発明の目的は、ガス分散のためのプロセスおよび装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、ガス分散のための方法と装置を提供し、それが装置に渡り最小限の圧力低下を保証することにある。
【００１２】
しかし、本発明のもう一つの目的はガスの均一な流れを保証するガスの分散のための方法と装置を提供することある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は、本発明により達せられ、渦流室に対して接線方向に配置された入口区間を通してガスを渦流室に送り込み、均一に配置された曲がった多数の羽根から成る構成要素をガスを通過させることによって、渦流室のガスの渦動作を停止させ、羽根の上流部の表面が渦流室の軸に対して直角な平面にあり、羽根の下流部が渦流室の軸に対して平行であり、羽根が半径方向に外側に向かって延びており、渦流室の下流に配置された出口区間を通してガスを通過させるガスを分散する方法において、
構成要素が静止していて、かつプロペラ状であり、一方の端部において軸に取付けられた羽根を備えており、羽根が、各々角度を限定する二つ以上の曲がり部を形成している、少なくとも二つの位置で曲げられたプレートで強化されており、それによりガスの方向が９ ０°の角度で進路を変えることを特徴とするガスを分散する方法を提供する。
【００１４】
さらに本発明は、前記ガス分散方法の応用において有効なガス分散装置を提供する。
【００１５】
本発明によれば、ガス分散装置は、入口区間および出口区間を有する渦流室を備え、入口区間が渦流室に対して接線方向に配置され、さらに出口区間が渦流室の下流に配置され、渦流室が多数の均一に配置された曲がった羽根から成る要素を有し、羽根の上流部の表面が渦流室の軸に対して直角な平面にあり、羽根の下流部が渦流室の軸に平行であり、羽根が半径方向に外側に向かって延びている。
【００１６】
ガス分散は、排ガスを消音器−触媒システムに分散するために、内燃機関と連結して使用される。さらにほかのタイプのシステムにおいてガス分散のために使用され、そこでは制限される圧力変化が、システムの有効機能のために必要となる。
【００１７】
以下に本発明を添付した図面に図示した実施例により詳細に説明する。
【００１８】
【実施の形態】
本発明による方法と装置により、たとえば１００ｍ/・ｓの高い速度のガスの流れる方向が、９０°向きを変えることが可能である。同時に、出口表面区域上で、入口表面区域よりも１０から２０倍広くガスを均一に分散することができる。本発明の装置は、圧力損失を制御するのに役立ち、圧力が極わずかしか落ちないことが観測できる。圧力低下が低減されるのは、ガス分散装置を通過した後に、均一なガスの流れができることと考えられる。
【００１９】
ガス分散装置が消音器の中で使用される場合、装置の軸方向の寸法は入口パイプの直径の最大２．５倍に制限される。このような制限は、純粋に消音器の中の利用できる最小のスペ−スであることとガス分散装置が大き過ぎて消音器に合わなくなるためである。この装置が消音器に設置されれば、装置は触媒床から約１００ｍｍ上流に設置できる。
【００２０】
本発明によれば、ガス分散装置は図１に示され、渦流室１により構成されていて、渦流室１は入口２と出口３を備えている。円筒形の入口は、ガスが渦流室に接線方向に入るように配置されている。この渦流室は静止したプロペラ状の要素を備え、このプロペラ状の要素は多数の均一に配置された曲がった羽根４を有している。図２を参照のこと。
【００２１】
上流部の羽根の表面は、渦流室の軸に対して直角な平面にある。羽根の下流部は、渦流室の軸に対して平行であり、羽根は半径方向に外側へ向かって延びている。
【００２２】
渦流室に入るガスは、まず上流部の羽根の表面に接触する。その後ガスは羽根を通って分散され、そして羽根の下流部にはいり、その下流部は渦流室の軸と平行である。このようにして、ガスの方向は９０°方向転換する。
【００２３】
向きを変えたガスが渦流室の下流に入ると消音器において触媒に出合う。触媒は流れを低減させる働きをし、かつここでは吸気パイプの速度水頭の約１／３の圧力が減少する。
【００２４】
本発明において適用される相関歪度は、偏移（平均値）率として定義され、両方の値は軸方向のガス速度構成要素に関して計算され、ガスは重み関数として働きながら分散される
渦流室において羽根は各々、少なくとも二つの位置で曲げられたプレ−トに形成されている。例えば、このプレ−トはそれぞれの位置で４０°と５０°の角度で曲げられている。図３を参照のこと。プレ−トは一方の端部で軸に固定され、図２で示されるように半径方向に外側へ向かって延びている。
【００２５】
さらに、プレ−トは別の角度で曲げられても良く、さらにそれらは二つ以上の曲げを有してもよい。本発明の実施例では、多数の曲がった羽根を備えた装置であり、プレ−トは上流面と下流面の間で湾曲面を有する。
【００２６】
以下の例は、本発明の方法および装置を示す。
【００２７】
この例において、所定の圧力は速度水頭の単位で計測され、その圧力は入口の異なる区間におけるガスの動圧である。
【００２８】
例
本発明によるガス分散装置の出口区間は、内燃機関の触媒消音器ユニットにおいて触媒から１００ｍｍのところに配置されている。ガス分散装置を通過後の圧力低下および触媒床を通過前後の圧力低下が計測された。
【００２９】
ガス分散装置を通過後および触媒床の表面における圧力低下
：０．８速度水頭
触媒床の内部における圧力低下：０．３５速度水頭
触媒床に対する入口での歪度 ：１０％未満
１０％未満の歪度の値は、ガスが触媒床の表面を横切って良好に分散したことを示す。
【００３０】
比較例
ある同様な実験が行なわれ、そこでは接線方向の入口を有した従来のガス分散装置を使用した。その結果は：
従来の分散装置を通過後および触媒床の表面における圧力低下
：２．６４速度水頭
触媒床の中における圧力低下：０．３４速度水頭
触媒床に対する入口での歪度:・５０％以上
排ガスの触媒反応後、触媒において低い転化が得られることが観測された。これは、触媒床に入る際にガスの流れが弱いためであった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によるガス分散装置およびその方法により、最小限の圧力低下が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガス分散装置の概略図である。
【図２】 ガス分散装置のプレ−トで切った横断面図である。
【図３】 渦流室の典型的な羽根の概略図である。
【符号の説明】
１ 渦流室
２ 入口
３ 出口
４ 羽根

Claims (6)

1. 渦流室（１）に対して接線方向に配置された入口区間（２）を通してガスを渦流室（１）に送り込み、
   均一に配置された曲がった多数の羽根（４）から成る構成要素をガスを通過させることによって、渦流室（１）のガスの渦動作を停止させ、
   羽根（４）の上流部の表面が渦流室の軸に対して直角な平面にあり、羽根（４）の下流部が渦流室の軸に対して平行であり、
   羽根（４）が半径方向に外側に向かって延びており、
   渦流室（１）の下流に配置された出口区間（３）を通してガスを通過させるガスを分散する方法において、
   構成要素が静止していて、かつプロペラ状であり、一方の端部において軸に取付けられた羽根（４）を備えており、羽根（４）が、各々角度を限定する二つ以上の曲がり部を形成している、少なくとも二つの位置で曲げられたプレートで強化されており、それによりガスの方向が９０°の角度で進路を変えることを特徴とするガスを分散する方法。
2. 入口区間（２）および出口区間（３）を有する渦流室（１）を備え、入口区間（２）が渦流室（１）に対して接線方向に配置され、さらに出口区間（３）が渦流室（１）の下流に配置され、渦流室（１）が多数の均一に配置された曲がった羽根（４）から成る構成要素を有し、羽根（４）の上流部の表面が渦流室の軸に対して直角な平面にあり、羽根の下流部が渦流室の軸に平行であり、羽根（４）が半径方向に外側に向かって延びている、請求項１に記載のガス分散方法で使用されるガス分散装置において、
   構成要素が静止していて、かつプロペラ状であり、一方の端部において軸に取付けられた羽根（４）を備えており、羽根（４）が、各々少なくとも二つの位置で曲げられたプレートで強化されており、それにより角度を限定する二つ以上の曲がり部を形成していることを特徴とするガス分散装置。
3. 装置の軸方向の寸法が、入口のパイプの直径の最大２．５倍であることを特徴とする請求項２記載のガス分散装置。
4. 渦流室（１）の羽根（４）が、少なくとも二つの位置で、４０°および５０°の角度でそれぞれ曲げられていることを特徴とする請求項２記載のガス分散装置。
5. 渦流室（１）の羽根（４）が、羽根（４）の上流部の表面と羽根（４）の下流部の間の区間に湾曲面を形成するために曲げられていることを特徴とする請求項２に記載のガス分散装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一つに記載のガス分散装置を備えた内燃機関のための消音器−触媒システム。

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