JP5439472B2 - 排気添加剤処理装置、および同装置で用いる混合器 - Google Patents

Description

本発明は、一種以上の添加剤を気体流に導入することによって排気、または、その他の気体流を処理する装置または器具、および、そのような装置において、多くは触媒の上流で添加剤と排気を混合するために用いられる混合器に関するものである。

望まざる排出物を減少させる目的で、注入部の下流で、装置内における触媒反応を促進させ、または、発生させるために一種以上の添加剤を排気に導入して排気またはその他の気体流を処理することが知られている。既知の或る装置では、触媒反応還元によって排気中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の量を減少させるために、ディーゼル機関の排気中に還元剤が注入される。このような装置では、触媒反応に先立って添加剤が、水に溶解させたアンモニアまたは尿素の形態で投与されることが知られている。これを行う時は、排気と添加剤／還元剤との十分な混合が得られることが重要である。

本発明によれば、機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器が提供される。

本発明の一特徴によれば、前記混合器が、第一壁構造体と、一組の混合翼板を担持し、前記第一壁構造体から半径方向外側に延在する円錐形第二壁構造体とを含む。

一特徴として、前記一組の混合翼板の各混合翼板は台形である。

一特徴では、前記一組の混合翼板の各混合翼板は、前記円錐形壁構造体から半径方向内側に延在する。

一特徴によれば、前記一組の前記混合翼板が穿孔されている。

一特徴として、前記第一壁構造体は、内側の一組の混合翼板を担持する。

一特徴では、前記内側の一組の混合翼板が、前記第二壁構造体に担持されている前記一組の混合翼板とサイズが異なる。

一特徴によれば、前記内側の一組の混合翼板は、前記第二壁構造体に担持されている前記一組の混合翼板と形状が異なる。

一特徴では、前記第一壁構造体が、少なくとも二つの貫通開口を有する。

一特徴として、前記少なくとも二つの貫通開口が、組合い関係のある混合翼板構造を有しない。

一特徴では、前記第一壁構造体は、二つの半月形状開口が形成されたディスク形状体である。

本発明の一特徴によれば、前記混合器が、第一のサイズと形状を有する第一組の混合翼板と、前記第一のサイズと形状と異なる第二のサイズと形状を有し、前記第一組の混合翼板に対して半径方向外側に位置する第二組の混合翼板とを含む。

一特徴として、前記第一組の混合翼板が、それぞれ三角形である。

一特徴では、前記第二組の混合翼板が、それぞれ台形である。

一特徴によれば、前記第一のサイズは、前記第二のサイズの半分よりも小さい。

一特徴として、前記第一組の混合翼板が、ディスク形壁構造体に担持されている。

一特徴では、前記第二組の混合翼板が、円錐形壁構造体に担持されている。

本発明の一特徴によれば、前記混合器が、第一組の三角形の混合翼板と、前記第一組の混合翼板に対して半径方向外側に間隔を置いた第二組の台形混合翼板とを含む。

一特徴として、前記第一組の混合翼板は、前記第二組の混合翼板とサイズが異なる。

一特徴では、前記第一組の前記混合翼板は、それぞれ前記第二組の混合翼板のサイズの半分よりも小さい。

一特徴によれば、前記第一組の混合翼板が、ディスク形壁構造体に担持されている。

一特徴として、前記第二組の混合翼板が、円錐形壁構造体に担持されている。

本発明の一特徴によれば、排気処理装置が提供される。該装置は、排気流路と、該排気流路内に添加剤を導入するために配置された添加剤注入器と、前記排気流路内の前記注入器の下流に配置された前記のいずれかに記載された混合器とを含む。別の特徴として、前記装置は、前記注入器の下流における、前記排気流路内の触媒を含むことができる。

添付された特許請求の範囲および図面を含めて本明細書の全体を読めば、本発明のその他の目的、特徴、および利点が明らかになるだろう。

触媒の上流で排気に添加剤を導入することによって排気を処理する装置を示す図。 図１における２−２線に沿って截断した図１の混合器構成部品の図。 図２における混合器の斜視図。 図２における４−４線に沿う図２の構成部品の側面図。 概ね図２の５−５線に沿って截断した断面図。 図１における混合器構成部品の一代替例の斜視図。 図６における混合器の平面図。 図６における混合器構成部品の側面図。 図２および図７における９−９線のいずれかに沿って截断した部分断面図。 図１の混合器構成部品の一代替例の平面図。 図１０における１１−１１線に沿って截断した断面図。

図１を見ると、矢印Ａで模式的に示された、機関（エンジン）またはその他のガス発生装置１１から出る排気流を処理する装置１０が示されている。装置１０は、流路１２と、一つ以上の添加剤注入器１４と、混合器１６と、選択接触還元（ＳＣＲ）触媒１８の形態の後処理エレメントまたは帯域とを含む。流路１２は、任意の適切な形状で設けることができるが、典型的には排気ダクトまたはパイプおよび／または触媒１８用のハウジングの形態で設けることになるだろうが、マフラーや微粒子フィルタ等のその他の排気処理構造体と組み合わせ、または、一体化することができる。また、一つ（または複数）の添加剤注入器１４は、公知の各種形態中、任意の適切な形態であってよく、図示例では、矢印Ｂで模式的に示されるように、混合器１６および触媒１８の上流で、ディーゼル排気流Ａに試薬溶液（典型的には尿素溶液）を注入することが好ましい。

図２〜図５を見ると、混合器１６は、ディスク形の壁構造体またはノーズ（鼻状部）２０と、壁構造体２０から半径方向外側に向かって環状フランジ２４まで延在する円錐形壁構造体２２とを含み、全ての構成部材２０、２２、２４は、中心軸線２５の周りに同心状に存在し、フランジ２４は、流路１２の円筒状内壁面に係合するサイズになされる。第一組の混合翼板２８（図示例では１０個）が壁構造体２０に担持され、第二組の混合翼板３０（図示例では９個）が壁構造体２２に担持されている。混合翼板２８の各々は対応する開口３２を有し、混合翼板３０の各々は対応する開口３４を有する。任意の適切な構造を採用できるが、混合器１６は、各混合翼板２８、３０の周辺を切断すると同時に対応する開口３２および３４を形成することによって混合翼板２８、３０を形成し、次いで、混合器１６の上流側３６から混合器１６の下流側３８に向かって混合翼板２８、３０を折曲させて、一片の打抜き金属片から形成される単体構成品であることが好ましい。

第一組の混合翼板２８のサイズおよび形状は、第二組の混合翼板３０のサイズおよび形状と異なることが好ましい。この点について、図示例を見ると、第一組の混合翼板２８は三角形であり、第二組の混合翼板３０は台形であり、第一組の混合翼板２８のサイズは第二組の混合翼板３０のサイズの１／４未満であることが判る。混合翼板２８は、混合器１６の所期の寿命期間にわたって構造健全性を維持すべく十分な量の壁構造体２０を開口３２間に維持しながら、それ自体の三角形状を利用して最大密度をもたらすように構成することが好ましい。混合翼板３０は、混合器１６の所期の寿命期間にわたって構造健全性を維持すべく十分な量の壁構造体２２を維持しながら、円周配列形態で構成することが好ましい。

試験により、壁構造体２０、混合翼板２８、および開口３２は、添加剤を霧化および／または気化させる傾向があり、壁構造体２２、混合翼板３０、および開口３４は、排気と添加剤の複合流に渦を生じさせる傾向があり、両現象の組合せによって、従来の混合器と比較して、装置１０による高い混合効率および優れた還元効率が得られることが証明された。

図６〜図８に示される混合器１６の代替例を見ると、円錐形壁構造体２２のサイズが増した分、ディスク形壁構造体２０の直径が減少しており、また、混合翼板２８が取り除かれ、壁構造体２２の細長矩形部分４２によって分離され且つ壁構造体２２のリング状部分４４によって取り囲まれた二つの半月形状開口４０に置き換えられている。各混合翼板３０のサイズは、壁構造体２２のサイズ増大分に対応する量だけ増大しており、混合翼板の数は、９個から６個に減少している。この点について、混合翼板３０の数は、流路１２の内径または内部寸法、所望の背圧、および所望の混合量を含めた各用途の特定のパラメータに大きく依存することに留意することが重要である。各混合翼板３０は、添加剤および排気の混合を促進することが企図された、図６〜図８の円形開口として示される一連の穿孔４６を含むことが好ましい。好適には、各混合翼板３０が壁構造体２２と連なる側辺の両端に応力逃がし部４８が設けられる。

図５、図９に最も良く示されるように、混合器１６の両実施例において、混合翼板２８、３０の曲げ角度α（交差角）は、対応する壁構造体２０または２２に対して１５°〜９０°の範囲にすることができる。この場合も、特定の曲げ角度は、例えば所望の背圧および混合量を含めた各用途の特定のパラメータに大きく依存する。さらに、図１０、図１１から判るように、混合を更に促進するために、混合翼板３０のうちの一つ以上をそれぞれの半径方向の長さに沿って分割して、一方の混合翼板３０ａが第一の曲げ角度α_ａを有し、他方の混合翼板３０ｂが曲げ角度α_ａと異なる曲げ角度α_ｂを有する副混合翼板３０ａ、３０ｂを形成することもできる。

混合器１６の好適例を本明細書に示したが、各用途の特定パラメータに応じて望ましいとされる可能性がある各種変形形態が可能である。例えば、各組の混合翼板２８、３０の一方または両方について、その他の形状、配向、数、配置、サイズ、および相対サイズが望ましいかもしれない。その一例を、図２〜図５の混合翼板３０と、図６〜図８の混合翼板３０との差異として示した。この点について、図２〜図５の混合翼板３０における穿孔４６が望ましいとされる用途もあれば、図６〜図８の実施例の混合翼板３０から穿孔４６を取り除くことが望ましいとされる用途もあり得る。同様に、実施形態によっては、各用途の要件に応じて、応力逃がし部４８を、混合翼板２８、３０の両方に設けることも、応力逃がし部４８を省くこともあり得る。別例として、いくつかの用途では、壁構造体２２の円錐角度を、図２〜図８の実施例に示したものよりも鋭く、または、鈍角にすることが望ましいかもしれない。同様に、任意の特定用途のパラメータに基づいて壁構造体２０のサイズを変更することもできる。

Claims (17)

1. 機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器において、前記排気混合器は、
   その中に形成された複数の流量開口を備えたディスク形状の第一壁構造体と、
   混合翼板のセットを担持する第二壁構造体であって、前記二壁構造体は、円錐形状を有し、前記円錐形状は、前記第一壁構造体から半径方向外側に延在し、前記第一壁構造体と交差しており、前記前記第一壁構造体が、前記円錐形状の先を切り取るようになっている、第二壁構造体とを含む、排気混合器。
2. 前記混合翼板のセットの各混合翼板が台形である請求項１に記載された排気混合器。
3. 前記混合翼板のセットの各混合翼板が、前記円錐形壁構造体から半径方向内側に延在している請求項１に記載された排気混合器。
4. 機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器において、前記排気混合器は、
   その中に形成された複数の流量開口を備えたディスク形状の第一壁構造体と、
   混合翼板のセットを担持する第二壁構造体であって、前記二壁構造体は、円錐形状に形状付けられ、前記第一壁構造体から半径方向外側に延在している、第二壁構造体とを含み、
   前記セットの前記混合翼板が穿孔されている、排気混合器。
5. 機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器において、前記排気混合器は、
   その中に形成された複数の流量開口を備えたディスク形状の第一壁構造体と、
   混合翼板の第一のセットを担持する第二壁構造体であって、前記二壁構造体は、円錐形状に形状付けられ、前記第一壁構造体から半径方向外側に延在している、第二壁構造体とを含み、
   前記第一壁構造体が、混合翼板の第二のセットを担持している、排気混合器。
6. 前記混合翼板の第二のセットは、前記第二壁構造体に担持された前記の混合翼板のセットとサイズが異なる請求項５に記載された排気混合器。
7. 前記混合翼板の第二のセットは、前記第二壁構造体に担持された前記の混合翼板のセットと形状が異なる請求項５に記載された排気混合器。
8. 前記第一壁構造体が、少なくとも二つの貫通開口を有する請求項１に記載された排気混合器。
9. 前記少なくとも二つの貫通開口が、混合翼板構造を有しない請求項８に記載された排気混合器。
10. 前記第一壁構造体が、その中に形成された二つの半月形状開口を有する請求項１に記載された排気混合器。
11. 機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器において、前記排気混合器は、
    第一のサイズおよび形状を有する混合翼板の第一のセットと、
    前記第一のサイズおよび形状と異なる第二のサイズおよび形状を有し、前記混合翼板の第一のセットに対して半径方向外側に位置する混合翼板の第二のセットとを含み、
    前記混合翼板の第一のセットが、ディスク形状の壁構造体に担持されており、前記混合翼板の第二のセットが、円錐形状の壁構造体に担持されている、排気混合器。
12. 前記混合翼板の第一のセットが、それぞれ三角形状である請求項１１に記載された排気混合器。
13. 前記混合翼板の第二のセットが、それぞれ台形である請求項１１に記載された排気混合器。
14. 機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器において、前記排気混合器は、
    三角形の混合翼板の第一のセットと、
    前記混合翼板の第一のセットに対して半径方向外側に間隔を置いた台形状の混合翼板の第二のセットとを含み、
    前記混合翼板の第一のセットが、ディスク形状の壁構造体に担持されており、前記混合翼板の第二のセットが、円錐形状の壁構造体に担持されている、排気混合器。
15. 前記混合翼板の第一のセットは、前記混合翼板の第二のセットとサイズが異なる請求項１４に記載された排気混合器。
16. 前記第一のセットの前記混合翼板は、それぞれ前記第二のセットの混合翼板のサイズの半分よりも小さい請求項１４に記載された排気混合器。
17. 機関排気装置内の添加剤注入器の下流で使用される排気混合器において、前記排気混合器は、
    その中に形成された複数の流量開口を備えたディスク形状の第一壁構造体と、
    混合翼板のセットを担持する第二壁構造体であって、前記二壁構造体は、円錐形状に形状付けられ、前記第一壁構造体から半径方向外側に延在している、第二壁構造体とを含み、
    前記混合翼板のセットのうちの少なくとも１つの混合翼板が、少なくとも一対の副混合翼板を形成するように分割されており、前記副混合翼板の各々が、他方の前記副混合翼板とは異なる、前記第二壁構造体との交差角を有する、排気混合器。

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