JP5990025B2 - ミキシング構造 - Google Patents

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Description

本発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加した尿素水を排気ガスと混合させるためのミキシング構造に関するものである。
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が難しいため、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが提案されている。
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに加水分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
そして、選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に尿素水を添加する従来技術として図７に示す如きものがあり、ここに図示している例においては、排気管１の外周部に上流側へ向け斜めに張り出す膨出部２を設け、該膨出部２の上流側にインジェクタ３を下流側に向け斜めに装着して排気管１内に臨ませ、このインジェクタ３を高温の排気ガス４の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水５を添加するようにしている。
この際、前記膨出部２直後の排気管１内には、排気ガス４の流れ方向に平面を成す薄板を格子状に組んだミキサ６が配設されており、排気ガス４の流れに晒されて高温となった前記ミキサ６にインジェクタ３から尿素水５を吹き付けることにより、尿素水５を微細化し且つ熱を加えてアンモニアへの転化を促進するようになっている。
尚、この種のミキシング構造に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
特開２０１０−２０３２４８号公報
しかしながら、比較的大きな容積を成す選択還元型触媒を、限られた配置空間内に周辺機器や構造物との干渉を避けながらコンパクトにレイアウトするにあたっては、排気管１の屈曲部１ａの直後にインジェクタ３を装備しなければならない場合があるが、このような場合に、排気ガス４が前記屈曲部１ａの通過時に曲がり方向の外側に偏って流れてしまい、この偏った排気ガス４の流れの勢いに押されて尿素水５が排気管１の内壁に沿うような流れを形成し、尿素水５の良好な分散を図ることができなくなるという問題が生じ、尿素水５をミキサ６に均一に吹き付けることができなくなることでアンモニア転化の効率が低下したり、アンモニア転化していない尿素水５やその過程で生成される物質が排気管１の内壁に付着することで尿素水５由来の物質の析出や腐食性の高い中間生成物の生成による材料腐食が誘導されてしまう虞れがあった。
尚、排気管１の屈曲部１ａからインジェクタ３の尿素水５の添加位置までの距離Ｌを十分に離して長く確保することができれば、前述の如き排気ガス４の流れの偏りを改善することが可能となるが、それでは選択還元型触媒のコンパクトなレイアウトが難しくなって搭載性が悪化するという本末転倒の結果を招きかねない。
即ち、尿素水５の反応時間を稼ぐためには、寧ろインジェクタ３の尿素水５の添加位置から下流側の選択還元型触媒までの距離を可能な限り長くする必要があるが、排気管１の屈曲部１ａからインジェクタ３の尿素水５の添加位置までの距離Ｌを長くしてしまうことは、そのような措置を採ることを難しくすることを意味している。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気管の屈曲部の直後にインジェクタを装備しても尿素水を良好に分散し得るミキシング構造を提供することを目的としている。
本発明は、排気管の屈曲部の直後にインジェクタを装備し且つ該インジェクタにより尿素水を前記排気管内に噴射して混合せしめるミキシング構造において、前記屈曲部より上流側の排気管の管径に対し下流側の排気管の管径が相対的に大きくなるように構成し且つその上流側の排気管と下流側の排気管とを下流側へ向い管径を漸増させた前記屈曲部を介して接続し、前記インジェクタより下流側の排気管内に排気ガスの流れ方向に平面を成す薄板を格子状に組んだミキサを配設し、前記インジェクタから尿素水を前記ミキサに吹き付け得るよう構成したことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、相対的に管径の小さな排気管を流れていた排気ガスが屈曲部を経て相対的に管径の大きな排気管に導入されることで流速が下がり、前記排気管の屈曲部の曲がり方向の外側に向かう偏った流れの勢いが鈍化され、偏った排気ガスの流れの勢いに押されて尿素水が排気管の内壁に沿うような流れを形成することが起こり難くなり、インジェクタから噴射される尿素水が排気ガス中に分散し易くなる。
更に、本発明においては、屈曲部の曲がり方向外周側に、排気ガスの曲がり方向外周側へ向かう流れを抑え込んで流速分布の偏りを是正する凹み部を形成することが可能であり、このようにすれば、排気管の屈曲部を通過する排気ガスの曲がり方向外側に向かう流れが前記凹み部により抑え込まれ、排気管の中心側へ向かう排気ガスの流れが誘導されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガスが偏って流れてしまう傾向が是正され、排気ガスの流れ分布の偏りが改善される。
この結果、偏った排気ガスの流れの勢いに押されて尿素水が排気管の内壁に沿うような流れを形成することがより一層起こり難くなり、インジェクタから噴射される尿素水が排気ガス中に分散し易くなる。
また、本発明においては、屈曲部の内部に、排気ガスの曲がり方向外周側へ向かう流れを抑え込んで流速分布の偏りを是正するバッフルプレートを配置することが可能であり、このようにすれば、排気管の屈曲部を通過する排気ガスの曲がり方向外側に向かう流れの一部が前記バッフルプレートにより強制的に排気管の中心側へ案内されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガスが偏って流れてしまう傾向が是正され、排気ガスの流れ分布の偏りが改善される。
この結果、偏った排気ガスの流れの勢いに押されて尿素水が排気管の内壁に沿うような流れを形成することがより一層起こり難くなり、インジェクタから噴射される尿素水が排気ガス中に分散し易くなる。
上記した本発明のミキシング構造によれば、排気管の屈曲部の直後にインジェクタを装備しても尿素水の良好な分散を図ることができ、尿素水のアンモニア転化の効率を向上することができると共に、アンモニア転化していない尿素水やその過程で生成される物質が排気管の内壁に付着することで尿素水由来の物質の析出や腐食性の高い中間生成物の生成による材料腐食が誘導されてしまう虞れを大幅に抑制することができるという優れた効果を奏し得る。
本発明の第一形態例を示す概略図である。 本発明の第二形態例を示す概略図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向の矢視図である。 本発明の第三形態例を示す概略図である。 図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。 本発明の第四形態例を示す概略図である。 従来例を示す概略図である。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第一形態例を示すもので、ここに図示している例では、前述の図７に示す従来例の場合と同様に、屈曲部１ａの直後の排気管１における外周部に上流側へ向け斜めに張り出す膨出部２を設け、該膨出部２の上流側にインジェクタ３を下流側に向け斜めに装着して排気管１内に臨ませ、このインジェクタ３を高温の排気ガス４の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水５を添加するようにしており、前記膨出部２直後の排気管１内には、排気ガス４の流れ方向に平面を成す薄板を格子状に組んだミキサ６を配設しているが、前記屈曲部１ａより上流側の排気管１の管径Ｄeに対し下流側の排気管１の管径Ｄpが相対的に大きくなるように構成している。
而して、このようにすれば、相対的に管径の小さな排気管１を流れていた排気ガス４が屈曲部１ａを経て相対的に管径の大きな排気管１に導入されることで流速が下がり、前記排気管１の屈曲部１ａの曲がり方向の外側に向かう偏った流れの勢いが鈍化され、偏った排気ガス４の流れの勢いに押されて尿素水５が排気管１の内壁に沿うような流れを形成することが起こり難くなり、インジェクタ３から噴射される尿素水５が排気ガス４中に分散し易くなる。
従って、上記形態例によれば、排気管１の屈曲部１ａの直後にインジェクタ３を装備しても尿素水５の良好な分散を図ることができ、尿素水５をミキサ６に均一に吹き付けることができてアンモニア転化の効率を向上することができると共に、アンモニア転化していない尿素水５やその過程で生成される物質が排気管１の内壁に付着することで尿素水５由来の物質の析出や腐食性の高い中間生成物の生成による材料腐食が誘導されてしまう虞れを大幅に抑制することができる。
また、図２及び図３は本発明の第二形態例を示すもので、この第二形態例においては、屈曲部１ａの曲がり方向外周側に、排気ガス４の曲がり方向外周側へ向かう流れを抑え込んで流速分布の偏りを是正する凹み部７を追加した構成となっており、特に図２の例の場合は、屈曲部１ａの曲がり方向外周側に部分的な凹曲面を成す凹み部７を形成した例を示している。
このようにすれば、排気管１の屈曲部１ａを通過する排気ガス４の曲がり方向外側に向かう流れが前記凹み部７により抑え込まれ、排気管１の中心側へ向かう排気ガス４の流れが誘導されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガス４が偏って流れてしまう傾向が是正され、排気ガス４の流れ分布の偏りが改善される。
更に、図４及び図５は本発明の第三形態例を示すもので、この第三形態例においては、先の第二形態例における部分的な凹曲面を成す凹み部７（図２及び図３参照）を、屈曲部１ａの曲がり方向外周側を全体的に扁平な楕円状に潰して凹み部８とした例を示しており、このようにした場合にも、排気管１の屈曲部１ａを通過する排気ガス４の曲がり方向外側に向かう流れが前記凹み部８により抑え込まれ、排気管１の中心側へ向かう排気ガス４の流れが誘導されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガス４が偏って流れてしまう傾向が是正され、排気ガス４の流れ分布の偏りが改善される。
また、図６は本発明の第四形態例を示すもので、この第四形態例においては、屈曲部１ａの内部に、排気ガス４の曲がり方向外周側へ向かう流れを抑え込んで流速分布の偏りを是正するバッフルプレート９を配置した構成となっている。
このようにした場合にも、排気管１の屈曲部１ａを通過する排気ガス４の曲がり方向外側に向かう流れの一部が前記バッフルプレート９により強制的に排気管１の中心側へ案内されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガス４が偏って流れてしまう傾向が是正され、排気ガス４の流れ分布の偏りが改善される。
以上に述べた通り、第二形態例〜第四形態例の何れにおいても、排気ガス４の流れ分布の偏りが改善され、偏った排気ガス４の流れの勢いに押されて尿素水５が排気管１の内壁に沿うような流れを形成することがより一層起こり難くなり、インジェクタ３から噴射される尿素水５が排気ガス４中に分散し易くなるので、先の第一形態例の場合と同様に、排気管１の屈曲部１ａの直後にインジェクタ３を装備しても尿素水５の良好な分散を図ることができ、尿素水５をミキサ６に均一に吹き付けることができてアンモニア転化の効率を向上することができると共に、アンモニア転化していない尿素水５やその過程で生成される物質が排気管１の内壁に付着することで尿素水５由来の物質の析出や腐食性の高い中間生成物の生成による材料腐食が誘導されてしまう虞れを大幅に抑制することができる。
尚、本発明のミキシング構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、インジェクタの下流側に配置される選択還元型触媒の向きや他のパティキュレートフィルタ等との組み合わせは任意であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 排気管
１ａ 屈曲部
３ インジェクタ
４ 排気ガス
５ 尿素水
７ 凹み部
８ 凹み部
９ バッフルプレート
Ｄe 管径
Ｄp 管径

Claims (3)

  1. 排気管の屈曲部の直後にインジェクタを装備し且つ該インジェクタにより尿素水を前記排気管内に噴射して混合せしめるミキシング構造において、前記屈曲部より上流側の排気管の管径に対し下流側の排気管の管径が相対的に大きくなるように構成し且つその上流側の排気管と下流側の排気管とを下流側へ向い管径を漸増させた前記屈曲部を介して接続し、前記インジェクタより下流側の排気管内に排気ガスの流れ方向に平面を成す薄板を格子状に組んだミキサを配設し、前記インジェクタから尿素水を前記ミキサに吹き付け得るよう構成したことを特徴とするミキシング構造。
  2. 屈曲部の曲がり方向外周側に、排気ガスの曲がり方向外周側へ向かう流れを抑え込んで流速分布の偏りを是正する凹み部を形成したことを特徴とする請求項１に記載のミキシング構造。
  3. 屈曲部の内部に、排気ガスの曲がり方向外周側へ向かう流れを抑え込んで流速分布の偏りを是正するバッフルプレートを配置したことを特徴とする請求項１に記載のミキシング構造。
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