JP6535249B2 - 尿素水リアクタ - Google Patents

Description

本発明は、尿素水リアクタ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（窒素酸化物）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５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。

また、前記インジェクタ３による尿素水５の添加位置より下流側の排気管１内には、前記インジェクタ３からの尿素水５の噴霧を衝突させて受熱によりアンモニア化を促しつつ分散せしめる尿素水リアクタ６が装備されており、図６に拡大して示す如く、前記尿素水リアクタ６は、相互に組み付けられて格子体９を成す複数の分割プレート７，８と、該分割プレート７，８から成る格子体９を抱持して排気管１途中に内嵌装着される短筒状の固定リング１０とにより構成されている。

より具体的には、図７に尿素水リアクタ６を分解した状態で示している通り、縦方向に延びて横方向に複数列に並ぶ分割プレート７の下流側端における縦方向複数箇所に切れ込み７ａが形成されていると共に、横方向に延びて縦方向に複数段に並ぶ分割プレート８の上流側端における横方向複数箇所に切れ込み８ａが形成されており、分割プレート７を上流側から分割プレート８に組み付けて相互の切れ込み７ａ，８ａ同士を差し込み合わせるようにしてある。

そして、このように各分割プレート７，８を相互に組み付けて成る格子体９を固定リング１０に固定するにあたっては、各分割プレート７，８の端部を固定リング１０の内周面に溶接して固定し、該固定リング１０を排気管１の内周面に固定するにあたっては、固定リング１０を排気管１の内周面に対し溶接して固定するようにしている。

ここで、下流側の複数段の分割プレート８の下流側端には、横方向に二分割した一方の領域で排気ガス４の流れ方向に下り勾配を成すフィン８ｂと、他方の領域で排気ガス４の流れ方向に上り勾配を成すフィン８ｃとが付設されており、排気ガス４の流れに旋回を与えて撹拌するようにもなっている。

尚、この種の尿素水リアクタ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２０１４−１４８８９６号公報

しかしながら、斯かる従来構造にあっては、各分割プレート７，８の端面と固定リング１０の内周面との接触面積が少ないために頑強な溶接部を形成することが難しく、万一、溶接部に破断が生じて各分割プレート７，８が固定リング１０から脱離した場合に下流側への移動を留める術も無いことから、脱離した各分割プレート７，８が衝突して選択還元型触媒１１（図５参照）を損傷する虞れがあり、更には、固定リング１０に格子体９を固定する際に治具による位置決めが必要で製作に手間がかかるという問題もあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、格子体を成す各分割プレートが固定リングから脱離して選択還元型触媒を損傷してしまう事態を確実に回避することが可能で製作も容易な尿素水リアクタを提供することを目的とする。

本発明は、排気管途中の選択還元型触媒とその上流側で尿素水を還元剤として噴射するインジェクタとの間に装備され且つ該インジェクタからの尿素水の噴霧を衝突させて受熱によりアンモニア化を促しつつ分散せしめる尿素水リアクタであって、
相互に組み付けられて格子体を成す複数の分割プレートと、該分割プレートから成る格子体を抱持して排気管途中に内嵌装着される固定リングとを備え、
該固定リングは、上流側端に左右のスリットと上下のスリットを備え、
前記分割プレートは、前記固定リングの上下のスリットに上流側から差し込んで係止される一部の分割プレートと、前記固定リングの左右のスリットに上流側から差し込んで係止されると共に前記一部の分割プレートに差し込んで係止される他部の分割プレートと、前記他部の分割プレートに上流側から差し込んで組み付けられる別部の分割プレートとを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにした場合、固定リングのスリットに一部の分割プレートの端部が差し込まれて係止されることで、この一部の分割プレートが固定リングに対し確実に固定され、万一、各分割プレート同士の固定が外れるような事態が生じたとしても、前記一部の分割プレートがストッパの機能を果たして残りの分割プレートの下流側への移動を阻止するので、各分割プレートが固定リングから脱離して選択還元型触媒を損傷してしまう事態を未然に回避することが可能となる。

また、一部の分割プレートの端部が固定リングのスリットに差し込まれて係止され、残りの分割プレートが前記一部の分割プレートに対し上流側から差し込まれて組み付けられるようになっているため、固定リングに対し各分割プレートを簡便に位置決めすることが可能となり、固定リングに格子体を固定するのに治具による位置決めが不要となって容易に製作を行うことが可能となる。

更に、本発明においては、固定リング直後の排気管をその内径が前記固定リングの外径より小さくなるように縮管することが好ましく、このようにすれば、固定リングが排気管の縮管により下流側への移動を確実に阻止されることになる。

また、本発明においては、格子体が排気ガスの流れを撹拌するフィンを備えていることが好ましく、このようにすれば、排気ガスが格子体を通過する際にフィンにより流れを撹拌されて尿素水の噴霧の分散性が向上し、該尿素水の噴霧のアンモニア化が更に促進されることになる。

上記した本発明の尿素水リアクタによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、格子体を成す各分割プレートが固定リングから脱離して選択還元型触媒を損傷してしまう事態を確実に回避することができ、しかも、固定リングに対し各分割プレートを治具無しで簡便に位置決めすることができて尿素水リアクタを容易に製作することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、固定リング直後の排気管をその内径が前記固定リングの外径より小さくなるように縮管したことにより、固定リングの下流側への移動を確実に阻止することができ、選択還元型触媒が損傷する虞れをより確実に回避することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、フィンにより排気ガスの流れを撹拌して尿素水の噴霧の分散性を向上することができるので、該尿素水の噴霧のアンモニア化を更に促進することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 図１の尿素水リアクタを下流側から見た斜視図である。 図１の尿素水リアクタを上流側から見た斜視図である。 図２の尿素水リアクタを分解した状態で示す斜視図である。 従来例を示す断面図である。 図５の尿素水リアクタを下流側から見た斜視図である。 図６の尿素水リアクタを分解した状態で示す斜視図である。

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〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図５〜図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本形態例においては、先に説明した図５〜図７の従来例と同様に、排気管１途中の選択還元型触媒１１とその上流側で尿素水５を還元剤として噴射するインジェクタ３との間に装備され且つ該インジェクタ３からの尿素水５の噴霧を衝突させて受熱によりアンモニア化を促しつつ分散せしめる尿素水リアクタ１２を対象としており、相互に組み付けられて格子体９を成す複数の分割プレート７，７’，８，８’と、該分割プレート７，７’，８，８’から成る格子体９を抱持して排気管１途中に内嵌装着される固定リング１０とにより前記尿素水リアクタ１２を構成するようにしている。

ただし、ここに図示している例においては、固定リング１０の上流側端にスリット１０ａを形成して該スリット１０ａに一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'の端部を差し込んで係止せしめ且つ該一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'に対し残りの分割プレート７，８を上流側から差し込んで組み付け得るように構成している。

より具体的には、先に従来例として説明した図７の中で縦方向に延びて横方向に複数列に並んでいた分割プレート７のうちの真ん中のものが、本形態例では分割プレート７'として固定リング１０の上下のスリット１０ａに対し上下端部を夫々差し込まれて係止されるようになっていると共に、この分割プレート７'だけが他の分割プレート（別部の分割プレート）７とは逆向きに上流側端に切れ込み７ａ'を形成しており、横方向に延びて縦方向に複数段に並ぶ分割プレート８，８'の下流側端の中央に新たに形成した切れ込み８ｄ，８ｄ'に対し前記各切れ込み７ａ'を差し込み合わせられるようにしてある。

ここで、先に従来例として説明した図７の中で縦方向に複数段に並んでいた分割プレート８のうちの真ん中のものが、本形態例では分割プレート８’として固定リング１０の左右のスリット１０ａに対し左右端部を夫々差し込まれて係止されるようになっており、先に固定リング１０の上下のスリット１０ａに上下端部を差し込んで係止せしめた分割プレート７’に対し、この分割プレート８’を上流側から組み付けて相互の切れ込み７ａ’，８ｄ’同士を差し込み合わせ且つその左右端部を固定リング１０の左右のスリット１０ａに差し込んで係止させるようにしている。

このようにして分割プレート７’，８’を固定リング１０に係止させて十文字のストッパとし、分割プレート７’に残りの段の分割プレート８を上流側から組み付けて相互の切れ込み７ａ’，８ｄ同士を差し込み合わせると共に、これら各段の分割プレート８及び分割プレート８’に残りの列の分割プレート７を上流側から組み付けて相互の切れ込み７ａ，８ａ（８ａ’）同士を差し込み合わせると、これら各分割プレート７，７’，８，８’により格子体９が構成されると共に、該格子体９を固定リング１０により抱持した尿素水リアクタ１２が構成される。尚、各分割プレート７，７’，８，８’の組み付け箇所には、適宜に溶接を施して相互間の固定が図られるようにしておくことは勿論である。

また、横方向に延びて縦方向に複数段に並ぶ分割プレート８，８’の下流側端には、先に従来例として説明した図７の場合と同様に、横方向に二分割した一方の領域で排気ガス４の流れ方向に下り勾配を成すフィン８ｂ，８ｂ’と、他方の領域で排気ガス４の流れ方向に上り勾配を成すフィン８ｃ，８ｃ’とが付設されており、排気ガス４の流れに旋回を与えて撹拌するようにもなっている。

ここで、固定リング１０を排気管１の内周面に固定するにあたっては、固定リング１０を排気管１の内周面に対し溶接して固定すれば十分であるが、特に本形態例においては、固定リング１０直後の排気管１をその内径が前記固定リング１０の外径より小さくなるように縮管し、この排気管１の縮管により固定リング１０が下流側への移動を確実に阻止されるようにしてある。

而して、このようにした場合、固定リング１０のスリット１０ａに一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'の端部が差し込まれて係止されることで、この一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'が固定リング１０に対し確実に固定され、万一、各分割プレート７，７'，８，８'同士の固定が外れるような事態が生じたとしても、前記一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'がストッパの機能を果たして残りの分割プレート７，８の下流側への移動を阻止するので、各分割プレート７，７'，８，８'が固定リング１０から脱離して選択還元型触媒１１（図１参照）を損傷してしまう事態を未然に回避することが可能となる。

また、一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'の端部が固定リング１０のスリット１０ａに差し込まれて係止され、残りの分割プレート７，８が前記一部の分割プレート７'，他部の分割プレート８'に対し上流側から差し込まれて組み付けられるようになっているため、固定リング１０に対し各分割プレート７，７'，８，８'を簡便に位置決めすることが可能となり、固定リング１０に格子体９を固定するのに治具による位置決めが不要となって容易に製作を行うことが可能となる。

更に、本形態例においては、固定リング１０直後の排気管１をその内径が前記固定リング１０の外径より小さくなるように縮管しているので、固定リング１０が排気管１の縮管により下流側への移動を確実に阻止されることになり、また、格子体９が排気ガス４の流れを撹拌するフィン８ｂ，８ｂ’，８ｃ，８ｃ’を備えているので、排気ガス４が格子体９を通過する際にフィン８ｂ，８ｂ’，８ｃ，８ｃ’により流れに旋回を与えられて撹拌されることにより尿素水５の噴霧の分散性が向上し、該尿素水５の噴霧のアンモニア化が更に促進されることになる。

従って、上記形態例によれば、格子体９を成す各分割プレート７，７’，８，８’が固定リング１０から脱離して選択還元型触媒１１（図１参照）を損傷してしまう事態を確実に回避することができ、しかも、固定リング１０に対し各分割プレート７，７’，８，８’を治具無しで簡便に位置決めすることができて尿素水リアクタ１２を容易に製作することができる。

また、特に本形態例においては、固定リング１０直後の排気管１をその内径が前記固定リング１０の外径より小さくなるように縮管したことにより、固定リング１０の下流側への移動を確実に阻止することができ、選択還元型触媒１１が損傷する虞れをより確実に回避することができると共に、フィン８ｂ，８ｂ’，８ｃ，８ｃ’により排気ガス４の流れを撹拌して尿素水５の噴霧の分散性をも向上することができ、これにより尿素水５の噴霧のアンモニア化を更に促進することもできる。

尚、本発明の尿素水リアクタは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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
３ インジェクタ
４ 排気ガス
５ 尿素水
７ 分割プレート
７’ 分割プレート
８ 分割プレート
８ｂ フィン
８ｃ フィン
８’ 分割プレート
８ｂ’ フィン
８ｃ’ フィン
９ 格子体
１０ 固定リング
１０ａ スリット
１１ 選択還元型触媒
１２ 尿素水リアクタ

Claims (3)

1. 排気管途中の選択還元型触媒とその上流側で尿素水を還元剤として噴射するインジェクタとの間に装備され且つ該インジェクタからの尿素水の噴霧を衝突させて受熱によりアンモニア化を促しつつ分散せしめる尿素水リアクタであって、
   相互に組み付けられて格子体を成す複数の分割プレートと、該分割プレートから成る格子体を抱持して排気管途中に内嵌装着される固定リングとを備え、
   該固定リングは、上流側端に左右のスリットと上下のスリットを備え、
   前記分割プレートは、前記固定リングの上下のスリットに上流側から差し込んで係止される一部の分割プレートと、前記固定リングの左右のスリットに上流側から差し込んで係止されると共に前記一部の分割プレートに差し込んで係止される他部の分割プレートと、前記他部の分割プレートに上流側から差し込んで組み付けられる別部の分割プレートとを備えたことを特徴とする尿素水リアクタ。
2. 固定リング直後の排気管をその内径が前記固定リングの外径より小さくなるように縮管したことを特徴とする請求項１に記載の尿素水リアクタ。
3. 格子体が排気ガスの流れを撹拌するフィンを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の尿素水リアクタ。

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