JP6746529B2 - リアクタ - Google Patents

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Description

本発明は、上流側から吹き付けられた添加剤の噴霧を衝突させて受熱により気化を促す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、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
ここで、尿素水からアンモニアへの転化を効率良く進めるにあたっては、尿素水の気化を積極的に促進してアンモニア生成の実質的な化学反応を進める必要があり、図５に示す如く、排気管ａの途中の屈曲部ｂ（排気ガスｃが曲折して流れる流れ変更部）にリアクタｄを設置し、該リアクタｄに対し上流側からインジェクタｅにより尿素水ｆを吹き付け、該尿素水ｆの噴霧を前記リアクタｄの複数枚の整流羽根ｇに衝突させて受熱により気化を促すようにした技術が本発明の発明者の一部により既に提案されている（下記の特許文献１を参照）。
より具体的には、屈曲部ｂの上流側から向かってくる排気ガスｃの流入方向（図５中の矢印ｘを参照）と、前記屈曲部ｂの下流側へ抜け出る排気ガスｃの流出方向（図５中の矢印ｙを参照）とが成す角度を略二等分する方向へ並ぶように複数枚の整流羽根ｇを配列した構造を採用している。
ここで、前記各整流羽根ｇは、前記屈曲部ｂを曲折して流れる排気ガスｃの流れに沿う取り付け姿勢を成すように取り付けられていると共に、各整流羽根ｇの下流側には、排気ガスｃの流れを屈曲部ｂからの流出方向へ案内するフィンｈが形成されており、前記屈曲部ｂを曲折して流れる排気ガスｃに対し整流効果を与えるようにしてある。
特開２０１５−２１８６８７号公報
しかしながら、斯かる従来提案にあっては、各整流羽根ｇの配列状態や取り付け姿勢について概念的に説明されているだけで、各整流羽根ｇの支持形態について具体的な技術開示は成されていなかったが、単純に屈曲部ｂの流路壁に対し各整流羽根ｇを溶接等で取り付けようとしても、排気ガスｃの屈曲部ｂに対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ各整流羽根ｇを並べて適切な取り付け姿勢を取らせるのに何らかの治具による位置決めが必要となり、この位置決めに手間がかかってリアクタｄを容易に製作できないことが懸念されている。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、各整流羽根の治具による位置決めが不要で容易に製作することが可能なリアクタを提供することを目的とする。
本発明は、排気系の排気ガスが曲折して流れる流れ変更部に設置され且つ該流れ変更部の上流側から吹き付けられた添加剤の噴霧を衝突させて受熱により気化を促すリアクタであって、排気ガスの前記流れ変更部に対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ並ぶように配列される複数枚の整流羽根と、該各整流羽根の両端部を支持して前記流れ変更部内に収容される支持体とを備え、前記各整流羽根が前記支持体により前記流れ変更部の流路壁から離間して支持され、前記支持体が前記各整流羽根の並び方向に斜辺を成す一対の対向側壁を有し且つ該各対向側壁の前記斜辺に複数段の差込口が形成されており、該各差込口に前記各整流羽根が上流側から両端部を差し込まれて組み付けられ且つその組み付け状態にて前記各整流羽根が排気ガスの流れに沿う取り付け姿勢を成すように形成されている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に、支持体における各対向側壁の斜辺に形成した複数段の差込口に対し各整流羽根の両端部を上流側から差し込むと、該各整流羽根が排気ガスの流れに沿う取り付け姿勢を成すように規定されながら簡便に組み付けられ、特に治具を用いて各整流羽根を位置決めするような措置を講じなくても、排気ガスの流れ変更部に対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ各整流羽根を並べて適切な取り付け姿勢で配列支持させることが可能となる。
また、本発明においては、各整流羽根の下流側に排気ガスの流れを流れ変更部からの流出方向へ案内するフィンが形成されていることが好ましく、このようにすれば、各整流羽根の間を通過することで整流化された排気ガスの流れがフィンにより前記流れ変更部の流出方向へ向けて円滑に案内される。
更に、本発明においては、支持体の下流側に流れ変更部の流路壁に内嵌装着される固定リングが付設されていることが好ましく、このようにすれば、予め各整流羽根と支持体とで組み上げたリアクタを流れ変更部内に収容させて固定するに際し、固定リングを流れ変更部の流路壁に内嵌装着させるだけでリアクタが簡便に固定される。
上記した本発明のリアクタによれば、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、支持体における各対向側壁の斜辺に形成した複数段の差込口に各整流羽根の両端部を上流側から差し込んで簡便に組み付けを行うことができ、その組み付けにより前記各整流羽根が排気ガスの流れに沿う取り付け姿勢を成すように規定することもできるので、排気ガスの流れ変更部に対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ並ぶように各整流羽根を配列支持するにあたり、各整流羽根の治具による位置決めを不要として容易にリアクタの製作を行うことができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、各整流羽根の間を通過することで整流化された排気ガスの流れをフィンにより前記流れ変更部の流出方向へ向けて円滑に案内することができ、各整流羽根による整流効果を更に高めて圧力損失の更なる低減化を図ることができる。
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、予め各整流羽根と支持体とで組み上げたリアクタを流れ変更部内に収容させて固定するにあたり、固定リングを流れ変更部の流路壁に内嵌装着させるだけでリアクタを簡便に固定することができる。
本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向の矢視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視の断面図である。 図３のリアクタの詳細を示す斜視図である。 従来例について概念的に示す断面図である。
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は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、以下に詳述する如き排気浄化装置に適用した例を示しており、より具体的には、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１を逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒４の入側に導入する連絡流路７を備えた排気浄化装置を対象とし、前記連絡流路７の最上流部における流れ変更部を適用箇所としてリアクタ８を設置した例としてある。
即ち、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１を排気出口９から抜き出して前記選択還元型触媒４の入側へ導く連通管７Ｂと、該連通管７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されている。
そして、図２に示す如く、前記ガス集合室７Ａの排気出口９は、前記ガス集合室７Ａの真下から選択還元型触媒４に近づく側へ所要角度ずれた斜め下方に向けて開口するようになっており、該排気出口９と対峙する前記ガス集合室７Ａの斜め上方位置には、前記排気出口９に向けて尿素水１０を噴射し得るようインジェクタ１１が傾斜配置され、前記ガス集合室７Ａの排気出口９には、前記インジェクタ１１により吹き付けられた尿素水１０の噴霧を衝突させて受熱により気化を促すリアクタ８が設けられている。
ここで、図３に示す如く、前記連絡流路７の最上流部にあるガス集合室７Ａが、本形態例におけるリアクタ８の適用箇所を成す流れ変更部（排気ガス１が曲折して流れる箇所）となっており、前記リアクタ８は、排気ガス１の前記ガス集合室７Ａに対する流入方向（図３中の矢印ｘを参照）と流出方向（図３中の矢印ｙを参照）とが成す角度を略二等分する方向へ並ぶように配列される複数枚の整流羽根１２と、該各整流羽根１２の両端部を支持して前記ガス集合室７Ａ内に収容される支持体１３とを備えている。
そして、特に図４に示す如く、前記支持体１３が前記各整流羽根１２の並び方向に斜辺を成す一対の対向側壁１３ａ，１３ａを有しており、これら各対向側壁１３ａ，１３ａの前記斜辺に複数段の差込口１４が形成され、該各差込口１４に前記各整流羽根１２が上流側から両端部を差し込まれて組み付けられ且つその組み付け状態にて前記各整流羽根１２が排気ガス１の流れに沿う取り付け姿勢（排気ガス１の流れ解析により設定される圧力損失の少ない姿勢）を成すように形成されており、しかも、特に本形態例にあっては、各整流羽根１２の両端部を除く下流側に、排気ガス１の流れをガス集合室７Ａからの流出方向へ案内するフィン１２ａが形成されている。
また、前記各対向側壁１３ａ，１３ａ同士は、前記各整流羽根１２の下流側で排気ガス１の流入方向に対し遮蔽面を成す後背壁１３ｂにより繋がれており、前記各対向側壁１３ａ，１３ａ及び前記後背壁１３ｂの下流側には、ガス集合室７Ａの流出方向へ向け筒形を成して該ガス集合室７Ａの排気出口９にて流路壁に内嵌装着される固定リング１３ｃが一体的に連続するよう装備されている。そして、これら各対向側壁１３ａ，１３ａと前記後背壁１３ｂと前記固定リング１３ｃとを備えた支持体１３により、前記各整流羽根１２が前記ガス集合室７Ａの流路壁から離間して支持されるようになっている。
尚、先の図１で例示している排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１５が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１６が装備されている。
而して、このようにリアクタ８を構成した場合、支持体１３における各対向側壁１３ａ，１３ａの斜辺に形成した複数段の差込口１４に対し各整流羽根１２の両端部を上流側から差し込むと、該各整流羽根１２が排気ガス１の流れに沿う取り付け姿勢を成すように規定されながら簡便に組み付けられ、特に治具を用いて各整流羽根１２を位置決めするような措置を講じなくても、排気ガス１のガス集合室７Ａに対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ各整流羽根１２を並べて適切な取り付け姿勢で配列支持させることが可能となる。
また、特に本形態例においては、各整流羽根１２の下流側に排気ガス１の流れをガス集合室７Ａからの流出方向へ案内するフィン１２ａが形成されているので、各整流羽根１２の間を通過することで整流化された排気ガス１の流れがフィン１２ａにより前記ガス集合室７Ａの流出方向へ向けて円滑に案内される。
更に、支持体１３の下流側にガス集合室７Ａの流路壁に内嵌装着される固定リング１３ｃが付設されているので、予め各整流羽根１２と支持体１３とで組み上げたリアクタ８をガス集合室７Ａ内に収容させて固定するに際し、固定リング１３ｃをガス集合室７Ａの流路壁に内嵌装着させるだけでリアクタ８が簡便に固定される。
従って、上記形態例によれば、支持体１３における各対向側壁１３ａ，１３ａの斜辺に形成した複数段の差込口１４に各整流羽根１２の両端部を上流側から差し込んで簡便に組み付けを行うことができ、その組み付けにより前記各整流羽根１２が排気ガス１の流れに沿う取り付け姿勢を成すように規定することもできるので、排気ガス１のガス集合室７Ａに対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ並ぶように各整流羽根１２を配列支持するにあたり、各整流羽根１２の治具による位置決めを不要として容易にリアクタ８の製作を行うことができる。
また、各整流羽根１２の下流側に排気ガス１の流れをガス集合室７Ａからの流出方向へ案内するフィン１２ａが形成されているので、各整流羽根１２の間を通過することで整流化された排気ガス１の流れをフィン１２ａにより前記ガス集合室７Ａの流出方向へ向けて円滑に案内することができ、各整流羽根１２による整流効果を更に高めて圧力損失の更なる低減化を図ることができる。
更に、支持体１３の下流側にガス集合室７Ａの流路壁に内嵌装着される固定リング１３ｃが付設されているので、予め各整流羽根１２と支持体１３とで組み上げたリアクタ８をガス集合室７Ａ内に収容させて固定するにあたり、固定リング１３ｃをガス集合室７Ａの流路壁に内嵌装着させるだけでリアクタ８を簡便に固定することもできる。
尚、本発明のリアクタは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図１〜図４を用いた形態例の説明では、添加剤が尿素水である場合について説明しているが、選択還元型触媒が、酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣガスと反応せしめる性質を備えたものである場合には、添加剤が燃料であっても良く、更には、選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加する添加剤でなくても良く、気化を要する様々な添加剤について適用することが可能であること、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 排気ガス
７Ａ ガス集合室（流れ変更部）
８ リアクタ
１０ 尿素水（添加剤）
１２ 整流羽根
１２ａ フィン
１３ 支持体
１３ａ 対向側壁
１３ｃ 固定リング
１４ 差込口

Claims (3)

  1. 排気系の排気ガスが曲折して流れる流れ変更部に設置され且つ該流れ変更部の上流側から吹き付けられた添加剤の噴霧を衝突させて受熱により気化を促すリアクタであって、排気ガスの前記流れ変更部に対する流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分する方向へ並ぶように配列される複数枚の整流羽根と、該各整流羽根の両端部を支持して前記流れ変更部内に収容される支持体とを備え、前記各整流羽根が前記支持体により前記流れ変更部の流路壁から離間して支持され、前記支持体が前記各整流羽根の並び方向に斜辺を成す一対の対向側壁を有し且つ該各対向側壁の前記斜辺に複数段の差込口が形成されており、該各差込口に前記各整流羽根が上流側から両端部を差し込まれて組み付けられ且つその組み付け状態にて前記各整流羽根が排気ガスの流れに沿う取り付け姿勢を成すように形成されていることを特徴とするリアクタ。
  2. 各整流羽根の下流側に排気ガスの流れを流れ変更部からの流出方向へ案内するフィンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクタ。
  3. 支持体の下流側に流れ変更部の流路壁に内嵌装着される固定リングが付設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクタ。
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