JPH10509646A - 排気ガス浄化装置用予混合室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 予混合室（４）は排気ガス浄化装置に対する噴霧装置（２）の構成部品であり、例えば圧縮空気のような圧縮ガス（２０）を例えば尿素溶液のような還元剤（８）と混合するために使用される。これは気化器の原理に基づいて構成されている。従って圧縮ガス（２０）の案内通路（５２）は狭隘部（５８）を備え、還元剤（８）の案内通路（６０）はこの狭隘部（５８）の範囲に開口している。これによって、混合領域の範囲に還元剤（８）に由来する付着物が付着しないことが保証される。この予混合室（４）は特に、制御形ディーゼル触媒を備えた走行車の排気ガス浄化装置および約１０００ｋＷ（機械出力）までの定置形ディーゼルエンジンに対して用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 排気ガス浄化装置用予混合室 本発明は、圧縮空気のような圧縮ガスを尿素溶液あるいはアンモニア水のよう な還元剤と混合するための排気ガス浄化装置用予混合室に関する。この予混合室 は特に内燃機関において調節形あるいは制御形ディーゼル触媒（ＧＤＫ）を備え た排気ガス浄化装置に採用されている。この予混合室はまた例えば機械出力が１ ０００ｋＷまでの定置形ディーゼルエンジンにおける排気ガス浄化装置にも採用 できる。 内燃機関の排気ガス内に含まれる有害物質特に窒素酸化物を滅少するために、 調節形あるいは制御形ディーゼル触媒（ＧＤＫ）の原理が有利な技術であること は判明している。この技術は特に例えばディーゼルエンジンおよび希薄混合気形 エンジンのように過剰空気で運転される内燃機関に採用される。主として選択触 媒還元法（ＳＣＲ）に基づくこの技術はこれまでに例えばドイツ特許出願Ｐ４３ ０９８９１．６号、Ｐ４３１０９２６．８号およびＰ４３１５２７８．３号明細 書のような多くの刊行物で知られている。ＳＣＲ法の場合窒素酸化物はアンモニ アと一緒に選択触媒に接触し、そこで環境に優しい窒素と水とに変換される。 アンモニアの使用には危険が伴い即ち毒性があり、またアンモニアは悪臭を発 生するので、ＧＤＫ装置を備えた内燃機関においてアンモニアそのものを走行車 に搭載することはできない。窒素酸化物を触媒変換するために必要な還元剤は水 性尿素溶液の形で走行車に携行される。この水性尿素溶液から、加水分解によっ てその都度その瞬間において丁度窒素酸化物の変換にとって必要な量のアンモニ アが発生される。例えば発電所の奥にある定置形煙道ガス浄化装置の場合、純粋 なアンモニアあるいはアンモニア水が使用される。 ドイツ特許出願公開第４４１７２３８号明細書において、トラック用ディーゼ ルエンジンの排気管を、漏斗状の孔開き板がその山に配置されている円筒状入口 室の横に直接接続することが提案されている。その漏斗の最狭個所に、水性尿素 溶液を漏斗の内室に噴射する噴射弁が設けられている。このようにして入口室の 全断面にわたって排気ガス内に尿素溶液が一様に分布される。この入口室には加 水分解触媒、ＤｅＮＯ_x触媒および場合によっては酸化触媒が接続されている。 ヨーロッパ特許出願公開第０５８６９１３号明細書に記載されている本発明の 冒頭に述べた方式は上述のものとは異なっている。噴霧すべき媒体即ち反応剤で ある尿素を有害物質を含む排気ガス流の中に入れる前に十分に霧化するために、 混合装置あるいは予混合室が設けられている。この予混合室の中には、媒体およ び空気のような圧縮ガスが互いに緊密に混合されるために即ち乳濁液を形成する ために導入される。予混合室は唯一の混合管あるいは配管を介して噴霧ノズルに 接続され、この噴霧ノズル自体は排気ガス流内に配置されている。このヨーロッ パ特許出願公開明細書の図２における予混合室では圧縮ガスは媒体流に対し横方 向にあるいは接線方向に衝突する。この予混合および噴射によって、還元剤液を 正に良好に排気ガス流に分布することができる。その場合圧縮ガスの使用は高温 の排気ガス流内に存在する噴射ノズルを冷却する作用をも生じさせる。もっとも ＮＯ_xを減少するために水性尿素溶液を噴射する際に噴霧装置を利用する際に、 尿素結晶物および排気ガス残滓が付着するという問題が生ずる。この欠点を除去 するために、尿素と接触する噴霧装置の表面部分を触媒層で被覆することが提案 されている。そのノズルを補助的に白金メッキすることおよび／又は加熱するこ とも考えられる。しかしこの補助手段はかなりの経費がかかる。 噴霧装置において上述の予混合室は特に上述の付着の危険がある。即ち、接線 方向に衝突させる目的で予混合室の横に接続されている空気配管に乾いた尿素が 付着することが判明している。その乾いた尿素は、特に長時間の連続運転の際に 空気配管を詳しくは予混合室への開口の直前で閉塞させる。これによって予混合 室内の圧力状態が変化するので、尿素溶液の供給量に狂いが生ずる。これは必ず 避けなければならない。 ドイツ特許出願公開第４２２１３６３号明細書からも、圧縮ガスと還元剤との 均質な混合物を発生するための予混合室が知られている。この場合、還元剤のた めの案内管が圧縮ガスの流れ方向に垂直に圧縮ガスの案内管の中に突出し、その 案内管は出口に向かって漏斗状に拡げられている。しかしこれでは、還元剤が圧 縮ガスの流れ方向と逆向きにも流れ、そこで付着物を形成することが避けられな い。噴射ガンの原理に基づいて作動するこの種の予混合室は効率も低い。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の予混合室を、上述の付着物が避けられ、 従って供給量の狂いが避けられるように形成することにある。 この課題は本発明によれば、予混合室が気化器の原理に基づいて構成されるこ とによって解決される。この気化器の原理は特に自動車の内燃機関で既に知られ ている。その場合、還元剤が圧縮ガスの方向に対して平行に出口開口を通して流 れるように、還元剤案内通路は圧縮ガスの流れ方向に対して平行にあるいは接線 方向に圧縮ガスの案内通路の中に突出している。 本発明は、尿素溶液あるいはアンモニア水のような液状の還元剤が空気のよう な圧縮ガスに、圧縮ガスの流れが加速されて相応の低圧が生ずる個所に一定量で 衝突するようにするという考えに基づいている。このことは気化器の原理におい て例えば平行に導かれる還元剤案内通路の出口開口の周りに圧縮ガスを流すこと によって達成される。還元剤案内通路（還元剤の流れ経路）の開口から見て流れ に対杭する圧縮ガスの圧力が増大するので、圧縮ガス案内通路（圧縮ガスの流れ 経路）への液状の還元剤の流入は避けられる。従って、特に圧縮ガスを尿素溶液 あるいはアンモニア水と混合するために適している特に簡単な構造原理が生ずる 。 その場合特に、圧縮ガス案内通路が狭隘部を備え、この狭隘部の範囲に還元剤 案内通路が開口していることが提案される。ここで用語「案内通路」とは例えば 配管、通路、孔、管あるいは毛細管などのあらゆる形式の流れ経路を意味してい る。 特に簡単な構造は、圧縮ガス案内通路が狭隘部を有する真っ直ぐな通路を含み 、還元剤案内通路が圧縮ガス案内通路のほぼ中心に配置されている真っ直ぐな配 管を含み、真っ直ぐな還元剤配管が狭隘部の範囲に即ち小さな横断面範囲に開口 していることによって特徴づけられる。 特に、真っ直ぐな還元剤配管が特に特殊鋼から成っている毛細管とすることが 提案される。毛細管は特に、予混合室のハウジングにねじ込まれる案内部品内に 保持される。 他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。 以下二つの図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 図１は内燃機関における排気ガス浄化装置に対して設計された予混合室を備え た噴霧装置、および 図２は本発明に基づく予混合室の実施形態を示す。 図１によれば図示した噴霧装置２は主要構造部品として、気化器の原理に基づ いて構成されている混合装置あるいは予混合室４を有している。後者については 図２を参照して後述する。 噴霧すべき媒体特に水性尿素溶液のような還元剤８の供給配管６が混合装置４ に開口している。還元剤８はその排気ガスを浄化しようとする走行車に搭載され た貯蔵タンク１０内に収容されている。この貯蔵タンク１０はフィルタ１２、圧 力発生用のポンプ１４および供給配管６内にある配量弁１６を介して混合装置４ に接続されている。特に配量弁１６は混合装置４の直前に接続されている。噴霧 すべき還元剤８はポンプ１４によって混合装置４の混合室に搬送される。その場 合配量弁１６によって単位時間当たりに必要な供給量が決められる。 別の供給配管１８を介して例えば圧縮空気のような圧縮ガス２０が予混合室４ に送られる。この圧縮ガス２０は予混合室４内において流入する還元剤８と混合 される。その際にエーロゾル８、２０が生じ、出口から排出される。 圧縮ガス２０は空気出口２４を備えているアキュムレータ２２内に収容されて いる。圧縮ガス２０は空気出口２４から電気作動式の圧力スイッチ２６、遮断弁 ２８、圧力制限弁３０および逆止弁３２を介して予混合室４に導かれる。 予混合室４内で作られた混合物８、２０は混合物配管３４を介して排気ガス通 路３８内に設置されている噴霧ノズル３６に到達する。浄化すべき排気ガス４０ は排気ガス通路３８内を特に上述の形式の公知の触媒装置（図示せず）の方向に 流れる。噴霧ノズル３６は、還元剤８と圧縮ガス２０との混合物が細かい霧４２ の形で排気ガス４０の流れの中に吹き込まれ、ここから触媒装置の方向に一様に 分布して運ばれるように作用する。 図２によれば予混合室４は特に例えば特殊鋼のような金属から成っているハウ ジング５０を有している。このハウジング５０は３つの異なる横断面を有してい る一つの通しの中央孔を有している。 圧縮ガス２０に対する案内通路５２が設けられ、この通路は横側の接続通路５ ４および下に向かっている狭隘部５８付きの中央通路５６ａ、５６ｂを有してい る。接続通路５４はハウジング５０のほぼ中央において真っ直ぐな通路５６ａ、 ５６ｂに開口して、これを通して外側から圧縮ガス２０が導入される。接続通路 ５４は真っ直ぐな圧縮ガス通路５６ａの横に鈍角αを成して配置されている。特 に重要なことは、狭隘部５８の上側における圧縮ガス通路５６ａ、５６ｂの大径 の部分５６ａが横から流入する圧縮ガス２０に対する鎮静室として作用すること にある。 還元剤８に対しては案内通路６０が設けられている。そのために通しの中央孔 の上部は比較的幅広のねじ孔６２として形成されている。このねじ孔６２に案内 部品６４がねじ込まれている。この案内部品６４は図示のように横断面が十字形 に形成され、上側の圧縮ガス通路５６ａを閉鎖している。これは好適にはプラス チックから成っている。室内部品は更に中央に通しの小さい管あるいは毛細管６ ６を有している。この毛細管６６は案内部品６４で保持されている。毛細管６６ は好適には例えば特殊鋼のような金属から成り、比較的細い。毛細管は例えば外 径が１ｍｍ、内径が０．６５ｍｍである。ここでは毛細管６６が還元剤案内通路 ６０となる。発生した乳濁液８、２０に対する配管５６ｂは約２ｍｍの内径を有 している。 更に重要なことは、真っ直ぐな還元剤配管あるいは毛細管６６が圧縮ガス通路 ５６ａ、５６ｂのほぼ中心に配置され、ほぼ狭隘部５８の範囲に開口しているこ とである。図２には、毛細管６６の先端６８が丁度狭隘部５８に位置しているこ とが示されている。これは幾分深く配置することもできる。 毛細管６６の範囲に詳しくは横側通路５４と狭隘部５８との間に、十分な長さ の部分通路５６ａが圧縮ガス２０に対する鎮静室として存在していなければなら ない。その場合この空間内に狭隘部５８の範囲における流れ状態に帰因してベル ヌーイの定理に基づいて或る程度の負圧が生ずる。これによって液状の還元剤８ は逆方向に流れず、薄膜として例えば固形尿素として圧縮ガス案内通路５２の範 囲に付着することはない。従って開口の横断面が時間の経過と共に変化しないこ とが保証され、配量弁１６で決定された供給量が安定して維持される。 この構造の場合、運転物質（還元剤８）および搬送流体（圧縮ガス２０）の流 れ方向が、圧縮ガス２０の搬送流体の流れ方向に見て運転物質が搬送流体に導入 される前に、既にほぼ平行になっていることに注目されたい。 案内部品６４は上端にねじ７０を備えており、そこに配量弁１６が直接ねじ込 まれる。 狭隘部５８の範囲において圧縮ガス（空気）２０と還元剤（液体）８とが混合 された後、噴霧ノズル３６まで横断面積の変化をできるだけ避ける必要がある。 また予混合室４から出された乳濁液８、２０の噴霧ノズル３６までの経路を短く しなければならない。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年１１月１２日 【補正内容】 請求の範囲 １．排気ガス浄化装置における圧縮空気のような圧縮ガス（２０）と尿素溶液や アンモニア水のような還元剤（８）とを混合するための気化器の原理に基づく予 混合室（４）において、圧縮ガス案内通路（５２）が狭隘部（５８）を有する真 っ直ぐな通路（５６ａ、５６ｂ）を含み、還元剤案内通路（６０）が圧縮ガス案 内通路（５６ａ、５６ｂ）のほぼ中心に配置されている真っ直ぐな配管（６６） を含み、この真っ直ぐな還元剤配管（６６）が狭隘部（５８）の範囲に開口して いる ことを特徴とする排気ガス浄化装置用予混合室。２ ．真っ直ぐな還元剤配管（６６）が特殊鋼から成っている毛細管であることを 特徴とする請求項１記載の予混合室。３ ．毛細管が案内部品（６４）内に保持されていることを特徴とする請求項２記 載の予混合室。４ ．ハウジング（５０）が金属から成り、このハウジングに案内部品（６４）が 中 央にねじ込まれていることを特徴とする請求項３記載の予混合室。５ ．案内部品（６４）がプラスチックから成っていることを特徴とする請求項３ 又は４記載の予混合室。６ ．真っ直ぐな圧縮ガス通路（５６ａ、５６ｂ）の横側に接続通路（５４）が開 口していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の予混合室 。７ ．接続通路（５４）が鈍角（α）を成して真っ直ぐな圧縮ガス通路（５６ａ、 ５６ｂ）に開口していることを特徴とする請求項６記載の予混合室。８ ．配量弁（１６）が予混合室の直前に接続され、配量弁（１６）が案内部品（ ６４）に直接配置されていることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１つ に記載の予混合室。９ ．狭隘部（５８）の後ろで圧縮ガス通路（５２）に、噴霧ノズル（３６）に通 じている混合物配管（３４）が接続されていることを特徴とする請求項１ないし８ のいずれか１つに記載の予混合室を有する排気ガス浄化装置用噴霧装置。 １０ ．噴霧ノズル（２６）が窒素酸化物含有排気ガス（４０）の排気ガス通路（ ３８）に配置されていることを特徴とする請求項９記載の噴霧装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クルンプ、ウド ドイツ連邦共和国 デー−96257 マルク トグライツ アム ロイト ４ (72)発明者 マテス、ウイーラント ドイツ連邦共和国 デー−96247 ミヒエ ラウ ハイドンヴエーク ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．排気ガス浄化装置における圧縮空気のような圧縮ガス（２０）と尿素溶液や アンモニア水のような還元剤（８）とを混合するための予混合室（４）において 、予混合室が気化器の原理に基づいて構成されていることを特徴とする排気ガス 浄化装置用予混合室。 ２．圧縮ガス案内通路（５２）が狭隘部（５８）を備え、この狭隘部（５８）の 範囲に還元剤案内通路（６０）が開口していることを特徴とする請求項１記載の 予混合室。 ３．圧縮ガス案内通路（５２）が狭隘部（５８）を有する真っ直ぐな通路（５６ ａ、５６ｂ）を含み、還元剤案内通路（６０）が圧縮ガス案内通路（５６ａ、５ ６ｂ）のほぼ中心に配置されている真っ直ぐな配管（６６）を含み、この真っ直 ぐな還元剤配管（６６）が狭隘部（５８）の範囲に開口していることを特徴とす る請求項２記載の予混合室。 ４．真っ直ぐな還元剤配管（６６）が好適には特殊鋼から成っている毛細管であ ることを特徴とする請求項３記載の予混合室。 ５．毛細管が案内部品（６４）内に保持されていることを特徴とする請求項４記 載の予混合室。 ６．ハウジング（５０）が特に金属から成り、このハウジングに案内部品（６４ ）が好適には中央にねじ込まれていることを特徴とする請求項５記載の予混合室 。 ７．案内部品（６４）がプラスチックから成っていることを特徴とする請求項５ 又は６記載の予混合室。 ８．真っ直ぐな圧縮ガス通路（５６ａ、５６ｂ）の横側に接続通路（５４）が開 口していることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１つに記載の予混合室 。 ９．接続通路（５４）が鈍角（α）を成して真っ直ぐな圧縮ガス通路（５６ａ、 ５６ｂ）に開口していることを特徴とする請求項８記載の予混合室。 １０．配量弁（１６）が予混合室の直前に接続され、配量弁（１６）が好適には 案内部品（６４）に直接配置されていることを特徴とする請求項５ないし９のい ずれか１つに記載の予混合室。 １１．狭隘部（５８）の後ろで圧縮ガス通路（５２）に、噴霧ノズル（３６）に 通じている混合物配管（３４）が接続されていることを特徴とする請求項１ない し１０のいずれか１つに記載の予混合室。 １２．噴霧ノズル（２６）が窒素酸化物含有排気ガス（４０）の排気ガス通路（ ３８）に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の予混合物。