TWI576507B - 排氣淨化裝置 - Google Patents

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Description

排氣淨化裝置
本發明是有關於一種排氣淨化裝置，該排氣淨化裝置使自內燃機排出的排氣中的氮氧化物(以下稱作「NOx」)例如在選擇性觸媒還原(Selective catalytic reduction，SCR)觸媒等脫硝(denitration)觸媒下與還原劑發生反應而還原除去。
先前，利用有如下的排氣淨化裝置：例如在柴油引擎(diesel engine)的排氣通路上設置著插入有SCR觸媒的脫硝反應器，並且在該脫硝反應器的上游側，設置著可進行尿素水等還原劑前驅物的噴霧的噴嘴(例如，專利文獻1)。
在上述裝置中，若排氣通路內的溫度夠高，則自噴嘴向排氣中進行噴霧的尿素水在到達SCR觸媒為止的期間內會如下述式(1)般被水解，從而生成氨氣(NH3)。
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2...(1)
而且，藉由水解而產生的氨氣被供給至SCR觸媒，藉此，在SCR觸媒上，氨與排氣中的NOx之間進行如以下式(2)及式(3)般的脫硝反應，NOx分解為氮與水而得以無害化。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O...(2)
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O...(3)
如此，在使用了SCR觸媒的排氣淨化裝置中，必須在經噴霧的尿素水在排氣通路內流動的過程中確保充分進行上述式(1)的水解反應的時間。
因此，先前存在如下情況：在例如圖9所示的具備排氣歧管(manifold)101的4氣筒的船舶用柴油引擎102中，在進行尿素水噴霧用的噴嘴105與SCR觸媒106之間設置著管路剖面積比排氣通路104大的蒸發管107，以降低設置該蒸發管107的區間的排氣的流速，從而確保自噴嘴105噴霧的尿素水的水解反應進行的時間，其中上述尿素水噴霧用的噴嘴105設置於渦輪增壓器(turbocharger)103的渦輪(turbine)103a的上游側的排氣通路104中。
而且，先前如圖10所示，不限於引擎的排氣系統，在對配管 內流動的氣體添加其他氣體或液體而產生化學反應或狀態變化的裝置中，為了確保反應時間或變化時間、氣體彼此的混合時間等，亦必須設置降低氣體的流速的區間，在此情況下採用增大該區間的配管的直徑的方法。在圖10的例子中，將降低氣體的流速的區間(圖10中虛線A~虛線B為止的區間)的流速降低區間203設為相對於前後的配管201、配管202的直徑(D)為2倍的直徑(2D)。
如此，在對直徑的長度設置2倍的差的情況下，若將例如在配管201內流動的氣體的速度設為V0，則在流速降低區間203內流動的氣體的速度V可降低至V0/4。
然而，在使用如上述般的流速降低單元的情況下，因流速降低區間203的直徑的尺寸增大，故存在無法使裝置小型化的問題。例如，即便在如圖9所示的船舶用柴油引擎102的排氣系統中，排氣歧管101佔據大的容積，且必須進而設置直徑尺寸大的蒸發管107，因此該蒸發管107成為妨礙裝置整體的小型化的因素。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利實公平6-45617號公報
本發明所欲解決的問題在於：先前為了充分確保水解尿素水的時間，而使用直徑的尺寸比排氣通路大的蒸發管來作為降低自尿素水噴霧噴嘴至脫硝反應器為止的區間的排氣的流速的單元，因而該蒸發管成為妨礙裝置的小型化的因素。
本發明的排氣淨化裝置的最主要特徵在於：包括：排氣歧管，將自連接於引擎的排氣埠的排氣連絡管排出的排氣予以集合，並導向排氣通路；以及脫硝反應器，設置於上述排氣通路， 在上述脫硝反應器的上游側，且在上述排氣通路的內部，設置著長邊方向兩端開放的蒸發管，並且設置著噴嘴，上述噴嘴可將包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液對通過上述蒸發管內的排氣進行噴霧。
本發明的排氣淨化裝置以如下方式構成：在脫硝反應器的上游側的排氣通路的內部設置蒸發管，自噴嘴對通過該蒸發管的內側的排氣進行例如尿素水等的噴霧，因而通過蒸發管內的排氣的流速得以降低，可充分確保尿素水等的水解反應進行的時間。藉此，根據本發明，可使流速降低區間的直徑的尺寸比先前小。
1‧‧‧流速降低單元
2‧‧‧外管
2a‧‧‧文氏管
3‧‧‧內管
3a‧‧‧出口部
3aa‧‧‧出口部3a的開放端
3b‧‧‧入口部
11、51‧‧‧排氣淨化裝置
12、52‧‧‧引擎
12a、52a‧‧‧排氣埠
13、53‧‧‧排氣連絡管
14、54、103‧‧‧渦輪增壓器
14a、54a、103a‧‧‧渦輪
14b、54b‧‧‧壓縮機
15、55、104‧‧‧排氣通路
15a、56a‧‧‧文氏管
16、56、101‧‧‧排氣歧管
17、57‧‧‧脫硝反應器
18、58、107‧‧‧蒸發管
18a、58a‧‧‧出口部
18aa‧‧‧出口部18a的開放端
18b、58b‧‧‧入口部
19、59、105‧‧‧噴嘴
19a、59a‧‧‧尿素水
20‧‧‧導引葉片
21、61‧‧‧供氣通路
22、62‧‧‧供氣歧管
23、63‧‧‧尿素水解觸媒
58aa‧‧‧出口部58a的開放端
102‧‧‧柴油引擎
106‧‧‧SCR觸媒
201、202‧‧‧配管
203‧‧‧流速降低區間
A、B‧‧‧虛線
d‧‧‧內管3的入口部3b的直徑、蒸發管18的上游側的入口部18b的直徑
dr‧‧‧噴嘴狀的出口部3a的直徑、噴嘴狀的出口部18a的直徑
D‧‧‧外管2的上游側的直徑、排氣通路15的上游側的直徑
Dr‧‧‧下游側的文氏管2a的直徑、文氏管15a的直徑
V‧‧‧通過內管3的內側的氣體的速度、通過蒸發管18的內側的排氣的速度
V'‧‧‧通過內管3的外側的氣體的速度
V0‧‧‧配管201內流動的氣體的速度、虛線A的位置處的氣體的流速
圖1是說明本發明的流速降低單元的構成的圖。
圖2是表示本發明的排氣淨化裝置的第1實施例的構成的圖。
圖3是表示設置於脫硝反應器的上游側的排氣通路的內部的蒸發管、尿素水噴霧用的噴嘴、及設置於蒸發管的出口部的開放端附近的排氣通路的文氏管的放大圖。
圖4是表示本發明的排氣淨化裝置的第2實施例的構成的圖。
圖5是表示設置於脫硝反應器的上游側的排氣通路的內部的蒸發管、尿素水噴霧用的噴嘴、及設置於蒸發管的出口部的附近的尿素水解觸媒的放大圖。
圖6是表示本發明的排氣淨化裝置的第3實施例的構成的圖。
圖7是表示本發明的排氣淨化裝置的第4實施例的構成的圖。
圖8是表示本發明的排氣淨化裝置的第2實施例的變形例的圖。
圖9是表示現有的船舶用柴油引擎的構成的圖。
圖10是說明現有的流速降低單元的構成的圖。
本發明藉由在引擎的排氣淨化裝置中設為如下構成，而實現不會增大管徑的尺寸而設置用以確保尿素水等的水解時間的低流速區間這一目的， 上述引擎的排氣淨化裝置包括：排氣歧管，將自連接於引擎的排氣埠的排氣連絡管排出的排氣予以集合，並導向排氣通路；以及脫硝反應器，設置於上述排氣通路，在上述脫硝反應器的上游側，且在上述排氣通路的內部，設置著長邊方向兩端開放的蒸發管，並且設置著噴嘴，上述噴嘴可將包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液對通過上述蒸發管內的排氣進行噴霧。
在上述本發明的排氣淨化裝置中，在使上述蒸發管的出口部的直徑比入口部的直徑小，並且以包含上述蒸發管的出口部的開放端所處的位置的方式在上述排氣通路中形成文氏管(venturi pipe)的情況下，藉由對蒸發管的出口部的直徑進行縮減而可降低蒸發管內流動的排氣的流速，並且藉由形成於排氣通路的文氏管的作用，使蒸發管的出口部附近的壓力比入口部附近的壓力低，因此在蒸發管內排氣不會滯留，從而能夠形成自入口部朝向出口部的穩定的排氣的流動，因而較佳。
以下，使用圖1~圖8對用以實施本發明的各種形態進行詳細說明。圖1是說明本發明的流速降低單元的構成的圖。
圖1中，1是可適用於各種領域的裝置的本發明的流速降低單 元，僅在內部流動著氣體的外管2中的欲以某些目的而使流速降低的區間的內部設置內管3，從而將流速降低區間(圖1中，虛線A~虛線B為止的區間)設為由外管2與內管3構成的二重管構造。
內管3為長邊方向兩端開放的筒狀的構件，如圖1所示，下游側的出口部3a設為噴嘴狀，且將管徑縮減得比入口部3b的管徑小。而且，以包含該噴嘴狀的出口部3a的開放端3aa所處的位置(圖1中，由虛線B所示的位置)的方式，在外管2中形成文氏管2a，並對管徑進行縮減。
若設為以上構成，則外管2內流動的氣體在虛線A的位置處，被分為通過內管3的內側的氣體與通過內管3的外側的氣體，且在虛線B的位置處匯流。
此處，在將虛線A的位置處的氣體的流速設為V0的情況下，通過內管3的內側的氣體的速度V與通過內管3的外側的氣體的速度V'的關係，以V<V0<V'的方式來設定外管2與內管3的各直徑的尺寸。
而且，在將外管2的上游側的直徑設為D，下游側的文氏管2a的直徑設為Dr，內管3的入口部3b的直徑設為d，噴嘴狀的出口部3a的直徑設為dr的情況下，通過內管3的內側的氣體的速度 V根據V=V0×{(dr×D)/(d×Dr)}2的式而求出，因此藉由對外管2與內管3的縮口的程度(Dr/D，dr/d)進行適當調節，而可將內管3內的氣體的流速V設定為所期望的值。
而且，在圖1的實施例中，藉由設置於外管2的文氏管2a的效果，使得內管3的出口部3a附近的氣體的壓力比入口部3b附近的氣體的壓力低。藉此，在內管3內，流體不會滯留，可形成自內管3的入口部3b朝向出口部3a的穩定的流動。
根據以上構成的本發明的流速降低單元，即便未使管徑變粗亦可獲得穩定的流速降低區間。只要為關於流體的配管裝置，則本發明不限特別領域而可適用於各種裝置。本發明的效果在於：一方面確保反應時間或變化時間、溶解時間、蒸發時間等，一方面可使裝置小型化。
實施例
然後，圖2是表示本發明的排氣淨化裝置的第1實施例的構成的圖。圖2中，11是將本發明應用於4氣筒的船舶用柴油引擎的排氣淨化裝置，包括：排氣歧管16，將自排氣連絡管13排出的排氣予以集合，並導向渦輪增壓器14的渦輪14a的上游側的排氣通路15，其中上述排氣連絡管13分別連接於設置在引擎12的各氣缸頭的排氣埠12a；以及脫硝反應器17，設置於排氣通路15。 另外，14b表示對自供氣通路21供給的空氣進行壓縮的渦輪增壓器14的壓縮機。而且，22表示供氣歧管，該供氣歧管將藉由壓縮機14b壓縮的空氣經由供氣連絡管而分配至引擎12的各氣缸的供氣埠。
在比脫硝反應器17靠上游側的排氣通路15的內部，設置長邊方向兩端向排氣通路15內開放的蒸發管18，並且在該蒸發管18的入口部18b的附近設置噴嘴19，該噴嘴19可將尿素水19a對通過蒸發管18內的排氣進行噴霧。
亦即，第1實施例中，排氣通路15相當於圖1的外管2，蒸發管18相當於圖1的內管3。另外，將噴嘴19設置於蒸發管18的入口部18b的附近的理由在於：可確保經噴霧的尿素水19a通過高溫的蒸發管18內的時間長。
在脫硝反應器17中插入SCR觸媒，該SCR觸媒將自引擎12排出的排氣中所包含的NOx選擇性地還原除去，該NOx成為酸雨或光化學煙霧等環境污染的原因。SCR觸媒例如可使用氧化鋁(alumina)、氧化鋯(zirconia)、氧化釩(vanadia)/二氧化鈦(titania)等金屬氧化物系觸媒或沸石系觸媒等所期望的觸媒，亦可將該些觸媒加以組合。而且，SCR觸媒可承載於具有蜂窩構造的觸媒載體上，還可裝入至筒體中而裝罐(caging)。
當利用SCR觸媒將排氣中的NOx分解為氮與水而無害化時，必須在其上游側對排氣中供給氨等還原劑，但將氨水貯藏在船內會伴有危險。藉此，本實施例中，預先在與噴嘴19連接的槽(tank)中以水溶液的狀態來貯藏作為還原劑前驅物的尿素，在運轉時從噴嘴19向蒸發管18內噴射尿素水19a，並利用蒸發管18的熱來將尿素水解，從而產生氨氣。
圖3是表示第1實施例的蒸發管18(內管)與排氣通路15(外管)的構成的放大圖。第1實施例中，為了充分確保自噴嘴19噴霧的尿素水的水解反應進行的時間，而在圖3中，將虛線A~虛線B為止的區間設為二重管構造的流速降低區間。
藉由排氣歧管16而集合的高溫的排氣在排氣通路15內流動，在虛線A的位置處分為通過蒸發管18的內側的排氣、與通過蒸發管18的外側的排氣，且在虛線B的位置處匯流。通過蒸發管18的外側的排氣在該時間點並不與尿素水混合，但因通過蒸發管18的內側的排氣中包含已結束水解的氨氣，故當在虛線B的位置處匯流時會迅速地與氨氣混合。藉此，在導入至脫硝反應器17的時間點，氨氣成為遍布排氣整體的狀態。
另外，在第1實施例中，為了將在蒸發管18的外側流動的排 氣調整為筆直而不進行旋轉的流動，以使排氣的流動變得良好，而在排氣管18的入口部18b的外側的附近設置導引葉片(vane)20。
如圖3所示，蒸發管18的下游側的出口部18a設為噴嘴狀，將管徑縮減得比入口部18b的管徑小。而且，以至少包含該噴嘴狀的出口部18a的開放端18aa所處的位置(由虛線B所示的位置)的方式，在排氣通路15中形成文氏管15a，亦對排氣通路15的管徑進行縮減。
在第1實施例中，藉由設置於排氣通路15的文氏管15a的效果，使得蒸發管18的噴嘴狀的出口部18a附近的排氣的壓力比入口部18b附近的排氣的壓力低。藉此，蒸發管18內，排氣不會滯留，可形成自入口部18b朝向出口部18a的穩定的排氣的流動。
與圖1同樣地，在將虛線A的位置處的氣體的流速設為V0，排氣通路15的上游側的直徑設為D，文氏管15a的直徑設為Dr，蒸發管18的上游側的入口部18b的直徑設為d，噴嘴狀的出口部18a的直徑設為dr的情況下，通過蒸發管18的內側的排氣的速度V根據V=V0×{(dr×D)/(d×Dr)}2的式而求出。
此處，在排氣通路15的縮口的程度(Dr/D的值)或蒸發管 18的縮口的程度(dr/d的值)不足，或未設置任何縮口的情況下，有時通過蒸發管18的內側以及外側的排氣的速度會不穩定。相反，若過於縮減Dr/D或dr/d的值，則排氣系統的壓力損失會過大，從而有導致引擎的效率或性能降低之虞。藉此，排氣通路15與蒸發管18的縮口的程度根據該些管的尺寸或形狀、目標排氣的流速V的值來進行調整。
圖4是表示本發明的排氣淨化裝置的第2實施例的構成的圖。該第2實施例的排氣淨化裝置11與上述第1實施例不同點在於：蒸發管18的入口部18b與出口部18a的直徑的長度設為相同，並未於蒸發管18(內管)設置縮口，且在蒸發管18的內部設置尿素水解觸媒23，該尿素水解觸媒23用以促進自噴嘴19噴霧的尿素水19a(包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液)的水解。該尿素水解觸媒23例如可使用在氧化鈦(TiO2)的載體中添加氧化鎢(WO3)的構造的觸媒。
圖5是表示第2實施例的蒸發管18(內管)與排氣通路15(外管)的構成的放大圖。第2實施例中，為了充分確保自噴嘴19噴霧的尿素水的水解反應進行的時間，而在圖5中，將虛線A~虛線B為止的區間設為二重管構造的流速降低區間，但並未於出口部18a設置縮口。另一方面，如圖5所示，在蒸發管18的內部的出口部18a的附近配置尿素水解觸媒23。若如此在出口部18a配 置尿素水解觸媒23，則藉由排氣通過該尿素水解觸媒23時的壓力損失，使在蒸發管18內流動的排氣流量減少。藉此，即便在第2實施例的構成中，亦可降低在蒸發管18內流動的排氣的流速。此外，在第2實施例中，因藉由該尿素水解觸媒23的作用來促進尿素的水解，故可在流速降低區間內結束對氨的水解。
本發明中，因通過蒸發管18(內管)的排氣流速慢，故該排氣中所含的尿素的速度亦變慢。藉此，直至尿素通過尿素水解觸媒23為止的時間延長，尿素與尿素水解觸媒23接觸的頻率增高，因而即便為少的觸媒量亦可獲得所需的水解率。而且，因在蒸發管18內流動的排氣流量少，故藉由在此處投入所需量的尿素，使得排氣中的尿素的濃度增高。藉此，尿素與尿素水解觸媒23接觸的頻率增高，因而即便為少的觸媒量亦可獲得所需的水解率。
而且，在如圖9所示的現有的蒸發管107中，若尿素水的噴霧狀態欠佳，則尿素水的一部分附著於蒸發管107的內面，該附著部分溫度降低而尿素未被施加充分的熱，因而不生成氨，而生成三聚氰酸(cyanuric acid)或縮二脲(biuret)、三聚氰胺(melamine)、其他來源於尿素的化合物，該些堆積物附著於蒸發管107的內面，從而存在該堆積物妨礙排氣的流動的問題。與此相對，本發明中，藉由如上述般採用雙重管構造，在尿素水附著於蒸發管18的內面的情況下，不僅有在蒸發管18內流動的排氣 的熱，而且亦自在蒸發管18的外側流動的排氣中施加了熱，因而尿素水所附著的部分的溫度難以降低，具有不易生成來源於尿素的上述堆積物的優點。
圖6是表示本發明的排氣淨化裝置的第3實施例的構成的圖。51是將本發明應用於4氣筒的船舶用柴油引擎的排氣淨化裝置，在排氣歧管56的內部，連續配置著長邊方向兩端向排氣歧管56內開放的蒸發管58與脫硝反應器57，其中上述排氣歧管56將自分別連接於設置在引擎52的各氣缸頭的排氣埠52a的排氣連絡管53排出的排氣予以集合，並導向渦輪增壓器54的渦輪54a的上游側的排氣通路55。而且，設置著噴嘴59，該噴嘴59可將包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液59a對通過蒸發管58內的排氣進行噴霧。
蒸發管58的出口部58a的形狀為噴嘴狀，且比入口部58b的直徑小。而且，以包含蒸發管58的出口部58a的開放端58aa所處的位置的方式在排氣歧管56中形成文氏管56a。另外，54b表示對從供氣通路61供給的空氣進行壓縮的渦輪增壓器54的壓縮機。而且，62表示供氣歧管，該供氣歧管將藉由壓縮機54b而壓縮的空氣經由供氣連絡管而分配至引擎52的各氣缸的供氣埠。
亦即，第3實施例中，排氣歧管56相當於圖1的外管2，蒸 發管58相當於圖1的內管3，就將蒸發管58組裝在排氣歧管56的內部這一點而言與第1實施例不同。
由此，第3實施例中，在排氣歧管56的內部組裝著蒸發管58及脫硝反應器57的全部，因而與一併設置著管徑的尺寸大的蒸發管及排氣歧管的現有的裝置相比，裝置尺寸尤其精簡化(compact)。而且，一般來說，在具備渦輪增壓器的引擎中，存在如下情況：在進行急加速時針對引擎輸出的增大要求而產生供氣的延遲等控制延遲，而在第3實施例的構成中，因可縮短到達渦輪54a的排氣的路徑，故排氣控制亦變得容易。
圖7是表示本發明的排氣淨化裝置的第4實施例的構成的圖。該第4實施例的排氣淨化裝置51與上述第3實施例不同點在於：蒸發管58的入口部58b與出口部58a的直徑的長度設為相同，並未於蒸發管58(內管)設置縮口，且在蒸發管58的內部設置尿素水解觸媒63，該尿素水解觸媒63用以促進自噴嘴59噴霧的尿素水59a(包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液)的水解。該尿素水解觸媒63與上述第2實施例同樣地，例如可使用在氧化鈦(TiO2)的載體中添加氧化鎢(WO3)的構造的觸媒。
第4實施例中，在蒸發管58的內部且出口部58a的附近配置尿素水解觸媒63，藉由該尿素水解觸媒63的作用來促進尿素的水 解，因而可在流速降低區間內結束對氨的水解。
本發明並不限於上述實施例，在各申請專利範圍記載的技術性思想的範圍內，當然可適當變更實施形態。
例如，在上述實施例中，揭示了如下的構成：自噴嘴19將作為還原劑前驅物的尿素水19a對蒸發管18內的排氣進行噴霧，但還原劑前驅物的成分並不限於此。例如，亦可使用高濃度的尿素與低濃度的氨的混合水溶液。
而且，在上述實施例中，揭示了在蒸發管18的入口部18b的附近設置噴嘴19的例子，但設置噴嘴19的位置並不限於此，例如亦可設置於蒸發管18的中央。
而且，第2實施例中揭示了如下例子：如圖5所示，當在蒸發管18的內部配置尿素水解觸媒23時，並未於蒸發管18的出口部18a設置縮口，但第2實施例的構成並不限於此。例如，如圖8所示的變形例般，即便當在蒸發管18的內部配置尿素水解觸媒23時，亦可在蒸發管18的出口部18a設置縮口。
即便於未在蒸發管18的出口部18a設置縮口的圖5的構成中，藉由因配置尿素水解觸媒23而引起的壓力損失，可將排氣的 流速降低至某一程度，但難以將排氣的流速細微地調整至所期望的速度。與此相對，如圖8的構成般，於在蒸發管18的出口部18a設置縮口的情況下，藉由對縮口的程度進行最佳設計而可容易地進行排氣的流速的調整。
如此，在併用了尿素水解觸媒23與出口部18a的縮口的情況下，可容易地將排氣的流速降低至所期望的速度，且可藉由觸媒的作用來促進尿素的水解。
而且，在第3實施例中，揭示了在蒸發管58的內部僅設置噴嘴59的例子，亦可在噴嘴59的下游側、且蒸發管58的內部，設置整流器以用於調整蒸發管58內的排氣的流動。而且，亦可以將尿素水59a水解而產生的氨氣與排氣在蒸發管58內充分混合的方式，在蒸發管58的內部設置靜態混合器(static mixer)。
11‧‧‧排氣淨化裝置
12‧‧‧引擎
12a‧‧‧排氣埠
13‧‧‧排氣連絡管
14‧‧‧渦輪增壓器
14a‧‧‧渦輪
14b‧‧‧壓縮機
15‧‧‧排氣通路
15a‧‧‧文氏管
16‧‧‧排氣歧管
17‧‧‧脫硝反應器
18‧‧‧蒸發管
18a‧‧‧出口部
18b‧‧‧入口部
19‧‧‧噴嘴
19a‧‧‧尿素水
21‧‧‧供氣通路
22‧‧‧供氣歧管

Claims (4)

  1. 一種排氣淨化裝置，其特徵在於包括：排氣歧管，將自連接於引擎的排氣埠的排氣連絡管排出的排氣予以集合，並導向排氣通路；以及脫硝反應器，設置於上述排氣通路，在上述脫硝反應器的上游側，且在上述排氣通路的內部，設置著長邊方向兩端開放的蒸發管，並且設置著噴嘴，上述噴嘴可將包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液對通過上述蒸發管內的排氣進行噴霧，使上述蒸發管的出口部直徑比入口部直徑小，並且以包含上述蒸發管的出口部的開放端所處位置的方式，在上述排氣通路中形成文氏管。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的排氣淨化裝置，其中在上述蒸發管的內部設置著尿素水解觸媒，上述尿素水解觸媒用以促進自上述噴嘴所噴霧的包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的上述水溶液的水解。
  3. 一種排氣淨化裝置，其特徵在於，在將自連接於引擎的排氣埠的排氣連絡管排出的排氣予以集合並導向排氣通路的排氣歧管的內部，連續配置長邊方向兩端開放的蒸發管與脫硝反應器，並且設置著噴嘴，上述噴嘴可將包含還原劑、還原劑前驅物的雙方或任一方的水溶液對通過上述蒸發管內的排氣進行噴霧， 其中使上述蒸發管的出口部直徑比入口部直徑小，並且以包含上述蒸發管的出口部的開放端所處的位置的方式在上述排氣歧管中形成文氏管。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的排氣淨化裝置，其中在上述蒸發管的內部設置著尿素水解觸媒，上述尿素水解觸媒用以促進自上述噴嘴所噴霧的包含還原劑、還原劑前軀物的雙方或任一方的上述水溶液的水解。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6596437B2 (ja) 2014-01-31 2019-10-23 ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド 注入および混合装置
JP2016200117A (ja) * 2015-04-14 2016-12-01 イビデン株式会社 排気系部品及び排ガス浄化装置
TWI760308B (zh) * 2015-08-06 2022-04-11 美商清淨空氣工程 海洋股份有限公司 用於輔助柴油引擎的排放控制系統與其使用方法
US10422260B2 (en) 2015-08-06 2019-09-24 Clean Air-Engineering-Maritime, Inc. Movable emission control system for auxiliary diesel engines
US10287940B2 (en) 2015-08-06 2019-05-14 Clean Air-Engineering—Maritime, Inc. Movable emission control system for auxiliary diesel engines
AT518758B1 (de) * 2016-05-23 2018-11-15 Avl List Gmbh Abgasnachbehandlungs-vorrichtung für eine brennkraftmaschine
KR102247340B1 (ko) * 2016-09-08 2021-04-30 한국조선해양 주식회사 배관일체형 환원제 공급장치
CN108757155B (zh) * 2018-06-27 2020-01-14 福州大学 一种基于文丘里管的涡轮增压系统及其工作方法
GB2595907A (en) * 2020-06-11 2021-12-15 Csk Inc Dry gas scrubber

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000120426A (ja) * 1998-10-12 2000-04-25 Man B & W Diesel As 排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器を持つ内燃エンジン及びＮＯｘ分還元方法
CN1769175A (zh) * 2004-09-01 2006-05-10 德国曼商用车辆股份公司 用固体尿素球粒产生氨的装置和方法
JP2008509328A (ja) * 2004-08-06 2008-03-27 スカニア シーブイ アクチボラグ（パブル） 内燃機関の排気ガス導管内に媒体を供給するための装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1698768A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-06 Hydraulik-Ring Gmbh Injection device for the treatment of exhaust fumes motor vehicles
US8166752B2 (en) 2008-11-26 2012-05-01 GM Global Technology Operations LLC Apparatus and method for cooling an exhaust gas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000120426A (ja) * 1998-10-12 2000-04-25 Man B & W Diesel As 排気ガス中のＮＯｘ分を還元するための反応器を持つ内燃エンジン及びＮＯｘ分還元方法
JP2008509328A (ja) * 2004-08-06 2008-03-27 スカニア シーブイ アクチボラグ（パブル） 内燃機関の排気ガス導管内に媒体を供給するための装置
CN1769175A (zh) * 2004-09-01 2006-05-10 德国曼商用车辆股份公司 用固体尿素球粒产生氨的装置和方法

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Publication number Publication date
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