WO2014112072A1 - 還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置 - Google Patents

還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置 Download PDF

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加藤　隆志
裕之 富岡
木 伊東
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Definitions

  • the present invention relates to a reducing agent aqueous solution mixing device and an exhaust gas aftertreatment device equipped with the same, and relates to a reducing agent aqueous solution mixing used to purify exhaust gas by supplying a reducing agent aqueous solution such as urea aqueous solution to a selective reduction catalyst.
  • the present invention relates to an apparatus and an exhaust gas aftertreatment apparatus including the apparatus.
  • an exhaust gas aftertreatment device that purifies nitrogen oxide (NOx) contained in engine exhaust gas with a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR”) is known.
  • SCR selective reduction catalyst
  • an aqueous urea solution injected from the injector is supplied.
  • the injector is attached to a mixing device provided on the upstream side of the SCR.
  • the urea aqueous solution is injected from the injector into the exhaust gas flowing in the mixing device, and the urea aqueous solution and the exhaust gas are mixed in the mixing device.
  • the urea aqueous solution is thermally decomposed by the heat of the exhaust gas, and ammonia is obtained.
  • This ammonia is used as a reducing agent in the SCR.
  • the urea aqueous solution attached to the inner wall is also thermally decomposed by injecting the urea aqueous solution into the inner pipe. Therefore, it is possible to suppress crystallization and deposition by adhering as droplets.
  • Patent Documents 1 and 2 it is proposed that a mixing pipe is provided on the downstream side of the injector in the mixing apparatus so that the urea aqueous solution is sufficiently thermally decomposed.
  • a plurality of openings are provided on the outer peripheral surface of the mixing pipe. By causing the exhaust gas to flow into the mixing pipe through these openings, turbulent flow and swirl flow are generated in the mixing pipe.
  • the urea aqueous solution is refined to promote mixing with the exhaust gas, and the decomposition efficiency of the urea aqueous solution into ammonia is improved.
  • the injection nozzle of the injector exposed in the mixing device is located in a concave recess provided in the mixing device, and the periphery of the tip of the injection nozzle is surrounded by the wall surface of the recess. If such a recess is provided, a part of the sprayed urea aqueous solution is returned and stays in a vortex around the recess portion that becomes negative pressure. If the retained aqueous urea solution crystallizes and accumulates, there arises a problem that the injection of the aqueous urea solution from the injection nozzle is hindered.
  • An object of the present invention is to provide a reducing agent aqueous solution mixing device and an exhaust gas aftertreatment device including the same, which can suppress the retention of the urea aqueous solution around the injection nozzle of the injector.
  • a reducing agent aqueous solution mixing device is disposed between a filter device that collects particulate matter in exhaust gas and a selective reduction catalyst device that is disposed on the downstream side of the filter device.
  • An reducing agent aqueous solution mixing device for adding a reducing agent aqueous solution to a gas, wherein the elbow tube is attached to an outlet pipe of the filter device and changes a flow direction of exhaust gas flowing from the filter device, and the elbow tube A straight pipe extending in a direction intersecting the axis of the outlet pipe of the filter device, and an injector attached to the elbow pipe and for injecting the reducing agent aqueous solution into the elbow pipe toward the straight pipe And arranged in the elbow pipe so as to cover the periphery of the reducing aqueous solution injected from the injector, A mixing pipe having a number of openings, and at a position where the exhaust gas entering from the inlet of the elbow pipe flows toward the injection nozzle side of the injector at an attachment portion of the mixing pipe
  • the plurality of openings are provided on the straight pipe side of the mixing pipe.
  • the notch opening when the mixing pipe is viewed from the axial side of the straight pipe toward the inlet portion of the elbow pipe, the notch opening has a predetermined width in the circumferential direction of the mixing pipe. It is characterized by being omitted.
  • the notch opening of the mixing pipe is omitted in the injection region of the reducing agent aqueous solution injected from the injector. It is characterized in that it falls within the area where it is placed.
  • An exhaust gas aftertreatment device is a filter device that collects particulate matter in the exhaust gas, and the first to fourth aspects of the present invention that are arranged in parallel with the filter device on the downstream side of the filter device.
  • the reducing agent aqueous solution mixing device according to any one of the inventions, and a selective reduction catalyst device that is disposed downstream of the reducing agent aqueous solution mixing device and that reduces and purifies nitrogen oxides in the exhaust gas.
  • the injection nozzle is provided with a notch opening at a portion where the mixing pipe is attached to the elbow pipe, and exhaust gas flowing into the mixing pipe from the notch opening is directed to the injection nozzle of the injector. Even when surrounded by a recess, the periphery of the injection nozzle can be satisfactorily heated with exhaust gas. Therefore, the reducing agent aqueous solution returning to the jet nozzle side as a vortex can be reliably thermally decomposed, and the retention of the reducing agent aqueous solution around the jet nozzle can be suppressed.
  • the exhaust gas is caused to flow into a state where the reducing agent aqueous solution injected into the mixing pipe is sufficiently spread by providing a plurality of openings in a region of the mixing pipe that is close to the straight pipe.
  • the reducing agent aqueous solution can be effectively mixed with the exhaust gas.
  • the notch opening is omitted over a predetermined width at a position visible from the inlet portion of the elbow tube in the mixing pipe. That is, this region is not provided with a notch opening, and such a region is formed by a peripheral wall. Therefore, the exhaust gas entering from the inlet does not flow into the mixing pipe vigorously and go directly to the injection nozzle side. For this reason, the reducing agent aqueous solution injected from the injection nozzle does not have to worry about being blown by such exhaust gas, and can be injected in an appropriate direction.
  • the injection region of the reducing agent aqueous solution is reliably covered with the peripheral wall portion where the notch opening does not exist, the reducing agent aqueous solution immediately after being injected can be made more difficult to be swollen by the exhaust gas.
  • the injection direction of the aqueous agent solution can be further stabilized.
  • the top view which shows the exhaust-gas aftertreatment apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • Sectional drawing which shows the mixing apparatus of an exhaust-gas aftertreatment apparatus.
  • Sectional drawing which shows the principal part of a mixing apparatus. It is sectional drawing of the mixing pipe provided in a mixing apparatus, and is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. It is sectional drawing of a mixing pipe, and is the VV sectional view taken on the line of FIG. It is sectional drawing of a mixing pipe, and sectional drawing from another direction of the cross-sectional part of FIG. 5A.
  • Sectional drawing which shows the principal part of the mixing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the mixing pipe provided in the mixing apparatus of 2nd Embodiment, and is the VII-VII sectional view taken on the line of FIG.
  • FIG. 1 shows a plan view of an exhaust gas aftertreatment device 1 of the present embodiment.
  • upstream refers to the upstream side in the exhaust gas flow direction
  • downstream refers to the downstream in the exhaust gas flow direction.
  • an exhaust gas aftertreatment device 1 includes a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) device 2, a mixing device 3, and an upstream side in the exhaust gas flow direction. And a selective reduction catalyst (Selective Catalytic Reduction; hereinafter referred to as “SCR”) device 4. These devices 2 to 4 are provided in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas from a diesel engine (not shown) flows.
  • DPF diesel particulate filter
  • SCR selective Catalytic Reduction
  • These devices 2 to 4 are provided in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas from a diesel engine (not shown) flows.
  • the exhaust gas aftertreatment device 1 is housed in the engine room together with the engine.
  • the DPF device 2 has a configuration in which a cylindrical DPF 22 is accommodated in a cylindrical case 21.
  • the DPF 22 collects particulate matter in the exhaust gas that passes therethrough.
  • an oxidation catalyst may be provided on the upstream side of the DPF 22.
  • the oxidation catalyst oxidizes and activates post-injected fuel and dosing fuel (both are the same as diesel engine fuel) supplied upstream thereof, and raises the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 22 to a renewable temperature of the DPF 22. Due to the high-temperature exhaust gas, the particulate matter collected by the DPF 22 is self-combusted and burned away, and the DPF 22 is regenerated.
  • the mixing device 3 adds a urea aqueous solution as a reducing agent aqueous solution to the exhaust gas.
  • a mixing device 3 is connected to the outlet pipe 23 of the DPF device 2, and an upstream elbow tube 31 as an elbow tube that changes the flow direction of the exhaust gas flowing out from the DPF device 2 by approximately 90 °, and an upstream elbow A straight pipe 32 connected to the downstream end of the pipe 31 and extending in a direction intersecting the axis CL2 (FIG.
  • the SCR device 4 is connected to the further downstream end of the downstream elbow pipe 33.
  • the SCR device 4 has a structure in which a cylindrical SCR 42 is accommodated in a cylindrical case 41.
  • the SCR 42 reduces and purifies nitrogen oxides in the exhaust gas by using ammonia generated in the mixing pipe 3 as a reducing agent.
  • an ammonia reduction catalyst may be provided on the downstream side of the SCR 42.
  • the ammonia reduction catalyst is a catalyst that oxidizes ammonia that has been unused in the SCR 42 to render it harmless, and further reduces emission of exhaust gas.
  • the urea aqueous solution injected from the injector 5 into the exhaust gas is thermally decomposed by the heat of the exhaust gas and becomes ammonia. Ammonia is supplied to the SCR device 4 together with the exhaust gas as a reducing agent.
  • the DPF device 2, the mixing device 3, and the SCR device 4 described above are arranged side by side so that the flow directions of the exhaust gas flowing through each of them are substantially parallel. At this time, the flow direction of the exhaust gas flowing inside the DPF device 2 and the SCR device 4 is opposite to the flow direction of the exhaust gas flowing inside the mixing device 3. For this reason, these devices 2 to 4 are arranged in a substantially S shape in plan view, and can be reliably arranged by mounting on the engine even in a limited arrangement space such as an engine room.
  • the exhaust gas aftertreatment device 1 is compact as a whole.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the mixing device 3.
  • the mixing apparatus 3 will be specifically described with reference to FIG.
  • a portion that changes the flow direction of the exhaust gas in the upstream elbow pipe 31 is a direction changing portion 31 ⁇ / b> A.
  • the upstream elbow pipe 31 includes a circular inlet part 31B that is opened and joined to the outlet pipe 23 side of the DPF device 2, and a circular outlet part 31C that is opened and connected to the straight pipe 32 side.
  • a direction changing unit 31A is provided between the two.
  • a mounting portion 6 is provided outside the direction changing portion 31A.
  • the injector 5 is attached to the outside of the attachment portion 6, and the mixing pipe 34 covering the periphery of the urea aqueous solution injected from the injector 5 is attached to the inside (inside of the direction changing portion 31 ⁇ / b> A).
  • the mounting portion 6 and the mixing pipe 34 will be described in detail later.
  • the straight tube 32 has a double tube structure having an outer tube 35 and an inner tube 36 disposed therein.
  • the inner tube 36 is welded or the like to a plurality of support recesses 35A provided in the outer tube 35, and is welded to the inner wall of the outer tube 35 via an annular support member 35B at the downstream end. .
  • the upstream end of the inner pipe 36 enters the upstream elbow pipe 31.
  • the position of the upstream end of the inner tube 36 is set so that the urea aqueous solution injected at an injection angle ⁇ 1 of about 25 ° from the injector 5 (see the one-dot chain line in FIG. 2) enters the inner tube 36 reliably.
  • a plurality of openings 36 ⁇ / b> A... Are provided on the downstream end side of the inner tube 36.
  • exhaust gas flows into the gap between the outer tube 35 and the inner tube 36.
  • the exhaust gas that has flowed in flows through the space between the support recesses 35A to the support member 35B because the support recesses 35A are discontinuously provided in the circumferential direction. Since the support member 35B is annular, the flow of the exhaust gas is stopped, and from here through the opening 36A, the exhaust gas enters the inner pipe 36, merges with the exhaust gas flowing through the inside, and flows downstream. That is, the inner pipe 36 is satisfactorily heated by the exhaust gas flowing inside and the exhaust gas flowing on the outer peripheral side. For this reason, the urea aqueous solution injected into the inner tube 36 is surely thermally decomposed without being formed into droplets even if it adheres to the inner wall.
  • FIG. 3 shows an enlarged portion of the upstream elbow pipe 31 of the mixing device 3.
  • 4 and FIG. 5A show the IV-IV line cross section and the VV line cross section in FIG. 3, respectively.
  • FIG. 5B shows a view of the cross-sectional portion as viewed from above.
  • the attachment portion 6 of the injector 5 and the mixing pipe 34 includes a first plate 61 that closes an injector attachment opening 31D provided in the direction changing portion 31A, and a second plate 62 that is attached to the first plate 61. Configured.
  • a concave recess 63 is provided that expands toward the inside of the direction changing portion 31A.
  • the recessed portion on the back side of the recess 63 is an injection opening 64, and the tip of the injection nozzle 51 constituting the injector 5 is exposed at this injection opening 64 portion.
  • the opening ⁇ 2 (FIG. 2) of the funnel-shaped inclined wall 65 that forms the recess 63 is not particularly limited, but is as large as 90 ° or more, preferably about 120 to 140 °. It is easy to flow to the back side, that is, the periphery of the injection nozzle 51.
  • a flat annular fixing portion 66 that is orthogonal to the axis CL1 of the straight pipe 32 is provided on the outer peripheral side of the recess 63.
  • the end portion of the mixing pipe 34 is welded to the fixing portion 66.
  • the mixing pipe 34 surrounds the downstream side of the injection nozzle 51, and the injection nozzle 51, the mixing pipe 34, and the straight pipe 32 are arranged on the same axis CL1 in order from the upstream side.
  • Exhaust gas strikes the mixing pipe 34 accommodated in the direction changing portion 31A from the lower side in the drawing near the inlet portion 31B of the upstream elbow pipe 31. Further, the exhaust gas from below is converted into a flow along the axis CL1 in the flow direction by the direction changing portion 31A.
  • the gap between the first plate 61 and the second plate 62 functions as a heat insulating space.
  • the mixing pipe 34 has, as its characteristic structure, a plurality of round holes 34A as openings provided on the peripheral wall on the straight pipe 32 side, and the injector 5 side.
  • Three rectangular cutout openings 34B, 34C, and 34D provided on the peripheral wall of the outer wall, through which external air gas flows.
  • the round holes 34 ⁇ / b> A are provided substantially uniformly in the length direction of the mixing pipe 34 on the straight pipe 32 side from the middle of the mixing pipe 34.
  • the notch openings 34B, 34C, 34D are provided along the circumferential direction of the mixing pipe 34, and are provided at the end on the fixed portion 66 side in the length direction. By providing the cutout openings 34B, 34C, and 34D at the end portions, the exhaust gas that flows into the mixing pipe 34 through these openings is directed toward the injection nozzle 51.
  • the length L2 of the cutout openings 34B, 34C, 34D is about 34% (L2 / L1 ⁇ 0.34) of the entire length L1 of the mixing pipe 34.
  • the exhaust gas passing through the cutout openings 34B, 34C, and 34D smoothly flows into the recess 63 so as to trace the surface of the fixed portion 66, and is directed toward the injection nozzle 51.
  • the recess 63 is heated by the exhaust gas and the temperature rises. Therefore, even when the urea aqueous solution injected from the injector 5 returns to the recess 63 side, the urea aqueous solution is easily decomposed by heating, and the recess 63 Residual crystallization and deposition are suppressed.
  • Such a mixing pipe 34 is provided with a round hole 34A and rectangular cutout openings 34B, 34C, and 34D by punching a flat metal plate or the like, and a tube that has been punched into a predetermined developed shape is cylindrical. It is manufactured by curving and welding the butted portion.
  • the diameter and length of the mixing pipe 34 are set such that the urea aqueous solution injected from the injector 5 does not come into contact (see ⁇ 1 indicated by a one-dot chain line in FIG. 2).
  • the round hole 34A is provided only in the first region A1 and the third region A3 that is point-symmetric with the first region A1.
  • the round hole 34A is provided over the entire first and third regions A1 and A3.
  • round holes 34A By providing the round holes 34A in a predetermined area such as the first and third areas A1 and A3, a swirl flow is generated in the exhaust gas flowing into the mixing pipe 34 through the round holes 34A, and the urea aqueous solution to be injected Can be mixed effectively.
  • the size and number of the round holes 34A are appropriately determined in consideration of the diameter and length of the mixing pipe 34, the mixing state of the exhaust gas and the urea aqueous solution, and the like.
  • the cutout openings 34B, 34C, and 34D of the mixing pipe 34 are provided at positions that are line-symmetric with respect to a vertical center line Ov in the drawing.
  • the opening areas of the cutout openings 34B and 34D are equal, and the opening area of the cutout opening 34C is larger than these opening areas.
  • the cutout opening 34B occupies approximately 2/3 of the first area A1 and is provided up to a position where it enters the second area A2.
  • the cutout opening 34C is provided so as to occupy approximately 1/2 of the second region A2 and approximately 1/2 of the third region A3 with the center line Ov as a boundary.
  • the cutout opening 34D is in a line-symmetrical position with the cutout opening 34B, occupies approximately 2/3 of the fourth area A4, and is provided up to a position entering the third area A3.
  • portions other than the cutout openings 34B, 34C, and 34D exist as three support portions 34E, 34F, and 34G each including a peripheral wall.
  • the support portions 34E, 34F, and 34G are also provided at positions that are line-symmetric with respect to the center line Ov.
  • the end edges of these support portions 34E, 34F, and 34G are welded to the fixed portion 66.
  • the circumferential length of the support portion 34E is longer than the lengths of the support portions 34F and 34G.
  • the circumferential lengths of the support portions 34F and 34G are the same.
  • the support portion 34E is provided across the first and fourth regions A1 and A4, so that the support portion 34E is located between the cutout openings 34B and 34D, and is provided symmetrically about the center line Ov as a symmetry line.
  • An angle ⁇ formed by both edges in the circumferential direction of the support portion 34E and the center O of the mixing pipe 34 (same as the axis CL1) is about 60 to 70 °.
  • the support portions 34F and 34G are located in the second and third regions A2 and A3, respectively.
  • the region indicated by the injection angle ⁇ 1 in the drawing is within the projection width W in the direction orthogonal to the axis CL1 of the support portion 34E not provided with the notch opening, and the exhaust gas flowing in from the DPF device 2 side is It prevents direct contact with urea aqueous solution. That is, the support portion 34E is a region having a predetermined width in which the opening according to the present invention is omitted, and the injection region is within this region.
  • the support portion 34E is in a position covering the lowermost portion of the mixing pipe 34 in the drawing. Most of the exhaust gas flowing in from the DPF device 2 side hits the support portion 34E, and therefore does not vigorously enter the mixing pipe 34 without changing its flow direction. For this reason, the urea aqueous solution immediately after being injected is not swept by the exhaust gas toward the second and third regions A2 and A3, and does not spread greatly.
  • the flow of the exhaust gas in the upstream elbow pipe 31 will be described with reference to FIGS. 3 to 5B.
  • the flow of exhaust gas is shown by solid arrows.
  • the exhaust gas flowing out from the DPF device 2 flows in from the inlet portion 31B of the upstream elbow pipe 31 and travels toward the direction changing portion 31A.
  • the exhaust gas passing through the inside flows as it is toward the inner tube 36 along the inner wall of the direction changing portion 31A.
  • most of the other exhaust gas goes to the mixing pipe 34.
  • the exhaust gas flows into the mixing pipe 34 through the round hole 34A.
  • the round hole 34 ⁇ / b> A is provided only in the first and third regions A ⁇ b> 1 and A ⁇ b> 3, the exhaust gas becomes a swirling flow in the mixing pipe 34.
  • the urea aqueous solution becomes finer and is mixed well with the exhaust gas, and thermal decomposition is promoted. Thereafter, the exhaust gas flows to the inner pipe 36 side.
  • the exhaust gas is mixed through the notch openings 34B, 34C, 34D. It flows into the pipe 34.
  • Such exhaust gas is injected so as to travel along the inclined wall 65 of the recess 63 which has spread at a large opening ⁇ 2 (FIG. 2) after flowing along the fixed portion 66, particularly on the side close to the fixed portion 66. It goes to the nozzle 51 side, flows so as to trace the periphery of the injection nozzle 51, and is finally caught in the swirling flow. Therefore, the recess 63 is heated by the exhaust gas and is maintained in a high temperature state. Therefore, the urea aqueous solution that has swirled around the recess 63 side stays around the injection nozzle 51, and is thus deposited by crystallization. Can be suppressed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an upstream elbow pipe 31 portion of the mixing apparatus 3 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the mixing pipe 34 disposed in the upstream elbow pipe 31, and is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG.
  • the same members and members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof in the present embodiment are omitted or simplified.
  • the number, position, and length in the axial direction of the notch opening of the mixing pipe 34 are greatly different from those in the first embodiment.
  • Other configurations for example, a point in which a notch opening is provided in a notch shape, a region in which a round hole is provided, and the like are the same as those in the first embodiment.
  • the mixing pipe 34 of the present embodiment has a pair of cutout openings 34H and 34J provided in the first and third regions A1 and A3, respectively.
  • the lengths of the cutout openings 34H, 34J in the axial direction are smaller than the cutout openings 34B, 34C, 34D of the first embodiment, and the number of the round holes 34A is increased accordingly.
  • the length L2 of the cutout openings 34H and 34J is about 8% (L2 / L1 ⁇ 0.08) of the entire length L1 of the mixing pipe 34.
  • the cutout opening 34H has a length over substantially the entire first region A1 in the circumferential direction. That is, the edges of the support portions 34K, 34L on the side of the notch opening 34H between the notch openings 34H, 34J are provided so as to slightly enter the first area A1, and most of the first area A1 is notched.
  • the cutout opening 34J is shorter in the circumferential direction than the cutout opening 34H, and is provided in the third area A3 and at a position close to the second area A2 side.
  • Each of the support portions 34K and 34L has a large length that completely covers the second and fourth regions A2 and A4 in the circumferential direction.
  • the notch opening 34H is greatly opened in the circumferential direction, and the adjacent support portion 34L is sufficiently long to cover the first region A1 side on the lower side of the mixing pipe 34 in the drawing. Does not have.
  • the axial length of the notch opening 34H is short, and the opening area is not as large as that of the first embodiment.
  • the notch openings 34H and 34J are provided in a point-symmetrical positional relationship, and the exhaust gas flowing into the mixing pipe 34 from the notch openings 34H and 34J is also the same as the exhaust gas flowing through the round hole 34A. Similarly, it becomes a swirl flow.
  • the circumferential lengths of the support portions 34K and 34L are long and completely cover the second and fourth regions A2 and A4.
  • the exhaust gas flowing into the mixing pipe 34 from the notch openings 34H and 34J is accompanied by a swirling component immediately after flowing, and is directed toward the spray nozzle 51 so as to travel along the inclined wall 65 of the recess 63 while swirling. It flows so as to trace the periphery of the nozzle 51.
  • the recess 63 portion is maintained at a high temperature by the exhaust gas, so that even if the urea aqueous solution injected from the injection nozzle 51 becomes a vortex and returns to the recess 63 side, the retention can be prevented.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
  • the cutout openings 34B, 34C, 34D, 34H, and 34J are squares, and the openings are round holes 34A.
  • the number of notch openings and the like may be arbitrarily determined for the implementation.
  • a support portion 34E made of a peripheral wall is provided on the side close to the inlet portion 31B of the upstream elbow pipe 31, and in the second embodiment, the notch openings 34H and 34J are formed in the first shape. 1, provided in the third regions A1 and A3, thereby suppressing the urea aqueous solution injected into the mixing pipe 34 from being swept by the exhaust gas, but a notch opening is provided on the side close to the inlet portion 31B. Even in this case, it is possible to heat the periphery of the injection nozzle 51 with the exhaust gas. Therefore, such a case can also achieve the object of the present invention and is included in the present invention.
  • the urea aqueous solution is used as the reducing agent aqueous solution, but the present invention includes the case where other liquid is used as the reducing agent aqueous solution.
  • the present invention can be suitably used as an exhaust gas aftertreatment device mounted on a construction machine.

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Abstract

　ミキシング装置（３）は、フィルタ装置（２）の出口管（２３）に装着され、フィルタ装置（２）から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管（３１）と、エルボー管（３１）の下流側に接続され、フィルタ装置（２）の出口管（２３）の軸線（ＣＬ２）と交差する方向に延びるストレート管（３２）と、エルボー管（３１）に取り付けられ、ストレート管（３２）に向かってエルボー管（３１）内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタ（５）と、エルボー管（３１）内において、インジェクタ（５）から噴射される還元水溶液の周囲を覆うように配置され、周壁に複数の開口を有するミキシングパイプ（３４）とを備え、ミキシングパイプ（３４）におけるエルボー管（３１）との固定部分には、エルボー管（３１）の入口部（３１Ｂ）から入りくる排気ガスを噴射ノズル（５１）側に向かって流入させる位置に切欠開口（３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ）が設けられる。

Description

還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置
　本発明は、還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に係り、選択還元触媒に尿素水溶液等の還元剤水溶液を供給して排気ガスを浄化する際に用いられる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に関する。
　従来、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）にて浄化する排気ガス後処理装置が知られている。このようなＳＣＲに対しては、インジェクタから噴射された尿素水溶液が供給される。インジェクタは、ＳＣＲの上流側に設けられたミキシング装置に取り付けられる。ミキシング装置内を流れる排気ガス中にインジェクタから尿素水溶液を噴射し、この尿素水溶液と排気ガスとをミキシング装置内で混ぜ合わせる。この結果、尿素水溶液が排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアが得られる。このアンモニアがＳＣＲにて還元剤として用いられる。
　このような排気ガス後処理装置においては、噴射された尿素水溶液と排気ガスとが十分に混合されないと、外側が外気によって冷やされたミキシング装置の内壁に尿素水溶液の一部が付着し、ＳＣＲでのアンモニアが不足するおそれがある。また、ミキシング装置の内壁で液滴となった尿素水溶液が結晶化し、内壁に堆積して排気ガスの流れを阻害することもある。このような問題を解決するために、外管および内管を有した２重管構造のミキシング装置を採用することがある。ミキシング装置の内管は、内外周の両面が排気ガスと接触していることで加熱されるため、この内管の内部に尿素水溶液を噴射することで、内壁に付着した尿素水溶液もが熱分解することとなり、液滴として付着して結晶化したり、堆積したりするのを抑制できる。
　また、特許文献１，２では、尿素水溶液が十分に熱分解されるよう、ミキシング装置内において、インジェクタジェクタの下流側にミキシングパイプを設けることが提案されている。ミキシングパイプの外周面には、複数の開口が設けられている。これらの開口を通じて排気ガスをミキシングパイプの内部に流入させることによって、ミキシングパイプ内で乱流や旋回流を発生させる。このような流れの排気ガス中にインジェクタから尿素水溶液を噴射することで、尿素水溶液を微細化して排気ガスとの混合を促進し、尿素水溶液のアンモニアへの分解効率を向上させている。
米国特許出願公開第２０１０／０２６３３５９号明細書 特開２００８－２０８７２６号公報
　しかしながら、ミキシング装置内に露出するインジェクタの噴射ノズルは、ミキシング装置に設けられた凹状のリセス内に位置しており、噴射ノズル先端の周囲がリセスの壁面によって囲まれている。このようなリセスが設けられていると、噴射された尿素水溶液の一部は、負圧気味となるリセス部側に渦を巻くように戻されて滞留する。滞留した尿素水溶液が結晶化して堆積すると、噴射ノズルからの尿素水溶液の噴射が阻害されるという問題が生じる。
　本発明の目的は、インジェクタの噴射ノズル周辺での尿素水溶液の滞留を抑制できる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置を提供することにある。
　第１発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置は、排気ガス中の粒状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタと、前記エルボー管内において、前記インジェクタから噴射される還元水溶液の周囲を覆うように配置され、周壁に複数の開口を有するミキシングパイプとを備え、前記ミキシングパイプにおける前記エルボー管との取付部分には、前記エルボー管の入口部から入りくる排気ガスを前記インジェクタの噴射ノズル側に向かって流入させる位置に切欠開口が設けられることを特徴とする。
　第２発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記複数の開口は、前記ミキシングパイプにおける前記ストレート管側に設けられることを特徴とする。
　第３発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記ミキシングパイプを前記ストレート管の軸線側から前記エルボー管の入口部に向かって見たときに、前記切欠開口は前記ミキシングパイプの周方向の所定幅にわたって省かれることを特徴とする。
　第４発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記ミキシングパイプを前記エルボー管の入口部から見たときに、前記インジェクタから噴射する還元剤水溶液の噴射領域は、前記ミキシングパイプの前記切欠開口が省かれている領域内に収まることを特徴とする。
　第５発明に係る排気ガス後処理装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された前記第１発明ないし第４発明のいずれかの還元剤水溶液ミキシング装置と、前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備えることを特徴とする。
　第１発明および第５発明によれば、ミキシングパイプのエルボー管との取付部分に切欠開口を設け、この切欠開口からミキシングパイプ内に流入する排気ガスをインジェクタの噴射ノズルに向かわせるため、噴射ノズルがリセスで囲われている場合でも、噴射ノズルの周辺を排気ガスで良好に加熱できる。従って、渦流となって噴射ノズル側に戻る還元剤水溶液を確実に熱分解でき、噴射ノズル周辺での還元剤水溶液の滞留を抑制できる。
　第２発明によれば、ミキシングパイプにおけるストレート管側に寄せた領域に複数の開口を設けることにより、ミキシングパイプ内に噴射された還元剤水溶液が十分に拡がった状態のところへ排気ガスを流入させることができ、還元剤水溶液を排気ガスと効果的に混合できる。
　第３発明によれば、ミキシングパイプのうち、エルボー管の入口部から見える位置にある所定幅にわたって切欠開口を省いている。すなわち、この領域には切欠開口を設けず、そのような領域を周壁で形成する。従って、入口部から入ってくる排気ガスは、勢いよくミキシングパイプ内に流入してそのまま噴射ノズル側に向かうといったことがない。このため、噴射ノズルから噴射された還元剤水溶液は、そのような排気ガスにて煽られる心配がなく、還元剤水溶液を適正な方向へ噴射できる。
　第４発明によれば、切欠開口が存在しない周壁部分にて還元剤水溶液の噴射領域を確実に覆うことになるので、噴射された直後の還元剤水溶液を排気ガスによってより煽られ難くでき、還元剤水溶液の噴射方向を一層安定させることができる。
本発明の第１実施形態に係る排気ガス後処理装置を示す平面図。 排気ガス後処理装置のミキシング装置を示す断面図。 ミキシング装置の要部を示す断面図。 ミキシング装置内に設けられるミキシングパイプの断面図であり、図３のIV-IV線断面図。 ミキシングパイプの断面図であり、図３のV-V線断面図。 ミキシングパイプの断面図であり、図５Ａの断面部分の別の方向からの断面図。 本発明の第２実施形態に係るミキシング装置の要部を示す断面図。 第２実施形態のミキシング装置内に設けられるミキシングパイプの断面図であり、図６のVII-VII線断面図。
［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１には、本実施形態の排気ガス後処理装置１の平面図が示されている。なお、以下の説明において、「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流をいう。
　図１において、排気ガス後処理装置１は、排気ガスの流れ方向における上流側から順に、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（Diesel particulate filter；以下「ＤＰＦ」と記す）装置２と、ミキシング装置３と、選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）装置４とを備える。これらの装置２～４は、図示しないディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に設けられる。また、油圧ショベルやホイールローダ、ブルドーザといった建設機械の場合、排気ガス後処理装置１がエンジンと共にエンジンルーム内に収容される。
　ＤＰＦ装置２は、円筒状のケース２１の内部に円柱状のＤＰＦ２２を収容した構成である。ＤＰＦ２２は、通過する排気ガス中の粒子状物質を捕集するものである。ケース２１内においては、ＤＰＦ２２の上流側に酸化触媒を設けてもよい。酸化触媒は、その上流側で供給されるポスト噴射燃料やドージング燃料（共にディーゼルエンジンの燃料と同じ）を酸化活性化し、ＤＰＦ２２へ流入する排気ガスの温度をＤＰＦ２２の再生可能温度まで上昇させる。この高温の排気ガスにより、ＤＰＦ２２で捕集された粒子状物質が自己燃焼して焼失し、ＤＰＦ２２が再生される。
　ミキシング装置３は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水溶液を添加するものである。このようなミキシング装置３は、ＤＰＦ装置２の出口管２３に接続され、ＤＰＦ装置２から流出した排気ガスの流れ方向を略９０°変更するエルボー管としての上流側エルボー管３１と、上流側エルボー管３１の下流端に接続され、ＤＰＦ装置２の出口管２３の軸線ＣＬ２（図２）と交差する方向に延びるストレート管３２と、ストレート管３２の下流端に接続され、ストレート管３２からの排気ガスの流れ方向をさらに略９０°変更する下流側エルボー管３３と、上流側エルボー管３１に取り付けられ、ストレート管３２に向かって上流側エルボー管３１内部に尿素水溶液を噴射するインジェクタ５とを備える。下流側エルボー管３３のさらに下流端にＳＣＲ装置４が接続される。
　ＳＣＲ装置４は、円筒状のケース４１の内部に円柱状のＳＣＲ４２を収容した構造である。ＳＣＲ４２は、ミキシング配管３で生成されたアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するものである。ケース４１内においては、ＳＣＲ４２の下流側にアンモニア低減触媒を設けてもよい。アンモニア低減触媒は、ＳＣＲ４２で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガスのエミッションをより低減させる。
　インジェクタ５から排気ガス中に噴射された尿素水溶液は、排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアとなる。アンモニアは、還元剤として排気ガスと共にＳＣＲ装置４へ供給される。
　以上に説明したＤＰＦ装置２、ミキシング装置３、およびＳＣＲ装置４は、それぞれの内部を流れる排気ガスの流れ方向が略平行となるように並設されている。この際、ＤＰＦ装置２およびＳＣＲ装置４の内部を流れる排気ガスの流れの向きと、ミキシング装置３の内部を流れる排気ガスの流れの向きとは逆である。このため、それらの装置２～４は平面視にて略Ｓ字形状に配置されることとなり、エンジンルームのような限られた配置スペースでも、エンジン上にマウントする等して確実に配置できるよう、全体としてコンパクトな排気ガス後処理装置１を構成している。
　図２には、ミキシング装置３の断面図が示されている。図２に基づき、ミキシング装置３を具体的に説明する。
　図２に示すミキシング装置３おいて、上流側エルボー管３１で排気ガスの流れ方向を変える部分は、方向変換部３１Ａとされている。上流側エルボー管３１は、ＤＰＦ装置２の出口管２３側に開口して接合される円形の入口部３１Ｂと、ストレート管３２側に開口して接続される円形の出口部３１Ｃとを備え、これらの間に方向変換部３１Ａを有する。方向変換部３１Ａの外側には、取付部６が設けられている。この取付部６の外側には、インジェクタ５が取り付けられ、内側（方向変換部３１Ａの内部側）には、インジェクタ５から噴射される尿素水溶液の周囲を覆うミキシングパイプ３４が取り付けられる。取付部６およびミキシングパイプ３４については、後に詳細に説明する。
　ストレート管３２は、外管３５およびその内部に配置された内管３６を有する２重管構造になっている。内管３６は、外管３５に設けられた複数の支持用凹部３５Ａに溶接等され、下流側の端部にて、環状の支持部材３５Ｂを介して外管３５の内壁に溶接等されている。また、内管３６の上流端は、上流側エルボー管３１内に入り込んでいる。内管３６の上流端の位置は、インジェクタ５から約２５°の噴射角度θ１（図２の１点鎖線参照）で噴射される尿素水溶液が内管３６の内側に確実に入り込むように設定されている。内管３６の下流端側には、複数の開口３６Ａ…が設けられている。
　ここで、外管３５と内管３６との間の空隙部分には、排気ガスが流れ込む。流れ込んだ排気ガスは、支持用凹部３５Ａが周方向に不連続に設けられていることで、支持用凹部３５Ａ間を通って支持部材３５Ｂまで流れる。支持部材３５Ｂは環状であることから、排気ガスは流れが止められ、ここから開口３６Ａを通って内管３６内に入り込み、内部を流れる排気ガスと合流して下流側へと流れる。つまり、内管３６は、その内部を流れる排気ガスと外周側を流れる排気ガスとによって良好に加熱される。このため、内管３６の内部に噴射された尿素水溶液は、内壁に付着しても液滴化せずに確実に熱分解する。
　図３には、ミキシング装置３の上流側エルボー管３１の部分が拡大して示されている。図４、図５Ａにはそれぞれ、図３でのIV-IV線断面、V-V線断面が示されている。また、図５Ｂでは、上記断面部分を図中の上方から見た図が示されている。
　図３において、インジェクタ５およびミキシングパイプ３４の取付部６は、方向変換部３１Ａに設けられたインジェクタ取付開口３１Ｄを塞ぐ第１プレート６１と、第１プレート６１に取り付けられる第２プレート６２とを備えて構成される。
　第１プレート６１の中央には、方向変換部３１Ａの内部に向かって拡開した凹状のリセス６３が設けられている。リセス６３の窪んだ奥側の部分は噴射開口６４とされ、この噴射開口６４部分にインジェクタ５を構成する噴射ノズル５１の先端が表出している。リセス６３を形成するロート状の傾斜壁６５の開度θ２（図２）は、特に限定されるものではないが、９０°以上、好ましくは１２０～１４０°程度と大きく、排気ガスがリセス６３の奥側、つまり噴射ノズル５１の周辺まで流れ込み易くなっている。
　リセス６３の外周側には、ストレート管３２の軸線ＣＬ１に対して直交する平坦な環状の固定部６６が設けられている。本実施形態では、固定部６６には、ミキシングパイプ３４の端部が溶接されている。ミキシングパイプ３４は、噴射ノズル５１の下流側を囲っており、これら噴射ノズル５１、ミキシングパイプ３４、および前述のストレート管３２はそれぞれ、上流側から順に同一の軸線ＣＬ１上に配置されている。方向変換部３１Ａ内に収容されるミキシングパイプ３４に対しては、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂに近い図中の下方から排気ガスがあたる。また、下方からの排気ガスは、方向変換部３１Ａにてその流れ方向が軸線ＣＬ１に沿った流れへと変換される。
　一方、第１プレート６１および第２プレート６２の間の空隙は、断熱空間として機能する。断熱空間を設けることで、排気ガスに曝される第１プレート６１から第２プレート６２への熱伝達を抑制し、第２プレート６２に取り付けられるインジェクタ５への熱影響を軽減している。
　図３、図４、および図５Ａに示すように、ミキシングパイプ３４は、その特徴的な構造として、ストレート管３２側の周壁に設けられた開口としての複数の丸孔３４Ａ…と、インジェクタ５側の周壁に設けられた３つの方形の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄとを有し、これらを通して内部に外気ガスが流入するようになっている。丸孔３４Ａは、ミキシングパイプ３４の中程からストレート管３２側であって、ミキシングパイプ３４の長さ方向において、略満遍なく設けられている。
　切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄは、ミキシングパイプ３４の周方向に沿って設けられ、長さ方向においては、固定部６６側の端部に設けられている。切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが端部に設けられることで、これらを通ってミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスが噴射ノズル５１に向かうようになる。切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの長さＬ２は、ミキシングパイプ３４の全体の長さＬ１の約３４％（Ｌ２／Ｌ１≒０．３４）程度である。
　従って、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを通る排気ガスは、固定部６６の表面をなぞるようにしてリセス６３側にスムーズに流入し、噴射ノズル５１に向かうようになる。この結果、リセス６３部分は排気ガスで加熱されて温度が上昇するため、インジェクタ５から噴射された尿素水溶液がリセス６３側に戻った場合でも、尿素水溶液が加熱分解し易くなり、リセス６３内で滞留して結晶化したり、堆積したりするのが抑制される。
　このようなミキシングパイプ３４は、平板状の金属プレートに打抜加工を施す等して丸孔３４Ａおよび方形の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを設けるとともに、所定の展開形状に打ち抜いたものを筒状に湾曲させてその突き合わせ部分を溶接することで製作される。ミキシングパイプ３４の径寸法および長さ寸法は、インジェクタ５から噴射した尿素水溶液が接触しない大きさに設定されている（図２中に１点鎖線で示すθ１を参照）。
　図４において、ミキシングパイプ３４を周方向に９０°間隔で４等分したとき、すなわちＤＰＦ装置２からの排気ガスがあたる最下部分を起点として、反時計回りに第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３、および第４領域Ａ４としたとき、丸孔３４Ａは第１領域Ａ１およびこれと点対称な位置にある第３領域Ａ３にのみ設けられている。丸孔３４Ａは、第１、第３領域Ａ１，Ａ３の全体にわたって設けられている。
　丸孔３４Ａが第１、第３領域Ａ１，Ａ３といった所定の領域に集約して設けられることにより、丸孔３４Ａを通してミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスに旋回流が生じ、噴射される尿素水溶液との混合が効果的に行える。丸孔３４Ａの大きさや数は、ミキシングパイプ３４の径寸法や長さ寸法、排気ガスと尿素水溶液との混合状況などを勘案し、その実施にあたって適宜決められる。
　図５Ａにおいて、ミキシングパイプ３４の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄは、図中の鉛直な中心線Ｏｖを対称線として線対称な位置に設けられている。切欠開口３４Ｂ，３４Ｄの開口面積は等しく、これらの開口面積よりも切欠開口３４Ｃの開口面積の方が大きい開口面積となっている。
　具体的に切欠開口３４Ｂは、第１領域Ａ１の略２／３を占めるとともに、第２領域Ａ２に入り込んだ位置まで設けられている。切欠開口３４Ｃは、中心線Ｏｖを境にして第２領域Ａ２の略１／２および第３領域Ａ３の略１／２を占めるように設けられている。切欠開口３４Ｄは、切欠開口３４Ｂと線対称な位置にあり、第４領域Ａ４の略２／３を占めるとともに、第３領域Ａ３に入り込んだ位置まで設けられている。
　ミキシングパイプ３４の固定部６６側の端部では、これら切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ以外の部分が、周壁からなる３つの支持部３４Ｅ，３４Ｆ、３４Ｇとして存在する。支持部３４Ｅ，３４Ｆ、３４Ｇも、中心線Ｏｖを対称線として線対称な位置に設けられることになる。これらの支持部３４Ｅ，３４Ｆ、３４Ｇの端縁が固定部６６に溶接される。支持部３４Ｅの周方向の長さは、支持部３４Ｆ，３４Ｇの長さよりも長い。支持部３４Ｆ，３４Ｇの周方向の長さは同じである。
　支持部３４Ｅは、第１、第４領域Ａ１，Ａ４に跨って設けられることで、切欠開口３４Ｂ，３４Ｄに挟まれた位置にあり、中心線Ｏｖを対称線として線対称に設けられている。支持部３４Ｅの周方向の両縁とミキシングパイプ３４の中心Ｏ（軸線ＣＬ１と同じ）との成す角度αは、大凡６０～７０°程度である。支持部３４Ｆ，３４Ｇはそれぞれ、第２，第３領域Ａ２，Ａ３内に位置している。また、ミキシングパイプ３４を軸線ＣＬ１（中心Ｏ）側から上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂ（図２、図３）に向けて見たときには、図５Ｂに示すように、尿素水溶液の噴射領域（図中に噴射角度θ１で示した領域）は、切欠開口が設けられていない支持部３４Ｅの軸線ＣＬ１と直交する方向の投影幅Ｗ内に収まっており、ＤＰＦ装置２側から流入する排気ガスが直接的に尿素水溶液にあたるのを防いでいる。すなわち、支持部３４Ｅが本発明に係る開口部が省かれた所定幅の領域のことであり、この領域内に噴射領域が収まっている。
　このように、支持部３４Ｅは、ミキシングパイプ３４の図中の最下部を覆う位置にある。ＤＰＦ装置２側から流入してくる排気ガスの多くは、支持部３４Ｅにあたるため、その流れ方向を変えずに勢いよくミキシングパイプ３４内に入り込むことがない。このことから、噴射された直後の尿素水溶液は、排気ガスによって第２、第３領域Ａ２，Ａ３側に煽られることがなく、大きくなびくこともない。
　以下、図３ないし図５Ｂに基づき、上流側エルボー管３１内での排気ガスの流れについて説明する。各図では、排気ガスの流を実線矢印で図示してある。
　ＤＰＦ装置２から流出した排気ガスは、図３に示すように、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂから流入し、方向変換部３１Ａへと向かう。方向変換部３１Ａでは、その内側を通る排気ガスは、そのまま方向変換部３１Ａの内壁に倣って内管３６側に流れる。一方、他の排気ガスの大部分は、ミキシングパイプ３４に向かうこととなる。
　ミキシングパイプ３４の周辺においては、図４にも示すように、丸孔３４Ａを通して排気ガスがミキシングパイプ３４内に流入する。このとき、丸孔３４Ａが第１、第３領域Ａ１，Ａ３にのみ設けられていることから、排気ガスはミキシングパイプ３４内で旋回流となる。このような旋回流の中へ尿素水溶液を噴射することにより、尿素水溶液が微細化して排気ガスとの混合が良好に行われ、熱分解が促進される。その後、排気ガスは内管３６側へと流れる。
　これに対して、ミキシングパイプ３４周辺であっても、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの近辺では、図５Ａおよび図５Ｂにも示すように、排気ガスがそれらの切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを通してミキシングパイプ３４内に流入する。そのような排気ガスは、特に固定部６６に近い側において、その固定部６６に沿って流入した後、大きな開度θ２（図２）で拡開したリセス６３の傾斜壁６５を伝うように噴射ノズル５１側に向かい、噴射ノズル５１周辺をなぞるように流れて、最終的に旋回流に巻き込まれる。このことから、リセス６３部分が排気ガスよって加熱されて温度が高い状態に維持されるため、リセス６３側に渦を巻いて戻った尿素水溶液の噴射ノズル５１周辺での滞留、ひいては結晶化による堆積を抑制できる。
　また、固定部６６に近い側では、ＤＰＦ装置２側から流れてくる排気ガスの多くは、前述したように、切欠開口３４Ｂ，３４Ｄ間に設けられた支持部３４Ｅにあたってその流が阻害されるため、そのままミキシングパイプ３４内に流入することがない。このため、排気ガスは、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄに回り込むこととなり、３方向からミキシングパイプ３４内に流入する。従って、ミキシングパイプ３４内に噴射された尿素水溶液は、排気ガスに煽られて噴射直後から一方向に偏ってなびくことがなく、適正な方向に噴射されて排気ガスとの混合が良好に行われる。
［第２実施形態］
　図６は、本発明の第２実施形態に係るミキシング装置３の上流側エルボー管３１部分を示す断面図である。図７は、上流側エルボー管３１内に配置されるミキシングパイプ３４の断面図であり、図６のVII-VII線断面図である。なお、本実施形態において、前述の第１実施形態と同一部材および同一機能を有した部材には同じ符号を付し、本実施形態でのそれらの説明を省略または簡略化する。
　図６、図７において、本実施形態では、ミキシングパイプ３４の切欠開口の数、位置、および軸線方向の長さが第１実施形態とは大きく異なる。その他の構成、例えば切欠開口が切り欠き状に設けられている点や、丸孔が設けられる領域等に関しては、第１実施形態と同じである。
　本実施形態のミキシングパイプ３４は、第１、第３領域Ａ１，Ａ３にそれぞれ設けられた一対の切欠開口３４Ｈ，３４Ｊを有している。切欠開口３４Ｈ，３４Ｊの軸線方向の長さは、第１実施形態の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄと比較して小さく、その分、丸孔３４Ａの数が多くなっている。切欠開口３４Ｈ，３４Ｊの長さＬ２は、ミキシングパイプ３４の全体の長さＬ１の約８％（Ｌ２／Ｌ１≒０．０８）程度である。
　その反面、切欠開口３４Ｈは、周方向において、第１領域Ａ１の略全体にわたる長さを有している。つまり、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊ間に存在する支持部３４Ｋ，３４Ｌの切欠開口３４Ｈ側の辺縁は、第１領域Ａ１に僅かに入り込んで設けられる程度であり、第１領域Ａ１の大部分は切欠開口３４Ｈが占める。切欠開口３４Ｊは、周方向の長さが切欠開口３４Ｈよりも短く、第３領域Ａ３内でも第２領域Ａ２側に寄せた位置に設けられている。支持部３４Ｋ，３４Ｌはそれぞれ、周方向において、第２、第４領域Ａ２，Ａ４を完全に覆う大きな長さを有している。
　本実施形態においては、切欠開口３４Ｈが周方向において大きく開口しており、隣接する支持部３４Ｌは、ミキシングパイプ３４の図中の下部側で、第１領域Ａ１側までをも覆う十分な長さを有していない。
　しかしながら、切欠開口３４Ｈの軸方向の長さが短く、その開口面積は第１実施形態ほど大きくはない。また、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊは、丸孔３４Ａと同じく、点対称の位置関係で設けられ、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊからミキシングパイプ３４内へ流入する排気ガスも、丸孔３４Ａを通して流入する排気ガスと同様、旋回流となる。さらに、支持部３４Ｋ，３４Ｌの周方向の長さが長く、第２、第４領域Ａ２，Ａ４を完全に覆っている。
　従って、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊからミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスは、流入直後から旋回成分を伴うこととなり、旋回しながらリセス６３の傾斜壁６５を伝うように噴射ノズル５１側に向かい、噴射ノズル５１周辺をなぞるように流れる。これにより、リセス６３部分が排気ガスによって高い温度に維持されるから、噴射ノズル５１から噴射された尿素水溶液が渦流となってリセス６３側に戻っても、その滞留を防止可能である。
　そして、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊから流入した排気ガスがより大きな旋回成分を伴うことから、支持部３４Ｋによってミキシングパイプ３４のＤＰＦ装置２側（図７中の下部側）が十分に覆われていなくとも、噴射ノズル５１からの尿素水溶液は、そのような排気ガスによって第２、第３領域Ａ２，Ａ３側に極端に煽られることがなく、適正な方向に噴射される。
　なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
　例えば、前記各実施形態では、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｈ，３４Ｊは方形であり、開口としては丸孔３４Ａであったが、それらの開口形状は任意であり、方形や丸孔に限定されない。さらに、切欠開口の数等もその実施にあたって任意に決められてよい。
　前記第１実施形態では、ミキシングパイプ３４において、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂに近い側には、周壁からなる支持部３４Ｅが設けられ、第２実施形態では、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊが第１、第３領域Ａ１，Ａ３に設けられ、これによってミキシングパイプ３４内に噴射された尿素水溶液が排気ガスによって煽られるのを抑制していたが、入口部３１Ｂに近い側に切欠開口が設けられた場合でも、噴射ノズル５１周辺を排気ガスで加熱することは可能であるから、そのような場合も本発明の目的を達成でき、本発明に含まれる。
　前記実施形態では、還元剤水溶液として尿素水溶液が用いられていたが、還元剤水溶液としてその他の液体が用いられた場合でも、本発明に含まれる。
　本発明は、建設機械に搭載される排気ガス後処理装置として好適に利用できる。
　１…排気ガス後処理装置、２…フィルタ装置であるＤＰＦ装置、３…還元剤水溶液ミキシング装置、４…選択還元触媒（ＳＣＲ）装置、５…インジェクタ、２３…出口管、３１…エルボー管である上流側エルボー管、３１Ｂ…入口部、３２…ストレート管、３４…ミキシングパイプ、３４Ａ…開口である丸孔、３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｈ，３４Ｊ…切欠開口、３４Ｅ…切欠開口が省かれた周壁で形成された支持部、５１…噴射ノズル、ＣＬ１，ＣＬ２…軸線。
 
 
 

Claims (5)

  1. 　排気ガス中の粒状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、
    　前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、
    　前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、
    　前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタと、
    　前記エルボー管内において、前記インジェクタから噴射される還元水溶液の周囲を覆うように配置され、周壁に複数の開口を有するミキシングパイプとを備え、
    　前記ミキシングパイプにおける前記エルボー管との固定部分には、前記エルボー管の入口部から入りくる排気ガスを前記インジェクタの噴射ノズル側に向かって流入させる位置に切欠開口が設けられる
    　ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
  2. 　請求項１に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
    　前記複数の開口は、前記ミキシングパイプにおける前記ストレート管側に設けられる
    　ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
  3. 　請求項１に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
    　前記ミキシングパイプを前記ストレート管の軸線側から前記エルボー管の入口部に向かって見たときに、前記切欠開口は前記ミキシングパイプの周方向の所定幅にわたって省かれる
    　ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
  4. 　請求項３に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
    　前記ミキシングパイプを前記ストレート管の軸線側から前記エルボー管の入口部に向かって見たときに、前記インジェクタから噴射する還元剤水溶液の噴射領域は、前記ミキシングパイプの前記切欠開口が省かれている領域内に収まる
    　ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
  5. 　排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
    　前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置と、
    　前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備える
    　ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
     
     
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