(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-21
(45)【発行日】2022-11-30
(54)【発明の名称】ノズルおよび加水分解装置
(51)【国際特許分類】
B05B 7/08 20060101AFI20221122BHJP
B05B 12/18 20180101ALI20221122BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20221122BHJP
【ＦＩ】
B05B7/08
B05B12/18
F01N3/08 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019208835
(22)【出願日】2019-11-19
(65)【公開番号】P2021079333
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-01-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000005119
【氏名又は名称】日立造船株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】森 匠磨
(72)【発明者】
【氏名】庄野 恵美
(72)【発明者】
【氏名】田中 博仲
【審査官】河内 浩志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０２７３４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１１７３８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０３３８４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０６６３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０６０３３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１９５３３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】ＥＶＥＲＬＯＹ ＳＰＲＡＹ ＮＯＺＺＬＥＳ スプレーノズル総合カタログ，日本，株式会社共立合金製作所，2018年10月31日，Ｃ２～３，https://everloy-spray-nozzles.com/product/,
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０５Ｂ １／００－ ３／１８
５／００－ ５／１６
７／００－ ９／０６
１２／００－１２／１４
１３／００－１３／０６
Ｆ０１Ｎ ３／０４－ ３／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ノズル本体と、前記ノズル本体に設けられ、液体を噴射対象面に噴射する少なくとも３つの噴射部と、を備え、
前記ノズル本体を、前記少なくとも３つの噴射部が配置された側から平面視したとき、前記少なくとも３つの噴射部は、同一直線上に配置されておらず、
前記噴射部のそれぞれは、
前記ノズル本体の外側に向かう方向に前記液体を噴射する噴射孔と、
前記噴射孔から噴射された前記液体の進路を制御する進路制御部とを備え、
前記噴射孔から噴射された前記液体が前記噴射対象面に付着することによって形成される領域を付着領域とし、
前記進路制御部は、前記付着領域において、複数の前記付着領域の集合体の中心部から外側に向かう第１方向の長さよりも前記第１方向に垂直な第２方向の長さが長くなるように、前記液体の進路方向を制御し、
前記進路制御部として、前記噴射孔から噴射される前記液体に対して気体を吹き付ける１対の気体出射部を備える、ノズル。
【請求項2】
前記１対の気体出射部のそれぞれは、前記気体を噴射する気体噴射孔を備え、前記気体噴射孔は、前記噴射部の外周部に設けられているとともに、前記ノズル本体の中央と、前記噴射孔とを通る直線上に設けられている、請求項１に記載のノズル。
【請求項3】
前記噴射部は、前記ノズル本体の中央を中心とした同一円周上に等間隔に配置されている、請求項１または２に記載のノズル。
【請求項4】
加水分解反応を促進する触媒を格納するための容器と、前記容器の内部に設けられ、前記触媒に対して前記液体としての尿素水を噴射する請求項１～３のいずれか１項に記載のノズルと、
前記ノズルに前記尿素水を供給する管と、を備える、加水分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はノズルおよび加水分解装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、尿素水を加水分解して得られるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として選択的触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）により、排気に含まれる窒素酸化物を窒素と水に分解して浄化するシステムが知られている。このようなシステムにおいて、尿素水を触媒に対して噴射することでアンモニアに加水分解させる反応の効率については向上が望まれている。
【0003】
液体を噴射対象物に噴霧するためのノズルは様々なものが実用化されている。例えば特許文献１には、２つのオリフィスを幅方向に併設し、それぞれのオリフィスから流体を噴射する流体噴射ノズルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００３－９３９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
発明者らは、尿素水を効率的にＮＨ３へ加水分解させる方法において、尿素水を触媒である噴射対象物のある断面に対して均一に噴射することが重要であることを発見し、上述のようなノズルを用いてこれを実現しようとした。
【0006】
しかしながら、上述のようなノズルにおいて、噴射部を３つ以上にした場合、噴射対象面に付着する液体の量が位置によって偏り得る。従って、従来のノズルによって噴射された液体の噴射対象物に対する付着量の均一性については、なお改善の余地がある。
【0007】
本発明の一態様は、３つ以上の噴射部を備えるノズルにおいて、噴射した液体の噴射対象物への付着量の均一性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るノズルは、ノズル本体と、前記ノズル本体に設けられ、液体を噴射対象面に噴射する少なくとも３つの噴射部と、を備え、前記ノズル本体を、前記少なくとも３つの噴射部が配置された側から平面視したとき、前記少なくとも３つの噴射部は、同一直線上に配置されておらず、前記噴射部のそれぞれは、前記ノズル本体の外側に向かう方向に前記液体を噴射する噴射孔と、前記噴射孔から噴射された液体の進路を制御する進路制御部とを備え、前記噴射孔から噴射された前記液体が前記噴射対象面に付着することによって形成される領域を付着領域とし、前記進路制御部は、前記付着領域において、複数の前記付着領域の集合体の中心部から外側に向かう第１方向の長さよりも前記第１方向に垂直な第２方向の長さが長くなるように、前記液体の進路を制御する。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一態様によれば、３つ以上の噴射部を備えるノズルにおいて、噴射した液体の噴射対象物への付着量の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態１に係る容器を備えた、加水分解装置を示す概略構成図である。
【図2】容器が備えるノズルを示す概略図である。
【図4】ノズルが備える噴射部の内部構造を示す概略図である。
【図5】ノズルを用いて液体を噴射したときの噴射対象面を示す図である。
【図6】本発明の実施形態２に係るノズルを示す概略図である。
【図8】ノズルを用いて液体を噴射した時の噴射対象面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
〔実施形態１〕
＜加水分解装置１００の構成＞
以下、本発明の一実施形態について、図１～図５を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る容器１を備えた、加水分解装置１００を示す概略構成図である。図２は、容器１が備えるノズル２を示す概略図である。図３は、図２に示すノズル２のＡ－Ａ´切断線による断面図である。図４は、ノズル２が備える噴射部１３の内部構造を示す断面図である。図５は、ノズル２を用いて液体６を噴射したときの噴射対象面Ｐにおける液体６の付着の様子を示す図である。
＜加水分解装置１００の構成＞
以下、本発明の一実施形態について、図１～図５を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る容器１を備えた、加水分解装置１００を示す概略構成図である。図２は、容器１が備えるノズル２を示す概略図である。図３は、図２に示すノズル２のＡ－Ａ´切断線による断面図である。図４は、ノズル２が備える噴射部１３の内部構造を示す断面図である。図５は、ノズル２を用いて液体６を噴射したときの噴射対象面Ｐにおける液体６の付着の様子を示す図である。
【0012】
実施形態１に係る加水分解装置１００は、アンモニア（ＮＨ３）を含んだガスを脱硝触媒に対して供給し、当該アンモニアを還元剤として選択的触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）反応により、排気に含まれる窒素酸化物を窒素と水に分解して浄化するための装置である。図１に示すように、加水分解装置１００は、容器１と、抽気ライン１０１と、処理ガスライン１０２と、不図示の加熱手段と、を備えている。
【0013】
加熱手段は、ディーゼルエンジン等のエンジンの排ガスの抽気を加熱する。加熱された抽気は、抽気ライン１０１を通じて容器１に供給される。
【0014】
容器１は、当該容器１内部で液体６を加水分解して、アンモニアを生成するための装置である。例えば、液体６とは尿素水である。容器１には、加水分解反応を促進させるための触媒である、噴射対象物５が格納されている。容器１には、噴射対象物５に液体６を噴射するためのノズル２が設けられている。また、容器１には、ノズル２を支持し、ノズル２に対して液体６等を供給するための管４が設けられている。ノズル２には、管４を通じて液体６が供給される。
【0015】
ノズル２は、噴射対象物５に対して液体６を噴射する。噴射された液体６は、容器１に導入された高温のガス（抽気）により加水分解されてアンモニアが生成される。
【0016】
容器１の形状は、具体的な例示として、軸方向に長い筒状、例えば、延伸方向に垂直な断面が略正方形の角筒状である。ただし、容器１の形状は角筒状に限られず、円筒状であってもよい。容器１は、アンモニアが混合された高温の処理ガスを、処理ガスライン１０２を通じて供給する。
【0017】
＜ノズル２の構成＞
ノズル２は、容器１に設けられるノズルであり、噴射対象物５の噴射対象面Ｐに対して霧状の液体６を噴射（噴霧）する液体噴射ノズルである。図２および図３に示すように、ノズル２は、管４に接続されるノズル本体１１および液体６を噴射する少なくとも３つの噴射部１３を備える。なお、本実施形態では、一例としてノズル本体１１が噴射部１３として３つの噴射部１３Ａ、噴射部１３Ｂ、および噴射部１３Ｃを備える場合について説明する。
ノズル２は、容器１に設けられるノズルであり、噴射対象物５の噴射対象面Ｐに対して霧状の液体６を噴射（噴霧）する液体噴射ノズルである。図２および図３に示すように、ノズル２は、管４に接続されるノズル本体１１および液体６を噴射する少なくとも３つの噴射部１３を備える。なお、本実施形態では、一例としてノズル本体１１が噴射部１３として３つの噴射部１３Ａ、噴射部１３Ｂ、および噴射部１３Ｃを備える場合について説明する。
【0018】
噴射部１３Ａ～１３Ｃは、それぞれ同一の構造を備えているため、噴射部１３Ａの構造のみについて説明し、噴射部１３Ｂおよび噴射部１３Ｃの構造についての説明は省略する。図４は、ノズル２が備える噴射部１３Ａの構造を示す断面図である。図４に示すように、噴射部１３Ａには液体噴射孔１４、気体供給部１５、および一対の気体出射部１７（進路制御部）が設けられている。液体噴射孔１４は、噴射部１３に設けられた円形の開口部である。液体噴射孔１４は、管４内部の輸液管１４１と接続しており、輸液管１４１を通じて送られる液体６を噴射する。
【0019】
気体供給部１５は、噴射孔としての気体噴射孔１５１および気体輸送管１５２を備える。気体噴射孔１５１は、液体噴射孔１４の近傍に配置される１対の開口部である。気体輸送管１５２は、管４内部の気体輸送管と接続しており、当該気体輸送管によって送られる気体５０を気体噴射孔１５１に供給し、気体噴射孔１５１が気体５０を、噴射部１３から噴射された液体６に向けて噴射する。これにより液体噴射孔１４から噴射された液体６の粒子径が小さくなるため、液体６は霧状になる。
【0020】
気体出射部１７は、噴射部１３から噴射される液体６が噴射対象面Ｐに付着することによって形成される領域（以降では、付着領域とも称する）を制御するための機構である。なお、噴射対象面Ｐは、ノズル本体１１を平面視したときの方向に対して略垂直な平面である。
【0021】
気体出射部１７は、液体噴射孔１４から噴射される液体に対して気体を吹き付けることにより、液体噴射孔１４から噴射された液体の進路を制御する。気体出射部１７は、気体噴射孔１７１および気体輸送管１７２を備える。１対の気体出射部１７のそれぞれが、１つの気体噴射孔１７１を備えている。
【0022】
気体噴射孔１７１は、噴射部１３Ａの先端付近において、ノズル本体１１の中心点２０（図２参照）と噴射部１３Ａとを結ぶ直線Ｌ（図２において符号Ｌで示す直線）上に設けられる１対の開口部である。図２に示すように、１対の気体噴射孔１７１は、直線Ｌ上において、液体噴射孔１４を挟むように配置されている。換言すると、１対の気体噴射孔１７１は、噴射部１３Ａの外周部に設けられているとともに、ノズル本体１１の中央と、液体噴射孔１４とを通る直線Ｌ上に設けられている。
【0023】
気体輸送管１７２は、気体輸送管１５２と接続する気体輸送管とは異なる、管４内部に設けられる気体輸送管と接続しており、当該気体輸送管によって送られた気体６０を気体噴射孔１７１に供給する。なお、気体輸送管１７２および気体輸送管１５２は、管４内部に設けられる同一の気体輸送管と接続していてもよい。この場合、当該気体輸送管によって送られた気体５０が気体噴射孔１７１および気体噴射孔１５１に供給される。
【0024】
気体噴射孔１７１は、気体輸送管１７２によって供給された気体６０を噴射され霧状になった液体６に対して噴射する。なお、気体噴射孔１５１および１７から噴射する気体５０および気体６０の種類は特に限定されない。気体５０および気体６０は、例えば空気であってもよい。
【0025】
また、３つの噴射部１３は、噴射対象面Ｐに対して垂直な方向である第３方向（図３において矢印３０で示す方向）から見て同一直線上に位置しないよう配置されている。具体的には、第３方向から見た場合（換言すれば、ノズル本体１１を３つの噴射部１３が配置された側から平面視した場合）、３つの噴射部１３はノズル本体１１の中央である中心点２０（図２において点２０で示す位置）を中心とした同一円周上に配置されている。
【0026】
また、３つの噴射部１３は、互いの距離が等間隔になるように配置されている。換言すると３つの噴射部１３は、第３方向から見た場合、正三角形を成すように配置されている。また、３つの噴射部１３は、第３方向から見たときに、ノズル本体１１の中心点２０から噴射部１３へ向かう方向（例えば、噴射部１３Ｂについては、図３において矢印４０で示す方向）に向けて液体を噴射するように第３方向に垂直な面に対して傾いて設置されている。
【0027】
＜ノズル２の効果＞
本実施形態におけるノズル２では、気体出射部１７の気体噴射孔１７１によって噴射された気体６０の圧力により、液体噴射孔１４から噴射された液体６全体の形状は、気体噴射孔１７１が対向する方向において短く、前記方向に対して垂直な方向において長い扁平形状（楕円形状）となるよう変形する。すなわち、気体出射部１７は、付着領域Ｓにおいて、複数の付着領域Ｓの集合体の中心部から外側に向かう第１方向の長さよりも当該第１方向に垂直な第２方向の長さが長くなるように、液体の進路を制御する。
本実施形態におけるノズル２では、気体出射部１７の気体噴射孔１７１によって噴射された気体６０の圧力により、液体噴射孔１４から噴射された液体６全体の形状は、気体噴射孔１７１が対向する方向において短く、前記方向に対して垂直な方向において長い扁平形状（楕円形状）となるよう変形する。すなわち、気体出射部１７は、付着領域Ｓにおいて、複数の付着領域Ｓの集合体の中心部から外側に向かう第１方向の長さよりも当該第１方向に垂直な第２方向の長さが長くなるように、液体の進路を制御する。
【0028】
これにより、図５に示すように、１つの噴射部１３から噴射され、噴射対象面Ｐに付着する液体６の付着領域Ｓ（図５において符号Ｓで示す領域）は、扁平形状（楕円形状）となる。換言すると、付着領域Ｓは、ノズル本体１１の中心（中心点２０）から外側に向かう方向である第１方向（図５において矢印７０で示す方向）における長さよりも前記第１方向に対して垂直な第２方向（図５において矢印８０で示す方向）における長さの方が長くなる。
【0029】
図５に示すように、３つの噴射部１３から噴射され、噴射対象面Ｐに付着する液体の領域Ｔ（付着領域Ｔと称する）では、１つの噴射部１３による付着領域Ｓ（図５においてＳで示す領域）の端部が別の噴射部１３による付着領域Ｓの端部と重なり合う。
【0030】
ここで、１つの噴射部１３による噴射領域Ｓは、扁平形状であるため、特に長手方向端部において液体６の付着量が少なくなる傾向がある。しかしながら、ノズル２は３つの噴射部１３によって噴射領域Ｓの端部同士が重なり合っているため、噴射領域Ｔ内において液体６の付着量のばらつきは低減される。
【0031】
それぞれの噴射部１３は、ノズル本体１１の外側に向けて傾斜している。そのため、噴射部１３は、液体６をノズル本体１１の外側に向かう方向に噴射する。これにより、噴射部１３が第３方向に向いている場合よりも、付着領域Ｓ内における液体６の付着量の偏りが低減される。
【0032】
ハニカム構造を有する噴射対象物５に対して、噴射部１３が第３方向を向いている場合、噴射部１３から噴射された液体６の多くは略第３方向に噴射される。この場合、液体６の多くは、噴射対象物５である触媒のハニカム構造内部を、当該ハニカム構造の内壁面に接触することなく通り抜けるため、触媒反応の効率が低下し得る。
【0033】
これに対して、本実施形態に係るノズル２では、それぞれの噴射部１３が、ノズル本体１１の外側に向けて傾斜している。これにより、噴射部１３から噴射される液体６は、第３方向に対して傾斜した方向に噴射される。従って、液体６の多くは、噴射対象物５が有するハニカム構造の内壁面に接触するため、触媒反応の効率を向上させることができる。
【0034】
また、噴射部１３では、気体噴射孔１７１から噴出される気体の風圧によって扁平形状を調節している。そのため、噴射対象面Ｐの大きさ等の条件が変更された場合においても、上記風圧を変更することにより、噴射部１３の構造を変更することなく対応することが可能となる。
【0035】
なお、本実施形態では、進路制御部として気体出射部１７を備える構成について説明したが、付着領域Ｓの形状を制御する方法はこれに限られるものではない。例えば、進路制御部として、液体噴射孔１４の形状を変形し、扁平形状とすることによって付着領域Ｓを扁平形状となるように調整してもよい。
【0036】
〔実施形態２〕
＜ノズル２Ａの構成＞
本発明の他の実施形態について、図６～図８を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図６は、本発明の実施形態２に係るノズル２Ａを示す概略図である。図７は、図６に示すノズル２ＡのＢ－Ｂ´切断線による断面図である。図８は、ノズル２Ａを用いて液体６を噴射した時の噴射対象面Ｐを示す図である。
＜ノズル２Ａの構成＞
本発明の他の実施形態について、図６～図８を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図６は、本発明の実施形態２に係るノズル２Ａを示す概略図である。図７は、図６に示すノズル２ＡのＢ－Ｂ´切断線による断面図である。図８は、ノズル２Ａを用いて液体６を噴射した時の噴射対象面Ｐを示す図である。
【0037】
図６および図７に示すように、本発明の実施形態２に係るノズル２Ａは、噴射部１３として４つの噴射部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、および１３Ｄを備える。４つの噴射部１３Ａ～１３Ｄはそれぞれ噴射対象面Ｐに対して垂直な方向である第３方向から見て同一直線上に位置しないよう配置されている。具体的には、第３方向から見た場合、４つの噴射部１３はノズル本体１１の中心点２０を中心とした同一円周上に配置されている。
【0038】
また、４つの噴射部１３は、互いの距離も均等になるように配置されている。換言すると４つの噴射部１３は、第３方向から見た場合、正四角形を成すように配置されている。また、４つの噴射部１３は、第３方向から見たときに、ノズル本体１１の中心点２０から噴射部１３へ向かう方向に向けて液体を噴射するように第３方向に垂直な面に対して傾いて設置されている。
【0039】
＜ノズル２Ａの効果＞
図８に示すように、ノズル２Ａを用いて液体６の付着領域Ｕ（図８において符号Ｕで示す領域）は、４つの付着領域Ｓによって構成されるため、ノズル２による付着領域Ｔよりも広くなる。これは、ノズル２Ａが４つの噴射部１３Ａ～１３Ｄを備えているためである。ノズル２Ａは、上記構成により、ノズル２と同様に付着領域Ｔ内における液体６の付着量の偏りを低減しつつ噴射領域Ｐのより広い範囲に液体６を噴射することができる。
図８に示すように、ノズル２Ａを用いて液体６の付着領域Ｕ（図８において符号Ｕで示す領域）は、４つの付着領域Ｓによって構成されるため、ノズル２による付着領域Ｔよりも広くなる。これは、ノズル２Ａが４つの噴射部１３Ａ～１３Ｄを備えているためである。ノズル２Ａは、上記構成により、ノズル２と同様に付着領域Ｔ内における液体６の付着量の偏りを低減しつつ噴射領域Ｐのより広い範囲に液体６を噴射することができる。
【符号の説明】
【0040】
２、２Ａ ノズル
５ 噴射対象物
６ 液体
１１ ノズル本体
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ 噴射部
１４ 液体噴射孔（噴射孔）
１７ 気体出射部（進路制御部）
Ｐ 噴射対象面
５ 噴射対象物
６ 液体
１１ ノズル本体
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ 噴射部
１４ 液体噴射孔（噴射孔）
１７ 気体出射部（進路制御部）
Ｐ 噴射対象面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】