特許 7511773 還元剤気化装置

(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】2024-06-27

(45)【発行日】2024-07-05

(54)【発明の名称】還元剤気化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20240628BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240628BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 N

F01N3/08 B

F01N13/08 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023544241

(86)(22)【出願日】2023-01-23

(86)【国際出願番号】 JP2023001853

(87)【国際公開番号】W WO2023145671

(87)【国際公開日】2023-08-03

【審査請求日】2023-07-21

(31)【優先権主張番号】P 2022012129

(32)【優先日】2022-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390010227

【氏名又は名称】株式会社三五

(74)【代理人】

【識別番号】100101535

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 好道

(74)【代理人】

【識別番号】100161104

【弁理士】

【氏名又は名称】杉山 浩康

(72)【発明者】

【氏名】八重尾 敦

(72)【発明者】

【氏名】野田 久美子

【審査官】増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０００５８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１２１５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－４７１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９４３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３３７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６８４６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８０９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－７６４６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外管と、該外管の内側に設けた内管を有し、
該内管を、支持部材により支持して前記外管に内装し、
前記内管内に気体が流通する内側流路を形成し、前記外管と、前記内管との間に、気体が流通する外側流路を形成し、
還元剤の噴出方向を、前記内側流路の軸芯と同じになるようにした供給部により、前記還元剤を前記内側流路内に選択的に供給するとともに、前記還元剤を前記外側流路内には供給しないようにし、
前記供給部における還元剤の噴射角度が、前記内管内に収まる位置に、前記供給部を設け、
前記内管内に、前記内側流路の軸方向へ延在するとともに、下流側端部が同じ方向に曲折された複数の板状部材で構成された気化部材を設け、
前記気化部材を構成する複数の板状部材の少なくとも一つに、凸凹加工、穿孔加工、切り起こし加工のうち少なくとも一つの加工を施したことを特徴とする還元剤気化装置。

【請求項2】

前記内管に、複数の連通孔を形成したことを特徴とする請求項１記載の還元剤気化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、還元剤気化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両から排出される排気ガス中に含まれるＮＯX（窒素酸化物）を分解して、排気ガスを浄化する装置として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが用いられている。

【0003】

尿素ＳＣＲシステムは、排気通路に設けた還元触媒を有し、還元触媒よりも上流の排気通路内に尿素水溶液等の還元剤を供給し、尿素水溶液から生成されるアンモニアとＮＯXとが反応することによりＮＯXを分解し、排気ガスを浄化するものである。

【0004】

還元剤である尿素水の分解反応の過程で、シアヌル酸、メラミン、メルムなどの中間生成物が生成されることがある。この中間生成物は、温度低下時に白色の堆積物として管内に残留し、排気浄化効率の低下や、結晶物による触媒欠けの原因等となるため、中間生成物の生成の抑制が望まれている。

【0005】

排気ガスと還元剤との混合区間において、管を内管と外管の二重構造とし、内管と外管との間に空気層を形成することで保温性を高めることにより、中間生成物の生成を抑制することが提案されている（特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１２－１２７３１１号公報

【文献】国際公開２０１２／１６４７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１記載の排気浄化装置においては、空気層内の排気ガスの動きが少ないため、還元剤である尿素水の熱分解時に気化熱が奪われ、排気ガスの温度低下が生じ、二重管による保温効果では、中間生成物の生成を抑制できないという問題がある。

【0008】

また、特許文献２記載の排気浄化装置においては、内管内に、複数の板材を内管の軸芯を中心として、放射状に配置しているため、内管内の通気抵抗が高くなり、排気ガスは、外管と内管との間を優先的に流通するようになり、板材により還元剤の気化促進効果が得られにくいとともに、板材同士の間に中間生成物が堆積する恐れがある。

【0009】

そこで、本発明は、上記特許文献１，２記載の構造よりも、中間生成物の生成を抑制し、内管内の通気抵抗を低減できる還元剤気化装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記の課題を解決するために、本発明は、外管と、該外管の内側に設けた内管を有し、
該内管を、支持部材により支持して前記外管に内装し、
前記内管内に気体が流通する内側流路を形成し、前記外管と、前記内管との間に、気体が流通する外側流路を形成し、
還元剤の噴出方向を、前記内側流路の軸芯と同じになるようにした供給部により、前記還元剤を前記内側流路内に選択的に供給するとともに、前記還元剤を前記外側流路内には供給しないようにし、
前記供給部における還元剤の噴射角度が、前記内管内に収まる位置に、前記供給部を設け、
前記内管内に、前記内側流路の軸方向へ延在するとともに、下流側端部が同じ方向に曲折された複数の板状部材で構成された気化部材を設け、
前記気化部材を構成する複数の板状部材の少なくとも一つに、凸凹加工、穿孔加工、切り起こし加工のうち少なくとも一つの加工を施したことを特徴とするものである。

【0012】

また、前記内管に、複数の連通孔を形成してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、外管と、管の内側に設けた内管を有し、内管内に気体が流通する内側流路を形成し、外管と内管との間に、気体が流通する外側流路を形成し、供給部により、還元剤を内側流路内に選択的に供給するとともに、還元剤を外側流路内には供給しないようにしたことにより、外側流路内の温度は、還元剤の熱分解時の気化熱等により低下するが、内部を気体が流通することで一定に保つことができ、内側流路内へ熱伝達を行うことで、内側流路内の温度低下を低く抑え、排気浄化効率の低下や、結晶物による触媒欠けの原因等となる中間生成物の生成を抑制することができる。

【0014】

また、内管内に、複数の板状部材で構成され、内側流路の軸方向へ延在する気化部材を設けたことにより、特許文献２記載の排気浄化装置よりも、内管内の通気抵抗を低減し、内管内の排ガスの流量を増し、気化部材による還元剤の気化を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例１に係る還元剤気化装置の縦断面図。

【図2】図１の分解斜視図。

【図3】図２の縦断面図。

【図4】本発明の実施例２に係る還元剤気化装置の分解斜視図。

【図5】本発明の実施例３に係る還元剤気化装置の縦断面図。

【図6】本発明の実施例４に係る還元剤気化装置の縦断面図の一例。

【図7】本発明の実施例４に係る還元剤気化装置の縦断面図の他例。

【図8】本発明の実施例５に係る還元剤気化装置の一例の縦断面図。

【図9】本発明の実施例５に用いる板状部材の他例の斜視図。

【図10】本発明の実施例６に用いる気化部材の斜視図。

【図11】本発明の実施例７に用いる板状部材の斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

【0017】

［実施例１］
図１は、本発明における実施例１の還元剤気化装置１を示す縦断面図である。還元剤気化装置１は、車両に搭載された内燃機関のエンジンから排出された気体である排気ガスが流通する流路である排気管１０に設けられ、図１の右側が排気管１０の上流側Ａ、左側が下流側Ｂである。

【0018】

還元剤気化装置１の上流側には、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯを酸化浄化する図示しない酸化触媒（ＤＯＣ）が配置され、下流側には、排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒(ＳＣＲ)が配置されている。排気中のＰＭを捕集するフィルタ（ＤＰＦ）は、酸化触媒（ＤＯＣ）と還元剤気化装置１との間に設けてもよいし、選択還元触媒(ＳＣＲ)と一体に形成（ＳＣＲＦ）してもよい。

【0019】

還元剤気化装置１は、図１～図３に示すように、外管２と、外管２の内側に設けた内管３の２重管を有している。内管３は、支持部材４により、外管２の内面に対し固定支持され、内管３は、外管２に内装されている。本実施例においては、図１に示すように、内管３の上流側端部を、下流側から上流側に向かう程拡径するようにしたが、拡径しないように形成してもよい。

【0020】

外管２は、第１外管２ａと、第２外管２ｂを、外管２の軸方向に直列に接続して形成されている。外管２を、断熱材で被覆するようにしてもよい。なお、第１外管２ａと、第２外管２ｂを一体に形成してもよい。

【0021】

支持部材４は、図１～図３に示すように、上流側Ａから下流側Ｂに向かって縮径するように形成されている。支持部材４の上流側端部４ａの内面が、第１外管２ａの外面に勘合するとともに、支持部材４の上流側端部４ａの外面が、第２外管２ｂの内面に勘合し、支持部材４の上流側端部４ａは、外管２に対して固定されている。

【0022】

支持部材４の下流側端部４ｂの内面は、内管３の外面に勘合され、支持部材４の下流側端部４ｂは、内管３に対して固定されている。

【0023】

支持部材４には、外管２の軸方向に貫通する流通孔４ｃが、周方向に相互に離間するように複数形成されている。

【0024】

外管２と内管３との間には、気体が流通する外側流路５が形成され、外側流路５を流通する気体は、流通孔４ｃを通過して流通するようになっている。また、内管３は両端が開口し、内管３内には気体が流通する内側流路６が形成されている。

【0025】

支持部材４は、外管２と外側流路５内の熱を、内管３に効率よく伝えることができる素材で構成され、外管２と外側流路５内の熱を、内管３に伝えることができるようになっている。

【0026】

排気管１０における内管３の上流側Ａには、内側流路６内に尿素水溶液等の液体状の還元剤を供給する供給部１１が設けられ、供給部１１により、還元剤を、後述する気化部材１２に当たるように、内管３の内側流路６内に選択的に供給するとともに、外側流路５内には還元剤を供給しないようになっている。なお、図１において供給部１１の詳細な構造は図示していない。本実施例では、還元剤として、尿素水溶液を用い、供給部１１として尿素水インジェクタを用いるとともに、図１に示すように、尿素水インジェクタにおける還元剤の噴射角度が、内管３の内側流路６内に収まるように設定した。本実施例では、供給部１１を、図１に示すように、排気管１０の内部に突出するように設けたが、内管３の内側流路６内に還元剤を供給できれば、排気管１０の内部に突出しないように設けてもよい。

【0027】

また、図１に示すように、供給部１１における還元剤の噴出方向が、内側流路６の軸芯と略同じとなるようにした。

【0028】

内管３の内側流路６内には、液体状の還元剤の気化を促進する気化部材１２が設けられている。供給部１１である尿素水インジェクタより噴霧された液状の尿素水は、気化部材１２に付着した後、排気ガス等の熱により気化及び熱分解するようになっている。

【0029】

気化部材１２は、図１，図３に示すように、複数枚の板状部材１２ａを、内側流路６の軸方向に延在するとともに、下流側端部１２ｂが同じ方向に曲折されて、略平行となるように設けられている。板状部材１２ａの下流側端部１２ｂは、他の板状部材１２ａと干渉しないとともに、内側流路６を閉塞しないよう曲折されている。板状部材１２ａの下流側端部１２ｂを曲折したことにより、板状部材１２ａと還元剤である尿素水との接触確率を高め、噴霧された還元剤の多くを、板状部材１２ａの表面に付着させ、尿素水を確実に気化させることができる。

【0030】

内側流路６の上流側には、気化部材１２が設けられていない。また、気化部材１２の下流側端部１２ｂは、内側流路６より外側方向に突出するように設けられている。なお、気化部材１２の下流側端部１２ｂを、内側流路６内に収納し、下流側端から外側方向に突出させなくてもよい。

【0031】

内管３の内側流路６におけるその軸方向の長さＬ１は、気化部材１２における内側流路６の軸方向の長さＬ２よりも長くなるように形成されている。

【0032】

外側流路５内を、排気ガス等の気体のみが流通し、外側流路５内には還元剤が供給されないことにより、外側流路５内の温度が、還元剤の熱分解時の気化熱等により低下することがないとともに、外側流路５内を気体である排気ガスが流通することで高温に保つことができる。

【0033】

この高温の空気層である外側流路５から内側流路６への熱伝達により、内側流路６内の温度が、還元剤の熱分解時の気化熱等により低下することを低く抑え、内側流路６内の温度を高く保つことができることで、還元剤の気化を促進し、還元剤である尿素水の分解反応の過程で生じる中間生成物の生成を抑制し、中間生成物による排気ガス等の浄化効率の低下や、中間生成物の結晶物等による触媒欠けなどを防ぐことができる。

【0034】

また、支持部材４により、外管２と外側流路５内の熱を、内管３に伝えるようにしたことにより、内側流路６内の温度が還元剤の熱分解時の気化熱等により低下することをより防ぐことができる。

【0035】

また、内側流路６の軸方向の長さＬ１を、気化部材１２の軸方向の長さＬ２よりも長く形成したことにより、内側流路６の軸方向の長さＬ１と気化部材１２の軸方向の長さＬ２が同じとなるように形成したものと比較して、外側流路５の軸方向の長さを長くすることができ、より内側流路６内の温度を高く保つことができる。

【0036】

気化部材１２を、内側流路の軸方向へ延在する複数枚の板状部材１２ａを、平行に設けて構成したことにより、上記特許文献２記載の排気浄化装置と比較して、内側流路６内の背圧を低減するともに、通気抵抗を低減し、内側流路６内の排気ガスの流量を増し、気化部材１２による還元剤の気化を促進することができる。

【0037】

［実施例２］
本実施例２は、図４に示すように、内管１４の周壁に、表裏を貫通するパンチング孔からなる穿孔で形成され、外側流路５内と内側流路６内を連通する連通孔１５を複数形成した実施例である。

【0038】

それ以外の構造は、前記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

【0039】

本実施例２においても前記実施例１と同様の効果を奏する。

【0040】

更に、本実施例２は、内管１４に複数の連通孔１５を形成したことにより、外側流路５内を流れる高温の排気ガスの一部が、連通孔１５を通じて、内側流路６内に流入することで、内側流路６内の温度を、上記実施例１よりも高く保つことができることで、還元剤の気化をより促進し、還元剤である尿素水の分解反応の過程で生じる中間生成物の生成を抑制し、中間生成物による排気ガス等の浄化効率の低下や、中間生成物の結晶物等による触媒欠けなどをより防ぐことができる。

【0041】

［実施例３］
上記実施例１においては、支持部材４により、内管３を外管２に対して固定したが、図５に示すように、内管１６の周壁を切り起こして支持部材１６ａを複数形成し、この支持部材１６ａにより、内管３を外管２に対して固定するようにしてもよい。支持部材１６ａを切り起こすことにより、内管３の周壁に上記実施例２の連通孔１５と同様の作用をする連通孔１６ｂが形成される。

【0042】

また、上記実施例１，２では、板状部材１２ａの下流側端部１２ｂを、曲折したが、図５に示すように、曲折しなくても還元剤を十分に気化することができれば、板状部材１２ａの下流側端部１２ｂを曲折しないように形成してもよい。

【0043】

また、内管１６と、供給部１１との間の、排気管１０の内壁、好ましくは、供給部１１の近傍の内壁に、板状部材１２ａの表面に直交する仕切板１７が１枚形成されている。なお、仕切板１７の数は任意に設定できる。

【0044】

それ以外の構造は、前記実施例１，２と同様であるのでその説明を省略する。

【0045】

本実施例３においても前記実施例１，２と同様の効果を奏する。

【0046】

更に、本実施例３は、仕切板１７を設けたことにより、供給部１１を、図５に示すように、排気管１０の内部に突出するように設けた際に、排気ガスが、供給部１１の周辺で旋回することを抑制し、内管３内に流入する排気ガスを整流することができる。

【0047】

内管１６の周壁を切り起こして支持部材１６ａを形成したことにより、上記実施例１、２よりも部品点数を削減し、製造コストを低減できる。また、支持部材１６ａと内管１６を一体に形成することで、外管２からの熱伝達効率を上げ、内側流路６内の温度をより上昇させることができる。

【0048】

また、内管１６の周壁の切り起こしの大きさ、数、位置を、選択（チューニング）することで、外側流路５から内側流路６内への高温の排気ガスの導入を促進し、内側流路６内の温度をより上昇させることができる。

【0049】

また、板状部材１２ａの下流側端部１２ｂを、曲折しないことで、内側流路６内の背圧上昇を抑え、内側流路６内の排気ガスの流量を増加させることができる。

【0050】

［実施例４］
上記実施例１乃至３においては、供給部１１における還元剤の噴出方向を、内側流路６の軸芯がほぼ同じとなるように設定したが、供給部１１により還元剤を内管３の内側流路６内のみに供給することができれば、内管３の内側流路６に対する供給部の位置は任意に設定することができる。

【0051】

例えば、図６に示すように、供給部２１における還元剤の噴出方向を、内側流路６の軸芯に対して傾斜するとともに、還元剤の噴射角度が、内管３の内側流路６内に収まるようにしてもよい。

【0052】

また、図７に示すように、供給部３１における還元剤の噴出方向を、内側流路６の軸芯に対して直交するとともに、供給部３１を、外管２と内管３の側面を貫通して設け、供給部３１により還元剤を内管３の内側流路６内のみに供給するようにしてもよい。

【0053】

それ以外の構造は、前記実施例１乃至３と同様であるのでその説明を省略する。

【0054】

本実施例４においても前記実施例１乃至３と同様の効果を奏する。

【0055】

［実施例５］
本実施例５は、図８，図９に示すように、複数の凸凹４２を形成する凸凹加工を、気化部材４１の板状部材４１ａの表面に施した実施例である。この凸凹加工は、複数枚の板状部材４１ａのうち少なくとも一枚に施されていればよく、凸凹加工を施す枚数は任意に設定できる。

【0056】

凸凹４２は、図８に示すように、板状部材４１ａの上流側のみに設けてもよいし、図９に示すように、板状部材４１ａの全面に設けるようにしてもよく、任意の場所に設けることができる。

【0057】

また、凸凹加工は、任意の方法で行うことができ、例えば、図９に示すように、エンボス加工により、比較的小さな凸凹４２を多数形成するようにしてもよい。

【0058】

それ以外の構造は、前記実施例１乃至４と同様であるのでその説明を省略する。

【0059】

本実施例５においても前記実施例１乃至４と同様の効果を奏する。

【0060】

更に、本実施例５は、板状部材４１ａの表面に、凸凹４２を形成したことにより、板状部材４１ａの表面積を上記実施例１乃至４の板状部材１２ａよりも増やし、還元剤の気化をより促進できる。

【0061】

また、板状部材４１ａの凸凹４２により、板状部材４１ａの表面で乱流が生じ排気ガスが攪拌され、還元剤の気化をより促進できる。

【0062】

また、気化部材４１の軸方向の長さＬ２を、上記実施例１乃至４の板状部材１２ａよりも短く形成した場合でも、上記実施例１乃至４の板状部材１２ａと同等の還元剤の気化促進効果を得ることができる。

【0063】

［実施例６］
本実施例６は、図１０に示すように、表面を切り起こして凸凹５２と孔５３を形成する切り起こし加工を、気化部材５１の板状部材５１ａの表面に施した実施例である。この切り起こし加工は、複数枚の板状部材５１ａのうち少なくとも一枚に施されていればよく、切り起こし加工を施す枚数は任意に設定できる。

【0064】

それ以外の構造は、前記実施例１乃至４と同様であるのでその説明を省略する。

【0065】

本実施例６においても前記実施例１乃至４と同様の効果を奏する。

【0066】

更に、本実施例６は、板状部材５１ａの表面に、切り起こし加工を施したことにより、板状部材５１ａの表面積を上記実施例１乃至４の板状部材１２ａよりも増やし、還元剤の気化をより促進できる。

【0067】

また、板状部材５１ａの凸凹５２と孔５３により、板状部材５１ａの表面で乱流が生じ、排気ガスが攪拌され、還元剤の気化をより促進できる。

【0068】

また、気化部材５１の軸方向の長さＬ２を、上記実施例１乃至４の気化部材１２よりも短く形成した場合でも、上記実施例１乃至４の板状部材１２ａと同等の還元剤の気化促進効果を得ることができる。

【0069】

［実施例７］
本実施例７は、図１１に示すように、表裏を貫通するパンチング孔からなる穿孔６２を多数形成する穿孔加工を、気化部材６１の板状部材６１ａの表面に施した実施例である。この穿孔加工は、複数枚の板状部材６１ａのうち少なくとも一枚に施されていればよく、穿孔加工を施す枚数は任意に設定できる。なお、図１１では、１枚の板状部材６１ａのみを図示したが、気化部材６１は、上記実施例１乃至６と同様に、複数枚の板状部材６１ａで構成されている。

【0070】

それ以外の構造は、前記実施例１乃至４と同様であるのでその説明を省略する。

【0071】

本実施例７においても前記実施例１乃至４と同様の効果を奏する。

【0072】

更に、本実施例７は、板状部材６１ａに穿孔６２を形成したことにより、還元剤液膜の厚みを上記実施例１乃至４の板状部材１２ａよりも減らし、還元剤の気化をより促進できる。

【0073】

また、板状部材６１ａの表面に、穿孔６２を形成したことにより、板状部材６１ａの表面で乱流が生じて排気ガスが攪拌され、還元剤の気化をより促進できる。

【0074】

また、気化部材６１の軸方向の長さＬ２を、上記実施例１乃至４の気化部材１２よりも短く形成した場合でも、上記実施例１乃至４の板状部材１２ａと同等の還元剤の気化促進効果を得ることができる。

【0075】

［実施例８］
上記実施例５乃至７は、気化部材１２，４１，５１，６１を構成する板状部材１２ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａに、凸凹加工、穿孔加工、切り起こし加工の何れかの加工を、複数枚の板状部材１２ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａに対し、全て、同じ加工となるようにしたが、異なる加工を施した板状部材１２ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａを組み合わせて気化部材１２，４１，５１，６１を構成するようにしてもよい。

【0076】

それ以外の構造は、前記実施例１乃至７と同様であるのでその説明を省略する。

【0077】

本実施例８においても前記実施例１乃至７と同様の効果を奏する。

【符号の説明】

【0078】

１ 還元剤気化装置
２ 外管
３，１４，１６ 内管
４，１６ａ 支持部材
５ 外側流路
６ 内側流路
１１，２１，３１ 供給部
１２，４１，５１，６１ 気化部材
１２ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ 板状部材
１５，１６ｂ 連通孔
４２ 凸凹（凸凹加工）
５２ 凸凹（切り起こし加工）
５３ 孔（切り起こし加工）
６２ 穿孔（穿孔加工）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】