(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体の上面に開設された開口部を閉塞すべく、該容器本体に対して着脱可能に締結される天蓋に、液体還元剤の残量を検出する水位計の基部と、液体還元剤の濃度を検出する濃度計の基部と、前記水位計及び濃度計の基部から垂下された検出部を囲みつつエンジンを熱源とする熱媒体を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器と、を夫々取り付けると共に、液体還元剤の供給口及び戻り口を夫々形成し、前記天蓋に対して水位計，濃度計，熱交換器並びに液体還元剤の供給口及び戻り口を一体化したことを特徴とする還元剤容器の構造。
【請求項２】
前記天蓋は、熱伝導特性が良好な金属プレートからなることを特徴とする請求項１記載の還元剤容器の構造。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記熱媒体の入口と出口とを相互接続する略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の還元剤容器の構造。
【請求項４】
前記管材の先端屈曲部は、前記天蓋に固定された金属製のブラケットにより支持されたことを特徴とする請求項３記載の還元剤容器の構造。
【請求項５】
前記天蓋には、上方へと向かって延びる部位を有する管状の開放口が形成されると共に、該開放口には、先端部が略鉛直下方を向いた状態で配設されるブリーザホースの基端部が接続されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の還元剤容器の構造。
【請求項６】
前記開放口は、前記容器本体の横断面の略中央に対応した位置に形成されたことを特徴とする請求項５記載の還元剤容器の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、特に、液体還元剤の濃度及び残量を夫々検出する濃度計及び水位計の点検整備を容易にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた必要量の液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと液体還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、液体還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、液体還元剤を貯蔵する還元剤容器には、排気浄化装置としての機能を発揮可能とすべく、少なくとも、液体還元剤の濃度及び残量を夫々検出する濃度計及び水位計、並びに、エンジン冷却水を循環させて液体還元剤の凍結を防止する熱交換器を夫々取り付けると共に、液体還元剤の供給口及び戻り口を夫々形成する必要がある。このとき、濃度計及び水位計は、定期的な点検整備が必要なことから、還元剤容器に対して着脱可能に取り付けることが要求される。
【０００４】
しかしながら、還元剤容器に対して濃度計及び水位計が着脱可能であっても、その着脱に多大な手間が必要であれば点検整備に時間がかかり、排気浄化装置の機能を維持するためのコストが上昇してしまうおそれがあった。また、点検整備に要するコスト上昇を避けるために、点検整備の間隔が長くなり、排気浄化装置の機能が不十分のままエンジンを稼動させてしまうおそれもあった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤容器から濃度計及び水位計を容易に着脱可能とすることで、点検整備に要する労力を軽減した還元剤容器の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、請求項１記載の発明では、容器本体の上面に開設された開口部を閉塞すべく、該容器本体に対して着脱可能に締結される天蓋に、液体還元剤の残量を検出する水位計の基部と、液体還元剤の濃度を検出する濃度計の基部と、前記水位計及び濃度計の基部から垂下された検出部を囲みつつエンジンを熱源とする熱媒体を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器と、を夫々取り付けると共に、液体還元剤の供給口及び戻り口を夫々形成し、前記天蓋に対して水位計，濃度計，熱交換器並びに液体還元剤の供給口及び戻り口を一体化したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、前記天蓋は、熱伝導特性が良好な金属プレートからなることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記熱交換器は、前記熱媒体の入口と出口とを相互接続する略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して構成されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記管材の先端屈曲部は、前記天蓋に固定された金属製のブラケットにより支持されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５記載の発明では、前記天蓋には、上方へと向かって延びる部位を有する管状の開放口が形成されると共に、該開放口には、先端部が略鉛直下方を向いた状態で配設されるブリーザホースの基端部が接続されることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記開放口は、前記容器本体の横断面の略中央に対応した位置に形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、還元剤容器に取り付けられた水位計及び濃度計を点検整備するときには、容器本体の上面に開設された開口部を閉塞する天蓋を取り外し、熱交換器が容器本体に干渉しないように上方に向けて引く抜く。このとき、天蓋には、熱交換器に加えて水位計及び濃度計の基部が夫々取り付けられているため、これらも同時に取り外すことができる。そして、水位計及び濃度計の点検整備が完了したならば、容器本体の上面に開設された開口部から熱交換器を挿入し、容器本体の上面に天蓋を締結する。従って、天蓋及びこれと一体化されている水位計などは、容器本体の内壁に固定されていないことから、水位計及び濃度計の点検整備に際して、還元剤容器を分解する必要がなく、その工数を大幅に削減することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、天蓋は熱伝達特性が良好な金属プレートから構成されているため、熱媒体の入口から天蓋にその熱が伝達され易く、天蓋が短時間かつ均一に昇温し、液体還元剤の供給口及び戻り口の周囲を加熱する。このため、液体還元剤の供給口及び戻り口の周囲に存在する液体還元剤の凍結を防止することができる。
請求項３記載の発明によれば、熱交換器は熱媒体の入口と出口とを相互接続する略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して構成されるので、還元剤容器内での全長が長くなり、液体還元剤との間で効率的に熱交換を行うことができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、熱交換器を構成する管材の先端屈曲部は、天蓋に固定されたブラケットにより支持されるため、天蓋に対して３点で支持固定されることとなり、その取付剛性を高めることができる。また、熱交換器の熱は、その先端屈曲部から金属製のブラケットを介して天蓋に伝達されるため、天蓋は熱媒体の入口からの熱に加えて、ブラケットを介して伝達された熱により昇温し、液体還元剤の供給口及び戻り口の周囲を加熱する。このため、液体還元剤の供給口及び戻り口に接続される配管が外気に晒されたとしても、その内部の液体還元剤の凍結を効率的に防止することができる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、容器本体内部の上部空間は、開放口及びブリーザホースを介して大気開放される。このため、雰囲気温度の上昇などにより、容器本体の上部空間に存在する空気が膨張しても、これが大気中に放出されるので、容器内の圧力上昇を抑制することができる。また、開放口は天蓋と一体化されているため、その開口に還元剤成分が析出されたとしても、水位計及び濃度計の点検整備を行うときに、これを容易に除去することができる。さらに、開放口は上方へと向かって延びる部位を有すると共に、ブリーザホースの先端部は略鉛直下方を向いているので、液体還元剤から発生した気体成分のうち空気より比重の小さいものはブリーザホースの鉛直上部内に溜まり、大気中に放出されることを抑制できる。
【００１３】
請求項６記載の発明によれば、液体還元剤が揺れ動いたとしても、これが開放口まで到達し難くなり、ブリーザホースを介して液体還元剤がそのまま排出されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、尿素水溶液を液体還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部に吸込口が位置する供給配管２６を介して還元剤供給装置２８に供給される一方、還元剤供給装置２８で噴射に寄与しない余剰の尿素水溶液は、戻り配管３０を介して還元剤容器２４の上部空間内へと戻される。そして、還元剤供給装置２８は、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３２により制御され、エンジン運転状態に応じた必要量の尿素水溶液を、空気と混合しつつ噴射ノズル１８に供給する。
【００１５】
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアを発生する。発生したアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
【００１６】
還元剤容器２４は、図２に示すように、略直方体形状をなす容器本体２４Ａの長手方向の２面幅を形成する側面上部に、尿素水溶液を補充するための補充口２４Ｂ及び搬送時に把持する取手２４Ｃが夫々形成されたものである。また、容器本体２４Ａの上面には、図示しない開口部が開設され、これを閉塞するように、締結部材としての複数のボルト３４により天蓋３６が着脱可能に締結される。ここで、天蓋３６は、熱伝達特性が良好な金属プレートから構成することが望ましい。
【００１７】
天蓋３６の上面には、その長手方向の一端部から中央部にかけて、エンジンを熱源とする熱媒体としてのエンジン冷却水の入口３６Ａ及び出口３６Ｂと、尿素水溶液の供給口３６Ｃ及び戻り口３６Ｄと、内部の上部空間を大気開放する開放口３６Ｅと、が夫々形成される。ここで、開放口３６Ｅは、上方へと向かって延びる部位を有する管状に形成され、図３に示すように、満タン液面レベル近傍において先端部３７Ａが略鉛直下方を向いた状態で配設されるブリーザホース３７の基端部３７Ｂが接続される。また、天蓋３６には、その長手方向の中央部から他端部にかけて、尿素水溶液の残量を検出する水位計３８の基部３８Ａと、尿素水溶液の濃度を検出する濃度計４０の基部４０Ａと、が締結部材としてのボルト４２により夫々締結される。水位計３８は、横断面が円形をなす内側電極及び外側電極を同心に配置し、両電極間の静電容量変化から尿素水溶液の水位を検出するもので、その基部３８Ａから容器本体２４Ａの底部に向かって、内側電極及び外側電極からなる検出部３８Ｂが垂下される。一方、濃度計４０は、離間した２点間の温度伝達特性から尿素水溶液の濃度を検出するもので、容器本体２４Ａの底部に検出部４０Ｂが位置するように、その基部４０Ａから検出部４０Ｂが垂下される。
【００１８】
エンジン冷却水の入口３６Ａと出口３６Ｂとは、容器本体２４Ａ内に配設される熱交換器４４により相互接続される。熱交換器４４は、略Ｕ字形状の管材を、容器本体２４Ａの底部において水位計３８及び濃度計４０を取り囲むように屈曲形成させると共に、その先端屈曲部４４Ａを、天蓋３６に固定された金属製のブラケット４６により支持させたものである。このように、エンジン冷却水の入口３６Ａと出口３６Ｂとを相互接続する略Ｕ字形状の管材を屈曲形成して熱交換器４４を構成すれば、液体還元剤容器内における熱交換器４４の全長が長くなり、液体還元剤との間で効率的に熱交換を行うことができる。また、尿素水溶液の供給口３６Ｃには、容器本体２４Ａの底部から尿素水溶液を吸い込む吸込管４８が接続される。吸込管４８は、熱交換器４４と熱交換すべく、エンジン冷却水の入口３６Ａに接続される管材に沿わせるように配置される。
【００１９】
さらに、熱交換器４４の下部には、還元剤容器２４内で凍結した尿素水溶液の氷片から水位計３８及び濃度計４０を保護するように、上面のみが開口する略箱型形状のプロテクタ５０が固定される。このようにすれば、尿素水溶液の氷片が還元剤容器２４内で暴れても、例えば、これが濃度計４０の検出部４０Ｂに激突することがなく、破損による故障発生などを未然に防止することができる。
【００２０】
そして、還元剤容器２４に取り付けられた水位計３８及び濃度計４０を点検整備するときには、天蓋３６を容器本体２４Ａに締結しているボルト３４を取り外し、熱交換器４４が容器本体２４Ａと干渉しないように上方に向けて引き抜く。このとき、天蓋３６には、熱交換器４４に加え、水位計３８及び濃度計４０などが一体化されているので、これらも同時に取り外すことができる。その後、水位計３８及び濃度計４０の点検整備が完了したならば、容器本体２４Ａの上面に開設された開口部から熱交換器４４を挿入し、その上面に天蓋３６をボルト３４により締結する。このような点検整備を行うときには、天蓋３６及びこれと一体化されている水位計３８及び濃度計４０などは、容器本体２４Ａの内壁に固定されていないため、還元剤容器２４を分解する必要がなく、その工数を大幅に削減することができる。
【００２１】
一方、熱交換器４４を構成する管材の先端屈曲部４４Ａは、天蓋３６に固定されたブラケット４６により支持されるため、天蓋３６に対して熱交換器４４は３点で支持固定されることとなり、その取付剛性を高めることができる。また、熱交換器４４の熱は、その先端屈曲部４４Ａから金属製のブラケット４６を介して天蓋３６に伝達される。このため、天蓋３６は、エンジン冷却水の入口３６Ａからの熱に加えて、ブラケット４６を介して伝達された熱により昇温し、尿素水溶液の供給口３６Ｃ及び戻り口３６Ｄの周囲を加熱する。従って、これらに接続される配管が外気に晒されたとしても、その内部の尿素水溶液が凍結することを効率的に防止することができる。
【００２２】
また、天蓋３６に形成された開放口３６Ｅには、先端部３７Ａが略鉛直下方を向いた状態で配設されるブリーザホース３７の基端部３７Ｂが接続されるため、還元剤容器２４内部の上部空間は、開放口３６Ｅ及びブリーザホース３７を介して大気開放される。このため、雰囲気温度の上昇などにより、還元剤容器２４の上部空間に存在する気体が膨張しても、これが大気中に放出されるので、容器内の圧力上昇を抑制することができる。ここで、上部空間の気体には、尿素水溶液の温度上昇により発生した微量のアンモニアが含まれる。しかし、開放口３６Ｅは上方へと向かって延びる部位を有すると共に、ブリーザホース３７の先端部３７Ａは略鉛直下方を向いているので、空気より比重の小さいアンモニアはブリーザホース３７の鉛直上部内に溜まり、大気中に放出されることが抑制される。さらに、開放口３６Ｅは天蓋３６と一体化されているため、その開口に尿素が析出されたとしても、水位計３８及び濃度計４０の点検整備を行うときに、これを容易に除去することができる。
【００２３】
還元剤容器２４を移動車両に搭載するときには、開放口３６Ｅを、容器本体２４Ａの横断面の略中央に対応した位置に形成することが望ましい。即ち、移動車両が走行するときには、還元剤容器２４には多方向に加速度が作用するため、尿素水溶液は、容器本体２４Ａの略中央を中心として揺れ動く。開放口３６Ｅを容器本体２４Ａの横断面の略中央に対応した位置に形成しておけば、尿素水溶液が揺れ動いたとしても、これが開放口３６Ｅの開口まで到達し難くなり、ブリーザホース３７を介して尿素水溶液がそのまま排出されることを防止できる。
【００２４】
なお、本発明は、尿素水溶液を液体還元剤として使用する排気浄化装置に限らず、炭化水素を主成分とするガソリン，軽油，アルコールなどを液体還元剤として使用するものにも適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の適用対象である排気浄化装置の全体構成図
【図２】還元剤容器及びその内部配置を示す斜視図
【図３】ブリーザホースの接続状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図
【符号の説明】
【００２６】
１０    エンジン
２４    還元剤容器
２４Ａ  容器本体
３４    ボルト
３６    天蓋
３６Ａ  入口
３６Ｂ  出口
３６Ｃ  供給口
３６Ｄ  戻り口
３７    ブリーザホース
３７Ａ  先端部
３７Ｂ  基端部
３８    水位計
３８Ａ  基部
３８Ｂ  検出部
４０    濃度計
４０Ａ  基部
４０Ｂ  検出部
４４    熱交換器
４４Ａ  先端屈曲部
４６    ブラケット
【要約】
【課題】  濃度計及び水位計の点検整備を容易にする。
【解決手段】  容器本体２４Ａの上面に開設された開口部を閉塞すべく、容器本体２４Ａに対してボルト３４により着脱可能に締結される天蓋３６に、液体還元剤の残量を検出する水位計３８の基部３８Ａと、液体還元剤の濃度を検出する濃度計４０の基部４０Ａと、水位計３８及び濃度計４０の基部３８Ａ及び４０Ａから夫々垂下された検出部３８Ｂ及び４０Ｂを囲みつつ、エンジン冷却水を循環させて液体還元剤との間で熱交換を行う熱交換器４４と、を夫々取り付けると共に、液体還元剤の供給口３６Ｃ及び戻り口３６Ｄを夫々形成する。そして、天蓋３６に対して水位計３８，濃度計４０，熱交換器４４並びに液体還元剤の供給口３６Ｃ及び戻り口３６Ｄを一体化することで、天蓋３６と共に水位計３８及び濃度計４０を同時に取り外せるようにする。
【選択図】  図２
【図１】
0003686667.tif 000002
【図２】
0003686667.tif 000003
【図３】
0003686667.tif 000004