(57)【要約】  液体媒体を燃焼機関からの排気ガス中に導入する装置であって、−  排気ガスをその中に流すことを意図した混合チャンバ３であって、混合チャンバ３は、下流端５に伝熱材料の端壁７を有し、端壁７は、混合チャンバ３の端面として働く、混合チャンバ３と、−  混合チャンバ３中に、又は混合チャンバ３に入る排気ガス中に、液体媒体を噴霧の形態で噴射する噴射手段１２と、−  混合チャンバ３に近接する排気路であって、排気路は、排気ガスをその中に通すことを意図し、前記端壁７によって混合チャンバ３から仕切られている、排気路１３とを備え、−  排気路１３の方を向いた端壁７の面の少なくとも一部の上に配置される伝熱材料のヒート・フランジ１４が、排気路１３内へと延在し、排気路を通って流れる排気ガスから熱を吸収しその熱を端壁に対して放出するように構成される、装置。
2014526653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば尿素などの液体媒体を燃焼機関からの排気ガス中に導入する装置（１）であって、
−  排気ガスをその中に流すことを意図した混合チャンバ（３）であって、前記混合チャンバ（３）は、下流端（５）に伝熱材料の端壁（７）を有し、前記端壁（７）は、混合チャンバ（３）の端面として働く、混合チャンバ（３）と、
−  前記混合チャンバ（３）中に、又は、前記混合チャンバ（３）に導かれる排気ガス中に、前記液体媒体を噴霧の形態で噴射する噴射手段（１２）と、
−  前記混合チャンバ（３）に近接する排気路であって、前記排気路は、排気ガスをその中に通すことを意図し、前記端壁（７）によって前記混合チャンバ（３）から仕切られている、排気路と
を備える装置（１）において、
前記排気路（１３）の方を向いた前記端壁（７）の面の少なくとも一部の上に配置される伝熱材料のヒート・フランジ（１４）が、前記排気路（１３）内へと延在し、前記排気路を通って流れる排気ガスから熱を吸収し、その熱を前記端壁（７）に対して放出するように構成されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記排気路（１３）が、管状壁（１５）によって取り囲まれ、前記ヒート・フランジ（１４）が、前記管状壁（１５）から距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
−  前記排気路（１３）が、排気ガスを前記排気路（１３）へと導くように構成される排気ダクト（１６）の管状ダクト部（１６ｂ）に結合され、前記ダクト部（１６ｂ）が、前記端壁（７）に結合される管状内壁（１９）によって、径方向に内側に仕切られ、
−  前記ヒート・フランジ（１４）のうちの少なくともいくつかが、前記管状ダクト部（１６ｂ）内へと延在するフランジ部（１４ａ）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記フランジ部（１４ａ）が、前記管状内壁（１９）から距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記管状ダクト部（１６ｂ）が、前記管状内壁（１９）の周りに外側に配置される管状外壁（２０）によって、径方向に外側に輪郭を定められ、前記フランジ部（１４ａ）が、前記管状内壁（１９）と前記管状外壁（２０）との間に前記管状外壁（２０）から距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記管状ダクト部（１６ｂ）の前記管状外壁（２０）が、前記排気路（１３）の前記管状壁（１５）に結合されることを特徴とする、請求項２と組み合わせた請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ヒート・フランジ（１４）が、前記端壁（７）の環状部（７ｂ）上に配置され、前記環状部（７ｂ）の円周方向に分配されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記排気路（１３）が、前記混合チャンバ（３）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記噴射手段（１２）が、前記混合チャンバの上流端（４）の中心に配置され、前記混合チャンバの下流端（５）に向かって前記液体媒体を噴射するように構成されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記端壁（７）及び前記ヒート・フランジ（１４）が、金属製であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば尿素などの液体媒体を燃焼機関からの排気ガスに導入するための、請求項１のプリアンブルに記載の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現行の排気浄化要件を満足するために、今日の自動車は、一般的に、排気ライン内に触媒を備え、排気ガスの環境に有害な成分を環境にとってより害の少ない物質に触媒変換する。効果的な触媒変換を達成するのに用いられてきた方法は、還元剤を触媒の上流で排気ガス中に噴射することに基づくものである。還元剤の一部を形成する還元物質、又は、還元剤によって形成される還元物質は、排気ガスによって触媒内に運ばれ、触媒の活性シートに吸着され、その結果、触媒内に還元物質が堆積するようになる。堆積した還元物質は、次いで、排気物質と反応し、それによって排気物質をより環境への影響の少ない物質に変換することができる。そうした還元触媒には、例えば、ＳＣＲ（選択接触還元）タイプのものがあり得る。以降、このタイプの触媒をＳＣＲ触媒と呼ぶことにする。ＳＣＲ触媒は、排気ガス中のＮＯｘを減少させる。ＳＣＲ触媒の場合、一般的に、尿素の形態の還元剤が、触媒の上流で排気ガス中に噴射される。尿素を排気ガス中に噴射すると、アンモニアが生成され、アンモニアは、ＳＣＲ触媒における触媒変換に役立つ還元物質として働く。アンモニアは、触媒の活性シート上に吸着されることによって触媒内に堆積する。排気ガス中に存在するＮＯｘは、触媒内で触媒の活性シート上に堆積したアンモニアと接触すると、窒素ガスと水に変換される。
【０００３】
尿素を還元剤として使用する場合、尿素は、液体尿素溶液の形態で噴射手段によって排気ライン中に噴射される。噴射手段は、ノズルを備え、ノズルによって、尿素溶液が、加圧下において微粒化された噴霧の形態で噴射手段中に噴射される。ディーゼル・エンジンの多くの作動状態では、排気ガスの温度は、尿素溶液を蒸発させ、それによってアンモニアが生成し得るのに十分な高温にある。しかし、供給された尿素溶液の一部が、未蒸発状態で排気ラインの内壁面と接触しそこに付着しないようにするのは困難である。燃焼機関が、ある期間にわたり一定に作動するとき、すなわち、定常状態で作動している状況の間は、排気流内に顕著な変化は起こらず、したがって、排気ガス中に噴射された尿素溶液は、前記期間を通して排気ラインの実質的に同じ領域に達する。比較的低温の尿素溶液によって、排気ラインのその領域の温度が１００℃より下に局所的に低下することがあり、それによって、その領域に尿素溶液の薄膜が形成され、次いでその薄膜が排気流によって運ばれる。この薄膜が排気ライン中においてある距離を移動すると、尿素溶液中の水分が高温の排気ガスの影響を受けて沸騰して蒸発する。
【０００４】
固体尿素は、残留し、排気ライン内の熱により徐々に蒸発する。固体尿素の供給が蒸発を上回ると、固体尿素が排気ライン内に堆積するようになる。その結果生じる尿素の層が十分に厚くなると、尿素及びその分解生成物が互いに反応して、尿素塊（ｕｒｅａ  ｌｕｍｐ）として知られる尿素ベースの原始的な重合体が生成される。そうした尿素塊は、時間と共に、排気ラインを詰まらせる恐れがある。
【０００５】
請求項１のプリアンブルに記載の装置は、ＷＯ２００７／１１０５７５Ａ１から既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００７／１１０５７５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、噴射される還元剤の良好な蒸発を確実にするために、より優れた可能性をもたらす、上述のタイプの装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、前記の目的は、請求項１に記載の特徴をもたらす装置によって達成される。
【０００９】
本発明による装置は、
−  排気ガスをその中に流すことを意図した混合チャンバであって、混合チャンバは、下流端に伝熱材料の端壁を有し、端壁は、混合チャンバの端面として働く、混合チャンバと、
−  混合チャンバ中に、又は、混合チャンバに入る排気ガス中に、液体媒体を噴霧の形態で噴射する噴射手段と、
−  混合チャンバに近接する排気路であって、排気路は、排気ガスをその中に通すことを意図し、前記端壁によって混合チャンバから仕切られる、排気路と
−  前記排気路の方を向いた前記端壁の面の少なくとも一部の上に配置される伝熱材料のヒート・フランジであって、排気路内へと延在し、排気路を通って流れる排気ガスから熱を吸収し、その熱を端壁に対して放出するように構成される、ヒート・フランジとを備える。
排気路を通って流れる排気ガスは、内側が混合チャンバの内壁面として働く端壁に対して熱を放出する。その結果、混合チャンバのこの内壁面の冷却が妨げられ、したがって、噴射された媒体が、蒸発せずにこの内壁面に付着しないようになる。端壁から排気路内へと延在するヒート・フランジによって、排気路を通る排気ガスから端壁への効果的な熱伝達が確実になる。
【００１０】
本発明の一実施例は、
−  前記排気路が、排気ガスを排気路へと導くように構成される排気ダクトの管状ダクト部に結合され、そのダクト部が、前記端壁に結合される管状内壁によって径方向に内側に仕切られており、
−  前記ヒート・フランジのうちの少なくともいくつかが、前記管状ダクト部内へと延在するフランジ部を備えることを特徴とする。ヒート・フランジに管状ダクト部内へと延在するフランジ部を設けることによって、ヒート・フランジが比較的大きな熱吸収面を有することが可能になる。
【００１１】
本発明の他の実施例によれば、前記フランジ部は、前記管状内壁から距離を置いて配置される。したがって、管状ダクト部内へと延在するフランジ部によって、熱がこのダクト部の管状内壁に対して放出されないようになり、その代わりに、これらのフランジ部によって吸収される熱は、混合チャンバの端壁にもたらされて端壁への熱伝達が効果的になり得る。
【００１２】
本発明による装置の他の有利な特徴は、独立請求項及び以下の説明によって示される。
【００１３】
添付の図面を参照して、実施例の実例に基づいて、本発明を以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例による装置の概略縦断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った図である。
【図３】図１による装置の構成要素の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例による装置の概略縦断面図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖに沿った図である。
【図６】図４による装置の構成要素の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図６には、本発明の異なる２つの実施例による、液体媒体を燃焼機関からの排気ガス中に導入する装置１が示されている。この装置は、例えば、尿素又はアンモニアの形態の液体還元剤をＳＣＲ触媒の上流で排気ライン中に導入するために、ＳＣＲ触媒の上流で排気ライン内に配置してもよく、又は、排気後処理装置の一部を形成するＳＣＲ触媒の上流で尿素又はアンモニアの形態の液体還元剤を導入するために、排気後処理装置内に配置してもよい。
【００１６】
装置１は、燃焼機関からの排気ガスを受け入れ、それを例えばＳＣＲ触媒の形態の排気後処理ユニットへと導くことを意図した混合チャンバ３を備える。したがって、混合チャンバ３は、その中に排気ガスを流すためのものである。混合チャンバは、上流端４及び下流端５を有する。混合チャンバは、その下流端５にある端壁７によって、軸方向に輪郭を定められている。さらに、混合チャンバは、噴射チャンバの上流端４と下流端５との間に延在する管状壁６によって径方向に輪郭を定められている。混合チャンバは、上流端に排気ガスを受け入れる入口８を有し、下流端に排気ガスを放出する出口９を有する。出口９は、管状壁６の端部において、管状壁６と端壁７の外周縁部との間に配置されている。出口９は、有利には、環状であり、混合チャンバの中心線１０の周りに延在するように構成される。入口８も同様に、有利には、環状であり、混合チャンバの中心線１０の周りに延在するように構成される。
【００１７】
記載の実施例では、端壁７は、中間部７ａと、中間部を取り囲む環状縁部７ｂとを備える。中間部７ａの混合チャンバ３の方を向いた面は、図１、図４に示されるように、凸形状であるのが有利である。混合チャンバ３の方を向いた端壁の縁部７ｂの面は、案内面１１として働き、端壁７の方に向かって流れる排気ガスを、流れ方向を反転させて混合チャンバの出口９の方に向かって流れるように案内するように丸みが付けられている。
【００１８】
液体媒体を噴射する噴射手段１２は、混合チャンバの上流端４の中心に配置され、液体媒体を混合チャンバの下流端５の方に向けて噴射する。噴射手段１２は、例えば、噴射ノズルを備えることができ、加圧下において微粒化噴霧の形態で液体媒体を混合チャンバ３内に噴射するように構成される。
【００１９】
装置１は、排気路１３をさらに備え、排気路１３は、混合チャンバ３の下流に、混合チャンバ３に近接して配置される。この排気路は、その中に排気ガスを流すためのものであり、混合チャンバから前述の端壁７によって輪郭を定められている。端壁７の前記排気路１３の方を向いた面の少なくとも一部の上には、熱伝導材料のヒート・フランジ１４が設けられている。これらのヒート・フランジは、端壁７と伝熱接触している。ヒート・フランジ１４は、排気路１３内へと延在し、排気路を流れる排気ガスから熱を吸収し、その熱を端壁７に対して放出して混合チャンバの方を向いた面を暖めるように構成される。端壁７及びヒート・フランジ１４は、熱伝導性が良好な金属材料で作製するのが有利である。記載の実施例では、ヒート・フランジは、端壁の環状縁部７ｂと当接し、その一方、中間部７ａは、ヒート・フランジから離れている。フランジは、端壁の環状縁部７ｂの円周方向に分配されている。図１〜図３に示される実施例では、ヒート・フランジは、端壁の径方向に延在する。排気路１３は、管状壁１５によって取り囲まれている。ヒート・フランジ１４は、管状壁１５から間隔を置いて配置されているので、熱が管状壁１５に伝わらないようになっている。
【００２０】
記載の実施例では、混合チャンバ３は、排気ダクト１６を介して排気路１３に結合されている。排気ダクト１６は、混合チャンバからの排気ガスを受け入れる環状入口１７と、排気ガスを排気路に導くように排気路の上端につながる出口１８とを有する。排気ダクト出口１８は、環状であり、端壁縁部７ｂの周りに延在する。排気ダクトは、第１のダクト部１６ａを備え、第１のダクト部１６ａは、断面が環状であり、その上流端に配置されている排気ダクト入口１７を有する。排気ダクトは、第２のダクト部１６ｂをさらに備え、第２のダクト部１６ｂは、断面が環状であり、第１のダクト部１６ａの下流に配置されている。排気ダクト出口１８は、第２のダクト部１６ｂの下流端に配置されている。第１のダクト部１６ａは、混合チャンバを取り囲み、混合チャンバと同軸である。第２のダクト部１６ｂは、第１のダクト部１６ａを取り囲み、第１のダクト部１６ａと同軸である。第２のダクト部１６ｂは、流れ反転部１６ｃを介して第１のダクト部１６ａに結合されている。流れ反転部１６ｃは、排気ダクトの一部であり、排気ダクトを流れる排気ガスの流れの方向を反転させるように構成され、それによって、排気ガスが第１のダクト部１６ａ内での流れ方向とは逆方向に第２のダクト部１６ｂを流れるようになる。排気ガスは、第１のダクト部１６ａ内では、混合チャンバ内での流れ方向とは逆方向に流れる。
【００２１】
混合チャンバは、排気ダクトの第１のダクト部１６ａから、前述した管状壁６によって仕切られている。排気ダクトの第１のダクト部１６ａは、この管状壁の外側に延在する。排気ダクトの第１のダクト部１６ａ及び第２のダクト部１６ｂ自体は、管状分離壁１９によって互いに仕切られており、管状分離壁１９は、壁６の外側に配置され、第２のダクト部１６ｂの内壁として働く。第２のダクト部１６ｂは、管状壁２０によって、径方向に輪郭を定められており、管状壁２０は、分離壁１９の周りに外側に配置され、第２のダクト部１６ｂの外壁として働く。分離壁１９は、端壁の縁部７ｂに結合しており、その一方、管状壁２０は、排気路１３の前述した管状壁１５に結合している。
【００２２】
噴射手段１２によって混合チャンバ３内に噴射された液体媒体の噴霧液は、混合チャンバ内で排気ガスと接触し、排気ガスは、この噴霧液を中心とする実質的に対称な流れ状態で、入口８を通ってチャンバに流入する。混合チャンバに流入した排気ガスは、液体媒体を混合チャンバ内下流へ運ぶ。排気ガスが混合チャンバ内を下流に移動する間、液体媒体は、排気ガス内に拡散し、その一部が排気ガスの熱によって蒸発する。混合チャンバを通る間に蒸発しなかった液体媒体は、チャンバの下流端５にある端壁７に達する。端壁７に達した液体媒体は、高温の排気ガスによって蒸発する。排気ガスは、混合チャンバから排気ダクト１６を通って排気路１３へと進む。排気ガスは、排気路に入ると、ヒート・フランジ１４に沿って流れそれに対して熱を放出する。この熱はフランジによって端壁７に伝えられる。
【００２３】
図１〜図３に示される実施例では、ヒート・フランジは、フランジ部１４ａを備え、フランジ部１４ａは、排気ダクトの前述した第２のダクト部１６ｂ内へと延在する。これらのフランジ部は、第２のダクト部１６ｂの長手方向に延在する。フランジ部は、第２のダクト部１６ｂの管状内壁１９と管状外壁２０との間に配置され、管状内壁１９及び管状外壁２０の両方から間隔を置いて配置され、熱がそれらに伝わらないようになっている。したがって、ヒート・フランジ１４は、第２のダクト部１６ｂの管状壁１９、２０とは伝熱接触せず、端壁７とだけ伝熱接触している。
【００２４】
本発明による装置は、具体的には、例えばバス、トラクタ車又はトラックなど、重量自動車での使用を意図している。
【００２５】
本発明は、当然ながら、上述の実施例に一切限定されるものではなく、したがって、当業者には、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の基本的な概念から逸脱することなく、それに多くの修正を加えることが可能であることが明らかなはずである。
【図１】
2014526653.tif 000003
【図２】
2014526653.tif 000004
【図３】
2014526653.tif 000005
【図４】
2014526653.tif 000006
【図５】
2014526653.tif 000007
【図６】
2014526653.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月6日(2013.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば尿素などの液体媒体を燃焼機関からの排気ガス中に導入する装置（１）であって、
−  排気ガスをその中に流すことを意図した混合チャンバ（３）であって、前記混合チャンバ（３）は、下流端（５）に伝熱材料の端壁（７）を有し、前記端壁（７）は、混合チャンバ（３）の端面として働く、混合チャンバ（３）と、
−  前記混合チャンバ（３）中に、又は、前記混合チャンバ（３）に導かれる排気ガス中に、前記液体媒体を噴霧の形態で噴射する噴射手段（１２）と、
−  前記混合チャンバ（３）に近接する排気路であって、前記排気路は、排気ガスをその中に通すことを意図し、前記端壁（７）によって前記混合チャンバ（３）から仕切られている、排気路と
を備える装置（１）において、
前記排気路（１３）の方を向いた前記端壁（７）の面の少なくとも一部の上に配置される伝熱材料のヒート・フランジ（１４）が、前記排気路（１３）内へと延在し、前記排気路を通って流れる排気ガスから熱を吸収し、その熱を前記端壁（７）に対して放出するように構成されており、前記排気路（１３）が、排気ガスを前記排気路（１３）へと導くように構成される排気ダクト（１６）の管状ダクト部（１６ｂ）に結合され、前記ダクト部（１６ｂ）が、前記端壁（７）に結合される管状内壁（１９）によって、径方向に内側に仕切られ、前記ヒート・フランジ（１４）のうちの少なくともいくつかが、前記管状ダクト部（１６ｂ）内へと延在するフランジ部（１４ａ）を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記排気路（１３）が、管状壁（１５）によって取り囲まれ、前記ヒート・フランジ（１４）が、前記管状壁（１５）から距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フランジ部（１４ａ）が、前記管状内壁（１９）から距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記管状ダクト部（１６ｂ）が、前記管状内壁（１９）の周りに外側に配置される管状外壁（２０）によって、径方向に外側に輪郭を定められ、前記フランジ部（１４ａ）が、前記管状内壁（１９）と前記管状外壁（２０）との間に前記管状外壁（２０）から距離を置いて配置されることを特徴とする、請求項１又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記管状ダクト部（１６ｂ）の前記管状外壁（２０）が、前記排気路（１３）の前記管状壁（１５）に結合されることを特徴とする、請求項２と組み合わせた請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ヒート・フランジ（１４）が、前記端壁（７）の環状部（７ｂ）上に配置され、前記環状部（７ｂ）の円周方向に分配されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記排気路（１３）が、前記混合チャンバ（３）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記噴射手段（１２）が、前記混合チャンバの上流端（４）の中心に配置され、前記混合チャンバの下流端（５）に向かって前記液体媒体を噴射するように構成されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記端壁（７）及び前記ヒート・フランジ（１４）が、金属製であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
2014526653.tif 000009
2014526653.tif 000010
2014526653.tif 000011
2014526653.tif 000012