(57)【要約】【課題】選択還元型触媒に添加すべき尿素水等の還元剤の凍結対策を極力安価なコストで且つ多量の加圧空気を必要とせずに実現し得るようにする。【解決手段】選択還元型触媒４に尿素水５（還元剤）を添加する還元剤供給装置を構成するにあたり、尿素水５を貯蔵するタンク６と、該タンク６内に上方から下向きに差し込まれた電熱ヒータ１６付きの吸出パイプ９と、尿素水５を排気管３の選択還元型触媒４より上流に導く添加ライン７と、タンク６側から排気管３側へ尿素水５を送給するポンプ８と、添加ライン７の最上流部に接続されてエアタンク１２から加圧空気１４を導く開閉弁２１付きのエアパージライン２２と、添加ライン７に対するエアパージライン２２の合流位置と吸出パイプ９の上端との間でタンク６側へ向かう流路を空気圧で塞ぐワンウェイ弁２３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤を貯蔵するタンクと、該タンク内に上方から下向きに差し込まれた電熱ヒータ付きの吸出パイプと、該吸出パイプの上端と排気管の選択還元型触媒より上流の適宜位置との間を接続する添加ラインと、該添加ラインに装備されてタンク側から排気管側へ還元剤を送給するポンプと、前記添加ラインの最上流部に接続されてエアタンクから加圧空気を導く開閉弁付きのエアパージラインと、前記添加ラインに対するエアパージラインの合流位置と吸出パイプの上端との間に前記加圧空気の導入時にタンク側へ向かう流路を空気圧で塞ぐワンウェイ弁とを備えたことを特徴とする還元剤供給装置。
【請求項２】
添加ラインのポンプより下流側に添加弁を設けると共に、該添加弁にエアタンクから加圧空気を導く添加用エアラインを接続し、前記添加弁にて添加用エアラインからの加圧空気の流れに還元剤を随伴させて前記選択還元型触媒の上流側に導くように構成したことを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
【請求項３】
添加ラインの最下流部に噴射器を設け、該噴射器によりタンクから導いた還元剤をそのまま前記選択還元型触媒の上流側に噴射するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約１７０℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
【０００５】
図４は尿素水を選択還元型触媒の上流側に添加する従来装置の一例を示すもので、ここに図示している例では、エンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３の途中に選択還元型触媒４が装備されており、この選択還元型触媒４は、フロースルー方式のハニカム構造物等として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。
【０００６】
そして、この選択還元型触媒４の入側と、所要場所に設けられて尿素水５を貯蔵しているタンク６との間が添加ライン７により接続されていて、該添加ライン７の途中に装備したポンプ８の駆動によりタンク６内の尿素水５が吸出パイプ９やフィルタ１０を介して吸い上げられるようになっている。
【０００７】
他方、添加ライン７のポンプ８より下流側に添加弁１１が設けられ、該添加弁１１に対しエアタンク１２からプロテクションバルブ１３を介して加圧空気１４を導く添加用エアライン１５が接続されており、前記添加弁１１にて添加用エアライン１５からの加圧空気１４の流れに尿素水５を随伴させてエア吹きにより前記選択還元型触媒４の入側に導入し得るようにしてある。
【０００８】
ここで、このエアタンク１２は、従来よりバスやトラック等の車両に搭載されているもので、図示しないエンジン駆動のエアコンプレッサにより昇圧された加圧空気１４をドライヤを通して湿分を除去した上で貯えるようにしたものである。
【０００９】
ただし、このように還元剤として尿素水５を採用したものでは、該尿素水５が−１３．５℃以下で凍ってしまうため、寒冷地での使用にあっては、尿素水５の凍結対策が必要不可欠である。
【００１０】
そこで、従来においては、タンク６内に差し込まれた吸出パイプ９に電熱ヒータ１６を装着し、この電熱ヒータ１６に通電して発熱させることにより、前記吸出パイプ９の管内や管周囲で凍結した尿素水５を解凍し得るようにしてあり、しかも、前記吸出パイプ９の上端から添加弁１１に到る経路をウォータジャケット１７により抱持し、このウォータジャケット１７に対しエンジン１を巡り昇温した冷却水１８を循環ライン１９を介して循環させることにより、前記吸出パイプ９の上端から添加弁１１に到る経路で凍結した尿素水５の解凍を図るようにしてある。
【００１１】
尚、添加ライン７における添加弁１１以降の経路は、この図示例がエア吹きであることからエンジン１の停止時に尿素水５が残らないので、特に尿素水５の凍結対策を施す必要がない。
【００１２】
また、図５は尿素水５を選択還元型触媒４の上流側に添加する従来装置の別の例を示すもので、ここに図示している例では、添加ライン７の最下流部に噴射器２０が設けられており、この噴射器２０によりタンク６から導いた尿素水５をポンプ８の圧力でそのまま前記選択還元型触媒４の入側に噴射し得るようにしてある。
【００１３】
そして、斯かる従来装置における尿素水５の凍結対策として、添加ライン７におけるポンプ８と噴射器２０との間に、エアタンク１２からプロテクションバルブ１３や開閉弁２１を介して加圧空気１４を導くエアパージライン２２が接続されており、エンジン１の停止時に開閉弁２１をあけてエアタンク１２からの加圧空気１４により添加ライン７内の尿素水５をタンク６側と排気管３側とにエアパージして掃い出し、系統内に尿素水５が残らないようにして凍結対策としている（タンク６内の尿素水５の凍結対策としては図４の場合と同様に吸出パイプ９に電熱ヒータ１６を装着してある）。
【００１４】
尚、この種の選択還元型触媒へ還元剤を添加する装置の凍結対策に関連する先行技術文献情報としては、例えば下記の特許文献１等が既に提案されている。
【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】
【００１５】
しかしながら、図４に示した前者の従来装置にあっては、ウォータジャケット１７が必要となることや、冷却水１８の系統が複雑化してしまうことから、大幅なコスト増加を招いてしまうという問題があり、一方、図５に示した後者の従来装置にあっては、加圧空気１４がタンク６側と排気管３側の二系統に振り分けられてエアパージの効果が弱くなる結果、尿素水５を効率良く系内に掃い出すことができず、系内に残る尿素水５を全て除去するのに多量の加圧空気１４が必要になるという問題があった。
【００１６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、選択還元型触媒に添加すべき尿素水等の還元剤の凍結対策を極力安価なコストで且つ多量の加圧空気を必要とせずに実現し得るようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、還元剤を貯蔵するタンクと、該タンク内に上方から下向きに差し込まれた電熱ヒータ付きの吸出パイプと、該吸出パイプの上端と排気管の選択還元型触媒より上流の適宜位置との間を接続する添加ラインと、該添加ラインに装備されてタンク側から排気管側へ還元剤を送給するポンプと、前記添加ラインの最上流部に接続されてエアタンクから加圧空気を導く開閉弁付きのエアパージラインと、前記添加ラインに対するエアパージラインの合流位置と吸出パイプの上端との間に前記加圧空気の導入時にタンク側へ向かう流路を空気圧で塞ぐワンウェイ弁とを備えたことを特徴とする還元剤供給装置、に係るものである。
【００１８】
而して、エンジン停止時等にエアパージラインの開閉弁が一時的に所定時間だけ開くようにすれば、エアタンクからの加圧空気が添加ラインの最上流部に導入され、その空気圧によりワンウェイ弁が閉じて加圧空気が排気管側に向かう一方向にのみ流れて添加ライン内の還元剤が効率良く排気管側へ押し出されることになる。
【００１９】
即ち、エアタンクから導いた加圧空気によるエアパージの効果が損なわれることなく添加ラインの一方向に作用して還元剤が押し出されることになるので、実質的に系外へ掃い出すべき還元剤の残量分に見合う必要最小限の量の加圧空気があれば、添加ライン内に残る還元剤が効率良く系外に除去されることになる。
【００２０】
更に、添加ラインに対するエアパージラインの合流位置とワンウェイ弁との間にエアパージしきれない還元剤が僅かに残ってしまったとしても、エアパージ終了後に系内の空気圧が常圧に戻った際にワンウェイ弁が開き、重力により還元剤が吸出パイプを流下してタンク内に回収されることになる。
【００２１】
他方、タンク内の還元剤が凍結してしまった場合には、吸出パイプの電熱ヒータに通電して発熱させ、前記吸出パイプの管内や管周囲で凍結した尿素水を解凍させれば良い。
【００２２】
また、本発明においては、添加ラインのポンプより下流側に添加弁を設けると共に、該添加弁にエアタンクから加圧空気を導く添加用エアラインを接続し、前記添加弁にて添加用エアラインからの加圧空気の流れに還元剤を随伴させて前記選択還元型触媒の上流側に導くように構成したり、或いは、添加ラインの最下流部に噴射器を設け、該噴射器によりタンクから導いた還元剤をそのまま前記選択還元型触媒の上流側に噴射するように構成したりしても良い。
【発明の効果】
【００２３】
上記した本発明の還元剤供給装置によれば、ウォータジャケットや複雑な冷却水の系統を必要とすることなく、必要最小限の量の加圧空気で添加ライン内に残る還元剤を効率良く系外に除去することができ、しかも、エアパージしきれずに僅かに残った還元剤も最終的にはワンウェイ弁を通し吸出パイプを流下させてタンク内に回収することができ、更には、タンク内で凍結した還元剤を吸出パイプの電熱ヒータにより解凍することができるので、選択還元型触媒に添加すべき還元剤の凍結対策を極力安価なコストで且つ多量の加圧空気を必要とせずに実現することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２６】
図１に示す如く、本形態例においては、前述した図４の従来装置におけるウォータジャケット１７と冷却水１８の循環ライン１９を不要とし、エアタンク１２から添加弁１１に加圧空気１４を導く添加用エアライン１５の途中にエアパージライン２２を分岐形成し、この分岐したエアパージライン２２の先端を添加ライン７の最上流部に開閉弁２１を介して接続すると共に、このエアパージライン２２の添加ライン７に対する合流位置と吸出パイプ９の上端との間に、前記加圧空気１４の導入時にタンク６側へ向かう流路を空気圧で塞ぐワンウェイ弁２３を設けてある。
【００２７】
このワンウェイ弁２３の詳細は、図２に拡大して示す通りであり、電磁弁から成る開閉弁２１が開いて加圧空気１４がエアパージライン２２から導入された際に、スプリング２４により常時開に保持されている弁体２５が、空気圧により前記スプリング２４の弾撥力に抗して押し下げられて弁座２６に着床し、これによりタンク６側へ向かう流路が閉塞されるようになっている。
【００２８】
尚、この図２に示されている通り、電熱ヒータ１６を装備した吸出パイプ９については、電熱ヒータ１６（電熱線）を埋設したヒートゴムパイプとして構成することが可能である。
【００２９】
而して、例えばエンジン１の停止時にエアパージライン２２の開閉弁２１が一時的に所定時間だけ開くようにエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に制御ロジックを組み込んでおけば、エアタンク１２からの加圧空気１４が添加ライン７の最上流部に導入され、その空気圧によりワンウェイ弁２３が閉じて加圧空気１４が排気管３側に向かう一方向にのみ流れて添加ライン７内の尿素水５が効率良く排気管３側へ押し出されることになる。
【００３０】
即ち、エアタンク１２から導いた加圧空気１４によるエアパージの効果が損なわれることなく添加ライン７の一方向に作用して尿素水５が押し出されることになるので、実質的に系外へ掃い出すべき尿素水５の残量分に見合う必要最小限の量の加圧空気１４があれば、添加ライン７内に残る尿素水５が効率良く系外に除去されることになる。
【００３１】
更に、添加ライン７に対するエアパージライン２２の合流位置とワンウェイ弁２３との間にエアパージしきれない尿素水５が僅かに残ってしまったとしても、エアパージ終了後に系内の空気圧が常圧に戻った際にワンウェイ弁２３がスプリング２４の弾撥力により押し上げられて開き、重力により尿素水５が吸出パイプ９を流下してタンク６内に回収されることになる。
【００３２】
他方、タンク６内の尿素水５が凍結してしまった場合には、吸出パイプ９の電熱ヒータ１６に通電して発熱させ、前記吸出パイプ９の管内や管周囲で凍結した尿素水５を解凍させれば良い。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、ウォータジャケット１７や複雑な冷却水１８（図４参照）の系統を必要とすることなく、必要最小限の量の加圧空気１４で添加ライン７内に残る尿素水５を効率良く系外に除去することができ、しかも、エアパージしきれずに僅かに残った尿素水５も最終的にはワンウェイ弁２３を通し吸出パイプ９を流下させてタンク６内に回収することができ、更には、タンク６内で凍結した尿素水５を吸出パイプ９の電熱ヒータ１６により解凍することができるので、選択還元型触媒４に添加すべき尿素水５の凍結対策を極力安価なコストで且つ多量の加圧空気１４を必要とせずに実現することができる。
【００３４】
図３は本発明の別の形態例を示すもので、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、本形態例においては、前述した図５の従来装置におけるエアパージライン２２を添加ライン７の最上流部に開閉弁２１を介して接続すると共に、このエアパージライン２２の添加ライン７に対する合流位置と吸出パイプ９の上端との間に、先の図１及び図２の形態例と同じワンウェイ弁２３を設けてある。
【００３５】
而して、このようにした場合であっても、選択還元型触媒４への尿素水５の添加方式がエア吹きでないというだけで、先の図１及び図２の形態例の場合と同様の作用効果を得ることができ、選択還元型触媒４に添加すべき尿素水５の凍結対策を極力安価なコストで且つ多量の加圧空気１４を必要とせずに実現することができる。
【００３６】
尚、本発明の還元剤供給装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、還元剤は尿素水に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【図４】従来例を示す概略図である。
【図５】別の従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
３  排気管
４  選択還元型触媒
５  尿素水（還元剤）
６  タンク
７  添加ライン
８  ポンプ
９  吸出パイプ
１１  添加弁
１２  エアタンク
１４  加圧空気
１５  添加用エアライン
１６  電熱ヒータ
２０  噴射器
２１  開閉弁
２２  エアパージライン
２３  ワンウェイ弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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