(57)【要約】【課題】アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることのできる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】噴射部材１０は、排気ガスが流通する方向に関して上流側及び下流側に設けられた第１流通経路１１及び第２流通経路１２を備えている。第１流通経路１１は、分岐管２０に接続され、第２流通経路１２はアンモニア供給管７に接続されている。噴射部材１０の下端面１０ａは、最も上流側に位置する上流側端点１０ａ１及び最も下流側に位置する下流側端点１０ａ２のそれぞれから、排気管２の長さ方向に垂直な下端面１０ａの中心線１０ａ３に向かって直線状に窪むように形成されて、下端面１０ａの断面がＶ字形状となっている。第１流通経路１１及び第２流通経路１２それぞれの開口端部１１ａ及び１２ａはそれぞれ、上流側端点１０ａ１及び下流側端点１０ａ２のそれぞれから中心線１０ａ３に向かう傾斜面に位置しているので、互いに向かう方向に傾斜している。【選択図】図２
2013170482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管に設けられたＳＣＲ触媒と、
前記排気ガスが流通する方向に関して前記ＳＣＲ触媒の上流側で前記排気管内に、アンモニア及びキャリアガスを噴射する噴射部材と、
該噴射部材に前記アンモニアを供給するアンモニア供給源と、
前記噴射部材に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給源と
を備え、
前記噴射部材には、第１流通経路及び第２流通経路が設けられ、該第１流通経路及び該第２流通経路のいずれか一方に前記アンモニアが流通すると共に他方に前記キャリアガスが流通し、前記第１流通経路及び前記第２流通経路を流通する前記アンモニア及び前記キャリアガスは、前記排気管内で互いに向かって噴射される排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記第１流通経路および前記第２流通経路は、前記排気ガスが流通する方向に関して上流側及び下流側になるような位置関係に配置されている、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第１流通経路及び前記第２流通経路はそれぞれ、前記排気管中に開口する開口端部を有し、各開口端部は互いに向かう方向に傾斜している、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記第１流通経路及び前記第２流通経路はそれぞれ、互いに向かう方向に傾斜している、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記キャリアガス供給源は、前記排気管において前記排気ガスが流通する方向に関して前記噴射部材よりも上流側で前記排気管から分岐する分岐管であり、
前記キャリアガスは、前記分岐管を流通する排気ガスであり、
前記分岐管は、前記第１流通経路及び前記第２流通経路のうち、前記アンモニアが流通しない方に接続されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排気管には、前記排気ガスが流通する方向に関して前記分岐管よりも上流側にＤＰＦが設けられている、請求項５のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記アンモニア供給源は、
アンモニア原材料を貯蔵するアンモニア原材料タンクと、
該アンモニア原材料タンクから供給されたアンモニア原材料をアンモニアに加水分解する加水分解触媒と
を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特に、アンモニアを還元剤として用いて窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘを低減するために、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている。従来の尿素ＳＣＲシステムでは、排気管中に添加された尿素水は、排気管を流通する排気ガスの熱によってアンモニアに加水分解されてＳＣＲ触媒に流入するので、排気ガスの温度が高くならないと十分な浄化性能が得られないという問題点がある。排気ガスの温度が高くない状態で十分な浄化性能を得るためには、外部電力で尿素水を加熱する必要があるので、この場合には、消費電力が増加してしまうという問題点がある。これに対して、特許文献１等に記載されるように、還元剤であるアンモニアを直接排気管中に添加する技術が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アンモニアを直接排気管中に添加する場合、ＮＯｘの浄化に使用されずにＳＣＲ触媒をスリップするアンモニアの量を低減するためには、排気ガスの流量に対してｐｐｍオーダーのＮＯｘ濃度に相当する量のアンモニア、すなわち、排気ガス流量数ｇ／秒から数百ｇ／秒に対して１００万分の１から１万分の１といった極めて少ない量のアンモニアを添加しなければならない。この場合には、添加されたアンモニアを排気ガス中に均一に分散させるために、排気ガスにアンモニアが添加される地点からＳＣＲ触媒までの距離を長くしなければならなくなるといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることのできる排気ガス浄化装置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】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出された排気ガスが流通する排気管に設けられたＳＣＲ触媒と、排気ガスが流通する方向に関してＳＣＲ触媒の上流側で排気管内に、アンモニア及びキャリアガスを噴射する噴射部材と、噴射部材にアンモニアを供給するアンモニア供給源と、噴射部材にキャリアガスを供給するキャリアガス供給源とを備え、噴射部材には、第１流通経路及び第２流通経路が設けられ、第１流通経路及び第２流通経路のいずれか一方にアンモニアが流通すると共に他方にキャリアガスが流通し、第１流通経路及び第２流通経路を流通するアンモニア及びキャリアガスは、排気管内で互いに向かって噴射される。噴射部材の第１流通経路及び第２流通経路から排気管内に噴射されたアンモニア及びキャリアガスは互いに衝突して混ざり合う。
第１流通経路および第２流通経路は、排気ガスが流通する方向に関して上流側及び下流側になるような位置関係に配置されてもよい。
第１流通経路及び第２流通経路はそれぞれ、排気管中に開口する開口端部を有し、各開口端部は互いに向かう方向に傾斜してもよい。または、第１流通経路及び第２流通経路はそれぞれ、互いに向かう方向に傾斜してもよい。
キャリアガス供給源は、排気管において排気ガスが流通する方向に関して噴射部材よりも上流側で排気管から分岐する分岐管であり、キャリアガスは、分岐管を流通する排気ガスであり、分岐管は、第１流通経路及び第２流通経路のうち、アンモニアが流通しない方に接続されてもよい。
排気管には、排気ガスが流通する方向に関して分岐管よりも上流側にＤＰＦが設けられてもよい。
アンモニア供給源は、アンモニア原材料を貯蔵するアンモニア原材料タンクと、アンモニア原材料タンクから供給されたアンモニア原材料をアンモニアに加水分解する加水分解触媒とを備えてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、噴射部材の第１流通経路及び第２流通経路から排気管内に噴射されたアンモニア及びキャリアガスは互いに衝突して混ざり合って混合気を生成した後に、排気管内の排気ガスと混ざり合うので、アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の噴射部材の拡大断面図である。
【図３】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の噴射部材の変形例の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、内燃機関であるディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２に、酸化触媒３と、ディーデルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４と、ＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒５と、ＳＣＲ触媒５を通過してきた還元剤であるアンモニアを酸化するＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）触媒６とが設けられている。排気管２には、ＤＰＦ４とＳＣＲ触媒５との間に、アンモニアと、後述するキャリアガスである排気ガスとを噴射する噴射部材１０が設けられている。
【００１０】
噴射部材１０には、アンモニア供給管７の一端が接続されている。アンモニア供給管７の他端は、アンモニア供給源８に接続されている。アンモニア供給源８は、アンモニア原材料である尿素水を貯蔵する尿素水タンク１３（アンモニア原材料タンク）と、尿素水タンク１３から供給された尿素水を加水分解してアンモニアを生成するための加水分解触媒１４とを備えている。また、噴射部材１０には、ＤＰＦ４の下流かつ噴射部材１０の上流で排気管２から分岐する分岐管２０も接続されている。ここで、分岐管２０は、排気管２を流通する排気ガスの一部を採取してキャリアガスとして排気ガスを噴射部材１０に供給するためのキャリアガス供給源を構成する。
【００１１】
図２に示されるように、噴射部材１０はその内部に、排気ガスが流通する方向に関して上流側及び下流側に設けられた第１流通経路１１及び第２流通経路１２を備えている。第１流通経路１１は分岐管２０に接続されている。第２流通経路１２はアンモニア供給管７に接続されている。噴射部材１０の下端面１０ａは、最も上流側に位置する上流側端点１０ａ１及び最も下流側に位置する下流側端点１０ａ２のそれぞれから、下端面１０ａの中心を通ると共に排気ガスが流通する方向に垂直な中心線１０ａ３に向かって直線状に窪むように形成されて、下端面１０ａの断面が逆Ｖ字形状となっている。第１流通経路１１及び第２流通経路１２それぞれの開口端部１１ａ及び１２ａはそれぞれ、上流側端点１０ａ１及び下流側端点１０ａ２のそれぞれから中心線１０ａ３に向かう傾斜面に位置しているので、互いに向かう方向に傾斜している。
【００１２】
次に、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の動作を、図１及び２に基づいて説明する。
ディーゼルエンジン１の始動後、排気ガスは排気管２を流通する。排気ガスが酸化触媒３を流通することにより、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の一部が二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化される。続いて排気ガスがＤＰＦ４を流通することにより、排気ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）がＤＰＦ４に捕捉される。ＤＰＦ４から流出した排気ガスは、ＳＣＲ触媒５に流入する。後述する動作により、噴射部材１０からアンモニアが噴射され、ＤＰＦ４から流出した排気ガスと共にＳＣＲ触媒５に流入する。ＳＣＲ触媒５において、アンモニアと排気ガス中のＮＯｘとが反応して、窒素及び水となる。ＳＣＲ触媒５において消費されずに残ったアンモニアは、ＡＳＣ触媒６において酸化される。このようにしてＮＯｘが浄化された排気ガスは、排気管２を流通して大気中へ排気される。
【００１３】
次に、噴射部材１０からアンモニアが噴射される動作について説明する。
アンモニア供給源８において、尿素水タンク１３から加水分解触媒１４に尿素水が供給され、加水分解されてアンモニアが生成する。図示しないアンモニア搬送手段によって、生成したアンモニアは、アンモニア供給管７を流通した後、噴射部材１０内の第２流通経路１２を流通して、開口端部１２ａから排気管２内に噴射される。アンモニア搬送手段はポンプでもよいし、加水分解するアンモニア量を制御して、排気管２内の排気ガスの圧力に対するアンモニアの圧力を制御する手段でもよい。一方、ＤＰＦ４から流出した排気ガスの一部は、分岐管２０を流通した後、噴射部材１０内の第１流通経路１１を流通して、開口端部１１ａから排気管２内に噴射される。
【００１４】
このとき、開口端部１１ａ及び１２ａはそれぞれ、互いに向かう方向に傾斜しているので、開口端部１１ａ及び１２ａから噴射された排気ガス及びアンモニアは互いに向かって噴射され、その結果、互いに衝突して混ざり合う。さらに、排気ガス及びアンモニアは、排気管２を流通してきた排気ガスとも混ざりあって、アンモニアが排気ガス中に均一に分散される。アンモニアが排気ガス中に均一に分散すると、ＳＣＲ触媒５において全ての触媒活性点にアンモニアが作用してＮＯｘの浄化反応が均一に起こるので、効率よくＮＯｘが浄化される。
【００１５】
このように、噴射部材１０の第１流通経路１１及び第２流通経路１２から排気管２内に噴射された排気ガス及びアンモニアは互いに衝突して混ざり合うので、アンモニアを排気ガス中に均一に分散させることができる。アンモニアを単に排気管２内の排気ガスに分散すると、排気ガス流量に対して極めて少ない量のアンモニアを添加することになるので、均一に分散させることが難しい。しかしこの実施形態では第１流通経路１１を通過した排気ガスと一旦衝突させ、均一な排気ガスとアンモニアの混合気を生成した後に、排気管２内の排気ガスに分散することになる。したがって、排気管２内の排気ガス流量に対して単にアンモニアを噴射した場合より多い量の上記混合気を分散させるので、アンモニアの分散性が向上する。
【００１６】
この実施の形態では、第１流通経路１１に排気ガスが流通し、第２流通経路１２にアンモニアが流通していたが、この形態に限定するものではなく、第１流通経路１１にアンモニアが流通し、第２流通経路１２に排気ガスが流通してもよい。
【００１７】
この実施の形態では、第１流通経路１１及び第２流通経路１２それぞれの開口端部１１ａ及び１２ａを互いに向かう方向に傾斜させることにより、第１流通経路１１及び第２流通経路１２を流通する排気ガス及びアンモニアを互いに向かって噴射させていたが、この形態に限定するものではない。図３（ａ）に示されるように、下端面１０ａは平らな形状であり、第１流通経路１１及び第２流通経路１２がそれぞれ互いに向かう方向に傾斜していてもよい。また、第１流通経路１１及び第２流通経路１２全体が傾斜することに限定するものではなく、図３（ｂ）に示されるように、少なくとも開口端部１１ａ及び１２ａ近傍の部分が互いに向かう方向に傾斜していればよい。また、図３（ｃ）に示されるように、第２流通経路１２が第１流通経路１１に取り囲まれるような二重管構造であって、第１流通経路１１の開口端部１１ａ近傍の部分が第２流通経路１２に向かう方向に傾斜する構成でもよい。
【００１８】
この実施の形態では、アンモニア供給源８として、尿素水タンク１３及び加水分解触媒１４を用いていたが、この形態に限定するものではない。純粋なアンモニアを貯蔵するタンクやアンモニア吸蔵ボンベをアンモニア供給源８として用い、アンモニアを直接噴射部材１０に供給するようにしてもよい。また、アンモニア供給源８として、尿素水タンク１３及び加水分解触媒１４を用いた場合でも、アンモニア原材料は尿素水に限定するものではない。加水分解反応によってアンモニアが生成する物質であれば任意の物質の水溶液を使用することができ、例えば、カルバミン酸アンモニウム、イソシアン酸、炭酸アンモニウム等の水溶液でもよい。
【００１９】
この実施の形態では、キャリアガスとして排気ガスを用い、キャリアガス供給源が分岐管２０であったが、この形態に限定するものではない。キャリアガスは、アンモニアと化学反応を起こさない任意のガスであれば何でもよく、例えば空気であってもよい。キャリアガスが空気の場合には、大気中から空気を採取して噴射部材１０に供給するポンプ等がキャリアガス供給源を構成する。また、任意のキャリアガスを充てんしたボンベ等を搭載し、ポンプ等で噴射部材１０に供給してもよい。この場合には、ボンベ等及びポンプ等がキャリアガス供給源を構成する。ただし、キャリアガスとして排気ガスを用いたほうが、ＳＣＲ触媒５へ流入するガス量が増加しないので、この実施形態の構成によれば、ＳＣＲ触媒５以降の構成を大型化しなくて済む。
この実施形態では第１流通経路１１，第２流通経路１２がそれぞれ１つずつ設けられたが、複数であってもよく、第１流通経路１１，第２流通経路１２が同じ数でなくても、互いに衝突するように配置されていればよい。また第１流通経路１１と第２流通経路１２とで流路断面積が異なっていてもよい。
【００２０】
この実施の形態では、ＤＰＦ４の下流かつ噴射部材１０の上流で排気管２から分岐管２０が分岐していたが、この形態に限定するものではない。噴射部材１０よりも上流側であれば、どの位置から分岐してもよく、酸化触媒３とＤＰＦ４との間、あるいは、酸化触媒３よりも上流側で分岐してもよい。ただし、ＤＰＦ４から流出した排気ガスは、ＤＰＦ４でＰＭが捕捉されることからＰＭをほとんど含んでいないので、この実施の形態の構成によれば、噴射部材１０を汚したり閉塞したりするリスクを低減することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、４  ＤＰＦ、５  ＳＣＲ触媒、８  アンモニア供給源、１０  噴射部材、１１  第１流通経路、  １１ａ  （第１流通経路の）開口端部、１２  第２流通経路、１２ａ  （第２流通経路の）開口端部、１３  尿素水タンク（アンモニア原材料タンク）、１４  加水分解触媒、２０  分岐管（キャリアガス供給源）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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