(57)【要約】【課題】噴射口の周囲に筒状の固形物が大きく成長してしまう虞れを未然に回避し得るようにした尿素水添加ノズルを提供する。【解決手段】ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加した尿素水１を添加する尿素水添加ノズル２に関し、先端に噴射口６を備えたノズル本体７を排気ガス５の流れに直接晒されないよう排気管３の外周部に装着して該排気管３内に臨ませ、前記ノズル本体７の先端側の周囲に該ノズル本体７を排気ガス５の熱から保護するための冷却構造として水冷ジャケット１５を設けると共に、該水冷ジャケット１５の排気管３内に臨む表面に前記ノズル本体７の噴射口６を取り囲むように断熱材１９を被覆せしめる。【選択図】図１
2009138627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加した尿素水を添加する尿素水添加ノズルであって、先端に噴射口を備えたノズル本体を排気ガスの流れに直接晒されないよう排気管の外周部に装着して該排気管内に臨ませ、前記ノズル本体の先端側の周囲に該ノズル本体を排気ガスの熱から保護するための冷却構造を設けると共に、該冷却構造の排気管内に臨む表面に前記ノズル本体の噴射口を取り囲むように断熱材を被覆せしめたことを特徴とする尿素水添加ノズル。
【請求項２】
尿素水をアンモニアと炭酸ガスに加水分解する尿素水分解触媒を表面に担持したカバープレートが断熱材の表面に被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の尿素水添加ノズル。
【請求項３】
冷却構造が冷却水を吸排可能な水冷ジャケットで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の尿素水添加ノズル。
【請求項４】
冷却構造が排気ガスからの受熱を排気管外に放熱する放熱片を備えた輻射熱遮断プレートで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の尿素水添加ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加した尿素水を排気ガスと混合させるための尿素水添加ノズル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、排気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気ガス中の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（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中の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。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【０００５】
図５は選択還元型触媒の還元剤として尿素水１を添加する従来の尿素水添加ノズル２の一例を示すもので、ここに図示している例では、排気管３の外周部に上流側へ向け斜めに張り出すボス部４を設け、該ボス部４に対し尿素水添加ノズル２を排気管３の外側から装着して該排気管３内に臨ませ、この尿素水添加ノズル２を高温の排気ガス５の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水１を添加するようにしてある。
【０００６】
この尿素水添加ノズル２は、図示しない供給ポンプから送給された尿素水１を先端の噴射口６から噴射するノズル本体７を備えており、該ノズル本体７に内蔵されたプランジャ８を進退動させることで噴射口６の開通・閉止を行い得るようにしてある。
【０００７】
即ち、プランジャ８はバルブスプリング９，１０により押し出されて排気管３内へ向かう進出方向に付勢されており、このバルブスプリング９，１０の付勢力に抗しソレノイド１１の電磁力で引き上げられて退動し、これにより先端のボールシール１２と中途部のフランジ部１３とが弁座から離間して噴射口６が開通するようになっている。
【０００８】
ここで、プランジャ８のフランジ部１３が着座する位置には、液密性を高めるためのシールゴム１４が装着されているため、このシールゴム１４等を熱から保護するために、ノズル本体７の先端側の周囲に冷却構造として水冷ジャケット１５が設けられており、この水冷ジャケット１５に対し冷却水１６を吸排し得るよう吸水口１７と排水口１８とが設けられている。
【特許文献１】特開２００５−２７３６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図５に示す如き従来の尿素水添加ノズル２においては、ノズル本体７の噴射口６の周囲が水冷ジャケット１５により冷却されているため、噴射口６から噴射される尿素水１の噴射流の巻き込みにより噴霧粒子の一部が噴射口６の周囲に戻されて付着した際に、ここでの熱分解が良好に進まないまま水分だけが蒸発して尿素が結晶化し、噴射口６の周囲に筒状の固形物が大きく成長してしまう問題があった。
【００１０】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、噴射口の周囲に筒状の固形物が大きく成長してしまう虞れを未然に回避し得るようにした尿素水添加ノズルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＮＯxを還元浄化するための選択還元型触媒の上流側に還元剤として添加した尿素水を添加する尿素水添加ノズルであって、先端に噴射口を備えたノズル本体を排気ガスの流れに直接晒されないよう排気管の外周部に装着して該排気管内に臨ませ、前記ノズル本体の先端側の周囲に該ノズル本体を排気ガスの熱から保護するための冷却構造を設けると共に、該冷却構造の排気管内に臨む表面に前記ノズル本体の噴射口を取り囲むように断熱材を被覆せしめたことを特徴とするものである。
【００１２】
而して、このようにすれば、ノズル本体の噴射口の周囲が断熱材で断熱されて表面温度が排気管内の温度と略同様に保たれるので、排気温度が十分に高い適切な運転条件で尿素水の添加を実行すれば、尿素水の噴霧粒子の一部が噴射口の周囲に戻されて付着したとしても、その付着した尿素水の噴霧粒子は、高温条件下で良好にアンモニアと炭酸ガスに熱分解し、ここに尿素が結晶化して筒状の固形物を析出する虞れが未然に回避される。
【００１３】
また、本発明においては、尿素水をアンモニアと炭酸ガスに加水分解する尿素水分解触媒を表面に担持したカバープレートが断熱材の表面に被覆されていることが好ましく、このようにすれば、噴射口の周囲に付着した尿素水の噴霧粒子のアンモニア化が尿素水分解触媒の触媒作用で促進されるので、噴射口の周囲に尿素が結晶化して筒状の固形物を析出する虞れがより一層確実に回避される。
【００１４】
尚、本発明においては、冷却構造が従来通り冷却水を吸排可能な水冷ジャケットで構成されていても良いが、断熱材により冷却構造の熱負荷が軽減されるので、排気ガスからの受熱を排気管外に放熱する放熱片を備えた輻射熱遮断プレートで冷却構造を構成することも可能である。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明の尿素水添加ノズルによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１６】
（Ｉ）本発明の請求項１〜４に記載の発明によれば、断熱材の断熱効果により噴射口の周囲の表面温度を排気管内の温度と略同様に保つことができるので、尿素水の噴霧粒子の一部が噴射口の周囲で結晶化して筒状の固形物が大きく成長してしまう虞れを未然に回避することができる。
【００１７】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、尿素水分解触媒の触媒作用により噴射口の周囲に付着した尿素水の噴霧粒子のアンモニア化を促進することができるので、噴射口の周囲に尿素が結晶化して筒状の固形物を析出する虞れをより一層確実に回避することができる。
【００１８】
（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、輻射熱遮断プレートで輻射熱を遮断しつつ排気ガスからの受熱を放熱片から排気管外に放熱することでノズル本体の熱保護を図ることができるので、大掛かりな水冷系を不要として大幅なコスト削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、前述の図５に示す従来例と同様に構成した尿素水添加ノズル２に関し、本形態例においては、水冷ジャケット１５の排気管３内に臨む表面に、ノズル本体７の噴射口６を取り囲むように断熱材１９を被覆せしめ、該断熱材１９を挟んで水冷ジャケット１５のフランジと排気管３のボス部４の装着口周囲とをボルト・ナット２０により締結するようにしている。
【００２１】
尚、ここに図示している例では、断熱材１９がガスケットとしての機能も兼ね備えた素材となっていて、ボルト・ナット２０による締結部の気密性が良好に保持されるようにもなっている。
【００２２】
而して、このようにすれば、ノズル本体７の噴射口６の周囲が断熱材１９で断熱されて表面温度が排気管３内の温度と略同様に保たれるので、排気温度が十分に高い適切な運転条件で尿素水１の添加を実行すれば、尿素水１の噴霧粒子の一部が噴射口６の周囲に戻されて付着したとしても、その付着した尿素水１の噴霧粒子は、高温条件下で良好にアンモニアと炭酸ガスに熱分解し、ここに尿素が結晶化して筒状の固形物を析出する虞れが未然に回避される。
【００２３】
従って、上記形態例によれば、断熱材１９の断熱効果により噴射口６の周囲の表面温度を排気管３内の温度と略同様に保つことができるので、尿素水１の噴霧粒子の一部が噴射口６の周囲で結晶化して筒状の固形物が大きく成長してしまう虞れを未然に回避することができる。
【００２４】
図２は本発明の別の形態例を示すもので、ここに図示している例では、尿素水１をアンモニアと炭酸ガスに加水分解する尿素水分解触媒２１を表面に担持したカバープレート２２を断熱材１９の表面に被覆した構成を採用しており、前記尿素水分解触媒２１には、酸化チタン、チタンバナジウム、セリア等を原料として用いることが好ましい。尚、図２中の２５は断熱材１９と同じ素材から成る断熱機能を備えたガスケットを示している。
【００２５】
このようにすれば、噴射口６の周囲に付着した尿素水１の噴霧粒子のアンモニア化が尿素水分解触媒２１の触媒作用で促進されるので、噴射口６の周囲に尿素が結晶化して筒状の固形物を析出する虞れがより一層確実に回避される。
【００２６】
事実、図３にグラフで示す如く、尿素水分解触媒２１が無い場合には、曲線Ａで示すように約５３０℃以上にならないと全て（１００％）をアンモニア化できないために尿素の結晶化の虞れを回避できないが、尿素水分解触媒２１が有る場合には、曲線Ｂで示すように約２２０℃以上で全て（１００％）をアンモニア化できて尿素の結晶化の虞れを回避できることが確認されている。
【００２７】
また、図４は本発明の更に別の形態例を示すもので、ここに図示している例では、前述した図１や図２の形態例における水冷ジャケット１５に替えて、排気ガス５からの受熱を排気管３外に放熱する放熱片２３を備えた輻射熱遮断プレート２４を冷却構造として採用しており、冷却水１６で水冷する替わりに外気で空冷してノズル本体７（主としてシールゴム１４）を排気ガス５の熱から保護し得るようにしてある。
【００２８】
即ち、ノズル本体７の噴射口６の周囲を断熱材１９で断熱したことにより冷却構造の熱負荷が軽減されているので、従来の如き水冷ジャケット１５を用いた水冷を行わなくても、輻射熱遮断プレート２４で輻射熱を遮断しつつ排気ガス５からの受熱を放熱片２３から排気管３外に放熱することでノズル本体７（主としてシールゴム１４）の熱保護を図ることが可能となり、大掛かりな水冷系を不要として大幅なコスト削減を図ることができる。
【００２９】
尚、本発明の尿素水添加ノズルは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、冷却構造の具体的構造は必ずしも図示の水冷ジャケットや輻射熱遮断プレートの構造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】
【００３０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の別の形態例を示す断面図である。
【図３】尿素水分解触媒の有無によるアンモニア化率の違いを示すグラフである。
【図４】本発明の更に別の形態例を示す断面図である。
【図５】従来の尿素水添加ノズルの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  尿素水
２  尿素水添加ノズル
３  排気管
５  排気ガス
６  噴射口
７  ノズル本体
１５  水冷ジャケット（冷却構造）
１６  冷却水
１９  断熱材
２１  尿素水分解触媒
２２  カバープレート
２３  放熱片
２４  輻射熱遮断プレート（冷却構造）
【図１】
2009138627.tif 000003
【図２】
2009138627.tif 000004
【図３】
2009138627.tif 000005
【図４】
2009138627.tif 000006
【図５】
2009138627.tif 000007