JP6000506B2

JP6000506B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP6000506B2
Application number: JP2010067823A
Authority: JP
Inventors: 稔小和田; 則行高橋; 黒木　俊昭; 俊昭黒木; 良二鈴木
Original assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: JP2011202512A

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

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。

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）。

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

そして、図１１に示す如く、選択還元型触媒１の上流側で排気ガス２中に尿素水３を添加する従来技術としては、尿素水添加装置４のノズル部４ａを排気流路５の軸心付近まで挿し入れて排気ガス２の流れの中心に尿素水３を添加するようにしたものが知られているが、これでは尿素水添加装置４のノズル部４ａが高温の排気ガス２の流れに直接晒されてしまうことになるため、尿素水添加装置４の耐久性が不安視されている。

このため、図１２に示す如く、排気流路５の側面に上流側へ向け斜めに分岐する噴射口６を設け、該噴射口６に対し尿素水添加装置４を排気流路５の外側から装着して該排気流路５内に臨ませ、この尿素水添加装置４を高温の排気ガス２の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水３を添加することが検討されている。

特開２００５−２７３６１４号公報

しかしながら、図１１や図１２の形式で排気ガス２中に尿素水３を添加するにあたり、これまで以上のＮＯx浄化性能を求めて尿素水３の添加量を増大させると、気化しきれない尿素水３が排気流路５の内周面に付着（又は介在）して流れを形成し、この尿素水３が化学反応することによって生成される物質により進行の早い腐食が誘発される虞れがあり、特に図１２の如き排気流路５の側面に形成された噴射口６から尿素水３を噴射する形式では、尿素水３の噴霧が排気ガス２の流れの影響を受け易く、排気流路５の内周面に沿うような偏った流れを形成し易いため、尿素水３が気化し難くなって排気流路５の内周面に介在し易くなり、腐食が誘発され易かった。

また、図１１の如き既知の尿素水添加装置４では、尿素水３を空気と混合してノズル部４ａまで気液混合状態で導いてからエアアシスト付きの噴射方式で尿素水３の添加を行うようにしていたが、エア配管を省いてコストダウンを図るべく、エアアシストなしで尿素水３を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した場合、添加した尿素水３中に空気が含まれていないため、排気流路５を構成しているステンレス鋼の表面における酸素濃度が低下し易く、ステンレス鋼の表面の不動態化が困難となって耐食性が低下し、前記尿素水３の添加による腐食がより起こり易くなる。

しかも、選択還元型触媒１の上流側に、排気ガス２中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタが排気流路５を介して装備されている場合には、パティキュレートフィルタ再生中のＮＯx濃度増加への対応、及び尿素水添加装置４の冷却のために尿素水３の添加量を増加させる必要があり、しかも、このパティキュレートフィルタ内に捕集されるパティキュレートの燃焼により排気温度が高まることで前記尿素水３の化学反応が活発化して腐食速度が速くなるため、前記尿素水３の添加による腐食が更に起こり易くなる。

このため、将来的な尿素水３の添加量の増大、エアレスタイプの噴射方式の採用、パティキュレートフィルタの併用といった方向性を勘案すると、排気流路５に尿素水３の添加による腐食が発生した場合の対策が必要不可欠であると考えられるが、現状にあっては、排気流路５に尿素水３の添加による腐食が発生してしまうと、前記排気流路５全体を交換しなければならなくなったり、或いは、前記排気流路５に溶接等により一体的に組み付けられている各種部材を一緒に交換しなければならないため、多大な部品交換コストがかかるという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水の添加による腐食が発生しても部品交換コストを必要最小限に抑制し得る排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒に排気ガスを導く排気流路と、該排気流路の途中に備えられて排気ガス中に尿素水を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した尿素水添加手段とを備え、前記排気流路における尿素水の添加位置近傍の所要範囲に亘る内周面を着脱自在な被覆ピースにより被覆し、該被覆ピースを適宜に交換し得るように構成すると共に、前記被覆ピースを排気流路よりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものでもある。

而して、このようにすれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水が該尿素水の添加位置近傍の所要範囲で内壁に付着して腐食を生じたとしても、該範囲における排気流路の内周面は、着脱自在な被覆ピースにより被覆されているので、腐食は被覆ピースのみに及んで排気流路側が保護されることになり、腐食が生じた被覆ピースを取り外して新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することが可能となる。

更に、本発明においては、被覆ピースを排気流路よりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成しているので、被覆ピースにおける腐食の進行が遅くなって該被覆ピースの交換頻度を大幅に下げることが可能となる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、尿素水の添加による腐食が発生しても、被覆ピースだけを取り外して新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することができるので、腐食部位の修復に要する１回当たりの部品交換コストを必要最小限に抑制することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、被覆ピースにおける腐食の進行を遅くして被覆ピースの交換頻度を大幅に下げることができるので、交換頻度に応じて嵩む長期使用での部品交換コストを大幅に削減することができる。

本発明の参考例を示す断面図である。Ｓ字配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。本発明の別の参考例を示す断面図である。Ｕ字配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。Ｌ字配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。インライン配置の排気浄化装置の例を示す概略図である。本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。本発明の別の形態例を示す断面図である。本発明の更に別の形態例を示す断面図である。本発明の更に別の形態例を示す断面図である。従来の排気浄化装置の一例を示す断面図である。従来の排気浄化装置の別の例を示す断面図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の参考例を示すもので、図１１及び図１２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１に示す如く、本参考例においては、排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を着脱自在な分割ピース５ａとして分割構成し、該分割ピース５ａを適宜に交換し得るようにしたところを特徴としており、ここに図示している例の場合、前記分割ピース５ａの前後端にフランジ部５ｂを設けると共に、上流側及び下流側の排気流路５の接続端にもフランジ部５ｃを設け、これらフランジ部５ｂ，５ｃの相互をガスケット５ｄを介しボルト５ｅ及びナット５ｆで着脱自在に締結した構造を採用している。

また、前記分割ピース５ａの側面に上流側へ向け斜めに分岐する噴射口６を設け、該噴射口６に対し尿素水３を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した尿素水添加装置４を外側から装着するようにしている。

図２は図１の構造を具体的に適用した例を示すもので、ここに図示している例では、選択還元型触媒１とパティキュレートフィルタ７とをケーシング８，９により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ７の出側端部と選択還元型触媒１の入側端部との間を排気流路５により接続し、パティキュレートフィルタ７の出側端部から排出された排気ガス２が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒１の入側端部に導入されるようにしたＳ字配置の排気浄化装置を対象とし、前記排気流路５の直伸部Ａに図１の構造を適用したものとなっている。

尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ７が抱持されているケーシング９内の前段に、排気ガス２中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１０が装備され、また、選択還元型触媒１が抱持されているケーシング８内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１１が装備されている。

而して、このようにすれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水３の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水３が該尿素水３の添加位置近傍の所要範囲で内壁に付着して腐食を生じたとしても、該範囲における排気流路５は、着脱自在な分割ピース５ａとして分割構成されているので、この分割ピース５ａをフランジ部５ｂ，５ｃのボルト５ｅ及びナット５ｆによる締結を解いて取り外し、新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することが可能となる。

従って、上記参考例によれば、尿素水３の添加による腐食が発生しても、分割ピース５ａだけをフランジ部５ｂ，５ｃのボルト５ｅ及びナット５ｆによる締結を解いて取り外し、新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することができるので、腐食部位の修復に要する１回当たりの部品交換コストを必要最小限に抑制することができる。

また、前記分割ピース５ａは、該分割ピース５ａを除く排気流路５の残部よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成することが可能であり、そのようにした場合には、分割ピース５ａにおける腐食の進行が遅くなって該分割ピース５ａの交換頻度を大幅に下げることができ、交換頻度に応じて嵩む長期使用での部品交換コストを大幅に削減することができる。

尚、以上の説明では、図２のＳ字配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａの途中から尿素水３の添加を行う場合について述べたが、図２のＳ字配置の排気浄化装置における排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には、図３に示す如く、エルボ型に曲折した分割ピース５ａを使用すれば良く、該分割ピース５ａの中途部に下流側の排気流路５の軸心に沿い且つ該下流側の排気流路５から離間する方向に突出する噴射口６を設け、該噴射口６に対し尿素水添加装置４を排気流路５の外側から装着すれば良い。

また、選択還元型触媒１の上流にパティキュレートフィルタ７を装備した排気浄化装置のレイアウトは、先に図２で示したようなＳ字配置の他、図４に示す如きＵ字配置であっても良く、この図４のＵ字配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａから尿素水３の添加を行う場合に図１の構造を適用し、排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には図３の構造を適用すれば良い。

更に、選択還元型触媒１の上流にパティキュレートフィルタ７を装備した排気浄化装置のレイアウトが、図５に示す如きＬ字配置であれば、この図５のＬ字配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａから尿素水３の添加を行う場合に図１の構造を適用し、排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には図３の構造を適用すれば良い。

尚、選択還元型触媒１の上流にパティキュレートフィルタ７を装備した排気浄化装置のレイアウトが、図６に示す如きインライン配置であれば、この図６のインライン配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａに図１の構造を適用すれば良い。

また、以上は排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲を着脱自在な分割ピース５ａとして分割構成し、該分割ピース５ａを適宜に交換し得るようにした例を説明したものであるが、図７に示す本発明を実施する一例においては、排気流路５における尿素水３の添加位置近傍の所要範囲に亘る内周面を着脱自在な被覆ピース５ｇにより被覆し、該被覆ピース５ｇを適宜に交換し得るように構成している。

即ち、図７に図示している例の場合、尿素水３の添加位置に近い上流側で排気流路５を前後に分割し、該排気流路５の分割端から被覆ピース５ｇを下流側に向け挿し入れて排気流路５の内周面を被覆し得るようにしてあり、前記被覆ピース５ｇの反挿入側の端部に設けられたフランジ部５ｈを、前記排気流路５の分割端に設けられたフランジ部５ｂ，５ｃ間にガスケット５ｄと一緒に挟み込んでボルト５ｅ及びナット５ｆにより着脱自在に締結するようにしてある。

また、図７の形態例の場合には、噴射口６にも腐食の虞れがあるため、該噴射口６内に小型の被覆ピース５ｊを尿素水添加装置４の装着側から尿素水３の噴射方向に向け挿し入れて前記噴射口６の内周面を被覆し得るようにしてあり、この小型の被覆ピース５ｊの反挿入側の端部に設けられたフランジ部５ｋを、前記尿素水添加装置４の取り付け用ブラケット１２と前記噴射口６のフランジ部６ａとの間にガスケット６ｂと共に挟み込んで図示しない締結具により着脱自在に締結するようにしてある。

尚、この被覆ピース５ｇには、その装着時に前記噴射口６の開口位置と合致するようにした開口部５ｉが設けられており、前記噴射口６が前記被覆ピース５ｇの装着により塞がれないようにしてある。

また、前記被覆ピース５ｇ，５ｊは、排気流路５よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成されており、被覆ピース５ｇ，５ｊにおける腐食の進行が遅くなるようにしてある。

而して、このようにすれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水３の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水３が該尿素水３の添加位置近傍の所要範囲で内壁に付着して腐食を生じたとしても、該範囲における排気流路５の内周面は、着脱自在な被覆ピース５ｇにより被覆されているので、腐食は被覆ピース５ｇのみに及んで排気流路５側が保護されることになり、腐食が生じた被覆ピース５ｇを取り外して新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することが可能となる。

また、前記排気流路５における噴射口６の内周面についても、小型の被覆ピース５ｊにより被覆されていることで噴射口６の内周面が保護されるので、腐食が生じた被覆ピース５ｊを取り外して新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することが可能となる。

従って、上記形態例によれば、尿素水３の添加による腐食が発生しても、被覆ピース５ｇ，５ｊだけを取り外し、新しいものと交換するだけで腐食部位を修復することができるので、腐食部位の修復に要する１回当たりの部品交換コストを必要最小限に抑制することができる。

また、前記被覆ピース５ｇ，５ｊは、排気流路５よりも尿素水３の添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成されているので、被覆ピース５ｇ，５ｊにおける腐食の進行が遅くなって該被覆ピース５ｇ，５ｊの交換頻度を大幅に下げることができ、交換頻度に応じて嵩む長期使用での部品交換コストを大幅に削減することができる。

更に、図８は尿素水３の添加位置に近い下流側で排気流路５を前後に分割し、該排気流路５の分割端から被覆ピース５ｇを上流側に向け挿し入れて排気流路５の内周面を被覆し得るようにした形態例であり、その挿入方向の向きが逆になっているだけで実質的に図７の構造と大きく変わらないものであるが、このようにした場合にも、前述した図７の形態例と同様の作用効果を奏することができる。

また、前述した図７や図８の形態例は、図２のＳ字配置、図４のＵ字配置、図５のＬ字配置、図６のインライン配置の排気浄化装置における排気流路５の直伸部Ａの途中から尿素水３の添加を行う場合を対象として示したものであるが、図２のＳ字配置、図４のＵ字配置、図５のＬ字配置の排気浄化装置における排気流路５のコーナ部Ｂから尿素水３の添加を行う場合には、図９に示す如く、排気流路５のコーナ部Ｂの終盤で排気流路５を前後に分割し、該排気流路５の分割端から被覆ピース５ｇを上流側に向け挿し入れて排気流路５の内周面を被覆させるようにすれば良く、また、図７や図８の形態例と同様に、噴射口６内にも小型の被覆ピース５ｊを尿素水添加装置４の装着側から尿素水３の噴射方向に向け挿し入れて前記噴射口６の内周面を被覆させるようにすれば良い。

更に、先に図２で示したようなＳ字配置の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ７の出側端部から排出された排気ガス２が逆向きに折り返される箇所の排気流路５の構造が、図１０に示す如く、パティキュレートフィルタ７の出側端部から出た直後の排気ガス２を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室５ｍと、該ガス集合室５ｍで集められた排気ガス２を開口部５ｎを介しパティキュレートフィルタ７の排気流れと逆向きに抜き出す排気パイプ５ｐとのアッセンブリで構成され、前記排気パイプ５ｐの入側端部の中心位置に該排気パイプ５ｐの出側端部側へ向けて尿素水添加装置４が装備されているような場合、このアッセンブリ全体を分割ピースとして交換するのはコスト高となるため、このように適切な位置で分割できない構造のケースでは、図７〜図９で説明したような被覆ピース５ｇを用いた方が交換部品がより小さくて済み、コストの大幅な削減を図る上では好ましいと言える。

即ち、図１０の場合では、排気パイプ５ｐの分割端から被覆ピース５ｇを上流側に向け挿し入れて前記排気パイプ５ｐの内周面を該排気パイプ５ｐの入側端部まで被覆させるようにすれば良く、この場合の被覆ピース５ｇには、その装着時に前記開口部５ｎに対応する部位を切り欠いて該開口部５ｎが前記被覆ピース５ｇの装着により塞がれないようにしておけば良い。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。

１選択還元型触媒
２排気ガス
３尿素水
４尿素水添加装置（尿素水添加手段）
４ａノズル部
５排気流路
５ａ分割ピース
５ｂフランジ部
５ｃフランジ部
５ｄガスケット
５ｅボルト
５ｆナット
５ｇ被覆ピース
５ｈフランジ部
５ｉ開口部
５ｊ被覆ピース
５ｋフランジ部
５ｍガス集合室
５ｎ開口部
５ｐ排気パイプ
６噴射口
６ａフランジ部
６ｂガスケット
７パティキュレートフィルタ
８ケーシング
９ケーシング
１０酸化触媒
１１アンモニア低減触媒
１２取り付け用ブラケット

Claims

排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒に排気ガスを導く排気流路と、該排気流路の途中に備えられて排気ガス中に尿素水を加圧噴射するエアレスタイプの噴射方式を採用した尿素水添加手段とを備え、前記排気流路における尿素水の添加位置近傍の所要範囲に亘る内周面を着脱自在な被覆ピースにより被覆し、該被覆ピースを適宜に交換し得るように構成すると共に、前記被覆ピースを排気流路よりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質で構成したことを特徴とする排気浄化装置。