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JP3118000B2 - 排気ガス浄化装置用予混合室 - Google Patents

排気ガス浄化装置用予混合室

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JP3118000B2
JP3118000B2 JP08534457A JP53445796A JP3118000B2 JP 3118000 B2 JP3118000 B2 JP 3118000B2 JP 08534457 A JP08534457 A JP 08534457A JP 53445796 A JP53445796 A JP 53445796A JP 3118000 B2 JP3118000 B2 JP 3118000B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧縮空気のような圧縮ガスを尿素溶液ある
いはアンモニア水のような還元剤と混合するための排気
ガス浄化装置用予混合室に関する。この予混合室は特に
内燃機関において調節形あるいは制御形ディーゼル触媒
(GDK)を備えた排気ガス浄化装置に採用されている。
この予混合室はまた例えば機械出力が1000kWまでの定置
形ディーゼルエンジンにおける排気ガス浄化装置にも採
用できる。
内燃機関の排気ガス内に含まれる有害物質特に窒素酸
化物を減少するために、調節形あるいは制御形ディーゼ
ル触媒(GDK)の原理が有利な技術であることは判明し
ている。この技術は特に例えばディーゼルエンジンおよ
び希薄混合気形エンジンのように過剰空気で運転される
内燃機関に採用される。主として選択触媒還元法(SC
R)に基づくこの技術はこれまでに例えばドイツ特許出
願P4309891.6号、P4310926.8号およびP4315278.3号明細
書のような多くの刊行物で知られている。SCR法の場合
窒素酸化物はアンモニアと一緒に選択触媒に接触し、そ
こで環境に優しい窒素と水とに変換される。
アンモニアの使用には危険が伴い即ち毒性があり、ま
たアンモニアは悪臭を発生するので、GDK装置を備えた
内燃機関においてアンモニアそのものを走行車に搭載す
ることはできない。窒素酸化物を触媒変換するために必
要な還元剤は水性尿素溶液の形で走行車に携行される。
この水性尿素溶液から、加水分解によってその都度その
瞬間において丁度窒素酸化物の変換にとって必要な量の
アンモニアが発生される。例えば発電所の奥にある定置
形煙道ガス浄化装置の場合、純粋なアンモニアあるいは
アンモニア水が使用される。
ドイツ特許出願公開第4417238号明細書において、ト
ラック用ディーゼルエンジンの排気管を、漏斗状の孔開
き板がその中に配置されている円筒状入口室の横に直接
接続することが提案されている。その漏斗の最狭個所
に、水性尿素溶液を漏斗の内室に噴射する噴射弁が設け
られている。このようにして入口室の全断面にわたって
排気ガス内に尿素溶液が一様に分布される。この入口室
には加水分解触媒、DeNOx触媒および場合によっては酸
化触媒が接続されている。
ヨーロッパ特許出願公開第0586913号明細書に記載さ
れている本発明の冒頭に述べた方式は上述のものとは異
なっている。噴霧すべき媒体即ち反応剤である尿素を有
害物質を含む排気ガス流の中に入れる前に十分に霧化す
るために、混合装置あるいは予混合室が設けられてい
る。この予混合室の中には、媒体および空気のような圧
縮ガスが互いに緊密に混合されるために即ち乳濁液を形
成するために導入される。予混合室は唯一の混合管ある
いは配管を介して噴霧ノズルに接続され、この噴霧ノズ
ル自体は排気ガス流内に配置されている。このヨーロッ
パ特許出願公開明細書の図2における予混合室では圧縮
ガスは媒体流に対し横方向にあるいは接線方向に衝突す
る。この予混合および噴射によって、還元剤液を正に良
好に排気ガス流に分布することができる。その場合圧縮
ガスの使用は高温の排気ガス流内に存在する噴射ノズル
を冷却する作用をも生じさせる。もっともNOxを減少す
るために水性尿素溶液を噴射する際に噴霧装置を利用す
る際に、尿素結晶物および排気ガス残滓が付着するとい
う問題が生ずる。この欠点を除去するために、尿素と接
触する噴霧装置の表面部分を触媒層で被覆することが提
案されている。そのノズルを補助的に白金メッキするこ
とおよび/又は加熱することも考えられる。しかしこの
補助手段はかなりの経費がかかる。
噴霧装置において上述の予混合室は特に上述の付着の
危険がある。即ち、接線方向に衝突させる目的で予混合
室の横に接続されている空気配管に乾いた尿素が付着す
ることが判明している。その乾いた尿素は、特に長時間
の連続運転の際に空気配管を詳しくは予混合室への開口
の直前で閉塞させる。これによって予混合室内の圧力状
態が変化するので、尿素溶液の供給量に狂いが生ずる。
これは必ず避けなければならない。
ドイツ特許出願公開第4221363号明細書からも、圧縮
ガスと還元剤との均質な混合物を発生するための予混合
室が知られている。この場合、還元剤のための案内管が
圧縮ガスの流れ方向に垂直に圧縮ガスの案内管の中に突
出し、その案内管は出口に向かって漏斗状に拡げられて
いる。しかしこれでは、還元剤が圧縮ガスの流れ方向と
逆向きにも流れ、そこで付着物を形成することが避けら
れない。噴射ガンの原理に基づいて作動するこの種の予
混合室は効果も低い。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の予混合室を、上
述の付着物が避けられ、従って供給量の狂いが避けられ
るように形成することにある。
この課題は本発明によれば、予混合室が気化器の原理
に基づいて構成されることによって解決される。この気
化器の原理は特に自動車の内燃機関で既に知られてい
る。その場合、還元剤が圧縮ガスの方向に対して平行に
出口開口を通して流れるように、還元剤案内通路は圧縮
ガスの流れ方向に対して平行にあるいは接線方向に圧縮
ガスの案内通路の中に突出している。
本発明は、尿素溶液あるいはアンモニア水のような液
状の還元剤が空気のような圧縮ガスに、圧縮ガスの流れ
が加速されて相応の低圧が生ずる個所に一定量で衝突す
るようにするという考えに基づいている。このことは気
化器の原理において例えば平行に導かれる還元剤案内通
路の出口開口の周りに圧縮ガスを流すことによって達成
される。還元剤案内通路(還元剤の流れ経路)の開口か
ら見て、流れ方向における圧縮ガスの圧力が増大するの
で、圧縮ガス案内通路(圧縮ガスの流れ経路)への液状
の還元剤の流入は避けられる。従って、特に圧縮ガスを
尿素溶液あるいはアンモニア水と混合するために適して
いる特に簡単な構造原理が生ずる。
その場合特に、圧縮ガス案内通路が狭隘部を備え、こ
の狭隘部の範囲に還元剤案内通路が開口していることが
提案される。ここで用語「案内通路」とは例えば配管、
通路、孔、管あるいは毛細管などのあらゆる形式の流れ
経路を意味している。
特に簡単な構造は、圧縮ガス案内通路が狭隘部を有す
る真っ直ぐな通路を含み、還元剤案内通路が圧縮ガス案
内通路のほぼ中心に配置されている真っ直ぐな配管を含
み、真っ直ぐな還元剤配管が狭隘部の範囲に即ち小さな
横断面範囲に開口していることによって特徴づけられ
る。
特に、真っ直ぐな還元剤配管を特に特殊鋼から成って
いる毛細管とすることが提案される。毛細管は特に、予
混合室のハウジングにねじ込まれる案内部品内に保持さ
れる。
他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
以下二つの図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。
図1は内燃機関における排気ガス浄化装置に対して設
計された予混合室を備えた噴霧装置、および 図2は本発明に基づく予混合室の実施形態を示す。
図1によれば図示した噴霧装置2は主要構造部品とし
て、気化器の原理に基づいて構成されている混合装置あ
るいは予混合室4を有している。後者については図2を
参照して後述する。
噴霧すべき媒体特に水性尿素溶液のような還元剤8の
供給配管6が混合装置4に開口している。還元剤8はそ
の排気ガスを浄化しようとする走行車に搭載された貯蔵
タンク10内に収容されている。この貯蔵タンク10はフィ
ルタ12、圧力発生用のポンプ14および供給配管6内にあ
る配量弁16を介して混合装置4に接続されている。特に
配量弁16は混合装置4の直前に接続されている。噴霧す
べき還元剤8はポンプ14によって混合装置4の混合室に
搬送される。その場合配量弁16によって単位時間当たり
に必要な供給量が決められる。
別の供給配管18を介して例えば圧縮空気のような圧縮
ガス20が予混合室4に送られる。この圧縮ガス20は予混
合室4内において流入する還元剤8と混合される。その
際にエーロゾル8、20が生じ、出口から排出される。
圧縮ガス20は空気出口24を備えているアキュムレータ
22内に収容されている。圧縮ガス20は空気出口24から電
気作動式の圧力スイッチ26、遮断弁28、圧力制限弁30お
よび逆止弁32を介して予混合室4に導かれる。
予混合室4内で作られた混合物8、20は混合物配管34
を介して排気ガス通路38内に設置されている噴霧ノズル
36に到達する。浄化すべき排気ガス40は排気ガス通路38
内を特に上述の形式の公知の触媒装置(図示せず)の方
向に流れる。噴霧ノズル36は、還元剤8と圧縮ガス20と
の混合物が細かい霧42の形で排気ガス40の流れの中に吹
き込まれ、ここから触媒装置の方向に一様に分布して運
ばれるように作用する。
図2によれば予混合室4は特に例えば特殊鋼のような
金属から成っているハウジング50を有している。このハ
ウジング50は3つの異なる横断面を有している一つの通
しの中央孔を有している。
圧縮ガス20に対する案内通路52が設けられ、この通路
は横側の接続通路54および下に向かっている狭隘部58付
きの中央通路56a、56bを有している。接続通路54はハウ
ジング50のほぼ中央において真っ直ぐな通路56a、56bに
開口して、これを通して外側から圧縮ガス20が導入され
る。接続通路54は真っ直ぐな圧縮ガス通路56aの横に鈍
角αを成して配置されている。特に重要なことは、狭隘
部58の上側における圧縮ガス通路56a、56bの大径の部分
56aが横から流入する圧縮ガス20に対する鎮静室として
作用することにある。
還元剤8に対しては案内通路60が設けられている。そ
のために通しの中央孔の上部は比較的幅広のねじ孔62と
して形成されている。このねじ孔62に案内部品64がねじ
込まれている。この案内部品64は図示のように横断面が
十字形に形成され、上側の圧縮ガス通路56aを閉鎖して
いる。これは好適にはプラスチックから成っている。案
内部品は更に中央に通しの小さい管あるいは毛細管66を
有している。この毛細管66は案内部品64で保持されてい
る。毛細管66は好適には例えば特殊鋼のような金属から
成り、比較的細い。毛細管は例えば外径が1mm、内径が
0.65mmである。ここでは毛細管66が還元剤案内通路60と
なる。発生した乳濁液8、20に対する配管56bは約2mmの
内径を有している。
更に重要なことは、真っ直ぐな還元剤配管あるいは毛
細管66が圧縮ガス通路56a、56bのほぼ中心に配置され、
ほぼ狭隘部58の範囲に開口していることである。図2に
は、毛細管66の先端68が丁度狭隘部58に位置しているこ
とが示されている。これは幾分深く配置することもでき
る。
毛細管66の範囲に詳しくは横側通路54と狭隘部58との
間に、十分な長さの部分通路56aが圧縮ガス20に対する
鎮静室として存在していなければならない。その場合こ
の空間内に狭隘部58の範囲における流れ状態に帰因して
ベルヌーイの定理に基づいて或る程度の負圧が生ずる。
これによって液状の還元剤8は逆方向に流れず、薄膜と
して例えば固形尿素として圧縮ガス案内通路52の範囲に
付着することはない。従って開口の横断面が時間の経過
と共に変化しないことが保証され、配量弁16で決定され
た供給量が安定して維持される。
この構造の場合、運転物質(還元剤8)および搬送流
体(圧縮ガス20)の流れ方向が、圧縮ガス20の搬送流体
の流れ方向に見て運転物質が搬送流体に導入される前
に、既にほぼ平行になっていることに注目されたい。
案内部品64は上端ねじ70を備えており、そこに配量弁
16が直接ねじ込まれる。
狭隘部58の範囲において圧縮ガス(空気)20と還元剤
(液体)8とが混合された後、噴霧ノズル36まで横断面
積の変化をできるだけ避ける必要がある。また予混合室
4から出された乳濁液8、20の噴霧ノズル36までの経路
を短くしなければならない。
フロントページの続き (72)発明者 クルンプ、ウド ドイツ連邦共和国 デー−96257 マル クト グライツ アム ロイト 4 (72)発明者 マテス、ウイーラント ドイツ連邦共和国 デー−96247 ミヒ エラウハイドンヴエーク 4 (56)参考文献 特開 平2−227512(JP,A) 特開 平8−206459(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/86 B01D 53/94 F01N 3/08 B01D 53/56

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気ガス浄化装置における圧縮空気のよう
    な圧縮ガス(20)と尿素溶液やアンモニア水のような還
    元剤(8)とを混合するための気化器の原理に基づく予
    混合室(4)において、圧縮ガス案内通路(52)が狭隘
    部(58)を有する真っ直ぐな通路(56a、56b)を含み、
    かつ還元剤案内通路(60)が圧縮ガス案内通路(56a、5
    6b)のほぼ中心に配置されている真っ直ぐな配管(66)
    を含み、この結果圧縮ガス(20)と還元剤(8)の流れ
    方向は長い距離にわたり平行に延び、この真っ直ぐな還
    元剤配管(66)が狭隘部(58)の範囲に開口しているこ
    とを特徴とする排気ガス浄化装置用予混合室。
  2. 【請求項2】真っ直ぐな還元剤配管(66)が特殊鋼から
    成っている毛細管であることを特徴とする請求項1記載
    の予混合室。
  3. 【請求項3】毛細管が案内部品(64)内に保持されてい
    ることを特徴とする請求項2記載の予混合室。
  4. 【請求項4】ハウジング(50)が金属から成り、このハ
    ウジングに案内部品(64)が中央にねじ込まれているこ
    とを特徴とする請求項3記載の予混合室。
  5. 【請求項5】案内部品(64)がプラスチックから成って
    いることを特徴とする請求項3又は4記載の予混合室。
  6. 【請求項6】真っ直ぐな圧縮ガス通路(56a、56b)の横
    側に接続通路(54)が開口していることを特徴とする請
    求項1ないし5のいずれか1つに記載の予混合室。
  7. 【請求項7】接続通路(54)が鈍角(α)を成して真っ
    直ぐな圧縮ガス通路(56a、56b)に開口していることを
    特徴とする請求項6記載の予混合室。
  8. 【請求項8】配量弁(16)が予混合室の直前に接続さ
    れ、配量弁(16)が案内部品(64)に直接配置されてい
    ることを特徴とする請求項3ないし7のいずれか1つに
    記載の予混合器。
  9. 【請求項9】狭隘部(58)の後ろで圧縮ガス通路(52)
    に、噴霧ノズル(36)に通じている混合物配管(34)が
    接続されていることを特徴とする請求項1ないし8のい
    ずれか1つに記載の予混合室を有する排気ガス浄化装置
    用噴霧装置。
  10. 【請求項10】噴霧ノズル(36)が窒素酸化物含有排気
    ガス(40)の排気ガス通路(38)に配置されていること
    を特徴とする請求項9記載の噴霧装置。
JP08534457A 1995-05-19 1996-05-15 排気ガス浄化装置用予混合室 Expired - Lifetime JP3118000B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19518516.1 1995-05-19
DE19518516 1995-05-19
PCT/DE1996/000860 WO1996036797A1 (de) 1995-05-19 1996-05-15 Vormischkammer für eine abgas-reinigungsanlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10509646A JPH10509646A (ja) 1998-09-22
JP3118000B2 true JP3118000B2 (ja) 2000-12-18

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ID=7762411

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP08534457A Expired - Lifetime JP3118000B2 (ja) 1995-05-19 1996-05-15 排気ガス浄化装置用予混合室

Country Status (8)

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EP (1) EP0826097B1 (ja)
JP (1) JP3118000B2 (ja)
AT (1) ATE173052T1 (ja)
CA (1) CA2221340A1 (ja)
DE (1) DE59600784D1 (ja)
DK (1) DK0826097T3 (ja)
ES (1) ES2124094T3 (ja)
WO (1) WO1996036797A1 (ja)

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