混合装置的制作方法

1.本发明涉及一种混合装置，设置于选择性催化还原装置的上游侧，对废气和添加剂进行混合。


背景技术：

2.为了减少从柴油发动机排出的废气中的氮氧化物，在柴油发动机的排气系统中采用了通过催化剂使氮氧化物选择性发生还原反应的选择性催化还原装置。与氧等的还原相比，催化剂用于优先产生氮氧化物的还原。为了氮氧化物的还原，尿素水溶液等还原剂在选择性催化还原装置的上游处被添加至废气。为了提高氮氧化物的还原效率，在添加剂到达选择性催化还原装置前，添加剂需要气化，并且，需要通过气态添加剂的加水分解或热分解或者这两者来产生氨。专利文献1中公开了一种为了提高添加剂的气化和分解的效率的技术。以下，以带括号的方式表示专利文献1记载的构成要素所标注的参照符号，对专利文献1记载的技术进行简单说明。
3.从内燃机排出的废气流入第一废气后处理构件(3)，废气通过废气后处理构件(3)的氧化催化器(11)。在废气后处理构件(3)的下游侧设置有第一排气管构件(13)，第一排气管构件作为氧化催化器11的排出槽起作用。通过该第一排气管构件(13)的导入开口部(15)定义的假想平面相对于废气从氧化催化器(11)向第一排气管构件(13)流动的流动方向是平行的。通过第一排气管构件(13)的排出开口部(17)定义的假想平面相对于通过导入开口部(15)定义的假想平面是垂直的。在第一排气管构件(13)内收纳有溢流管(21)。该溢流管(21)的长度方向的轴相对于与废气从氧化催化器(11)向第一排气管构件(13)流动的流动方向平行的方向是垂直的，相对于通过第一排气管构件(13)的排出开口部(17)定义的假想平面也是垂直的。在溢流管(21)的外周面中朝向与导入开口部(15)相反方向的面形成有流入开口部(31)。因此，从氧化催化器(11)流入第一排气管构件(13)的废气通过溢流管(21)的侧部绕到溢流管(21)的背侧，并通过流入开口部(31)流入溢流管(21)内。在溢流管(21)的外侧且位于流入开口部(31)之前的流动室(45)之上设置有喷射单元(35)。该喷射单元(35)在相对于溢流管(21)的长度方向的轴平行的方向上喷射液态的添加剂。添加剂的液滴撞击流动室(45)内的挡板(51、51’、51”)而细化。
4.溢流管(21)通过第一排气管构件(13)的排出开口部(17)而在第一排气管构件(13)之外突出，在第一排气管构件(13)的外侧与排气管(29)连结。该排气管(29)与具有用于选择性催化反应的催化器(39)的第二废气后处理构件(9)连结。因此，包含还原剂的废气会流入第二废气后处理构件(9)。现有技术文献专利文献
5.专利文献1：日本特许第6077665号公报。


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
6.在专利文献1记载的技术中，若废气从流动室(45)通过流入开口部(31)流入溢流管(21)内，则废气中的液滴会撞击溢流管(21)的内周面，特别是与流入开口部(31)对置的部分。如此一来，在溢流管(21)的内周面会形成液膜。这样的液膜会沿着溢流管(21)的内周面流下去，液态的添加剂会流入第二废气后处理构件(9)。因此，在预料之外的部位处，添加剂会在气化前析出。
7.因此，本发明是鉴于上述这些情况而形成的，其目的是使得在选择性催化还原装置的上游处被添加的添加剂易于气化，并且对添加剂的析出进行抑制。解决技术问题所采用的技术方案
8.为了解决上述问题，混合装置包括：壳体，所述壳体将具有供废气吹出的吹出部的过滤器或催化剂的所述吹出部包围；上部管部，所述上部管部在与所述吹出部对置的所述壳体内的区域处以朝向铅垂下方靠近所述吹出部的方式相对于铅垂方向倾斜，具有朝向所述吹出部的相反方向开口的开口部；下部管部，所述下部管部从所述上部管部的下端弯曲，以朝向铅垂下方远离所述吹出部的方式相对于铅垂方向倾斜，从所述壳体向外突出而与选择性催化还原装置连结；以及喷射装置，所述喷射装置安装于所述壳体，在所述壳体的内侧且在上部管部的外侧处朝向与所述开口部对置的区域喷射液态的添加剂。
9.通过喷射装置喷射的添加剂的液滴借助废气的流动通过开口部而移动至上部管部内，冲撞上部管部的内周面、特别是与开口部对置的部分。因此，添加剂的液膜形成于上部管部的内周面。由于上部管部相对于铅垂方向倾斜，因此，形成于上部管部的内周面的液膜不容易流动至下方，容易滞留于与开口部对置的部分。即使液膜沿着上部管部的内周面向下流动，也容易滞留于上部管部与下部管部之间的弯曲部。由于上部管部和弯曲部容易被从过滤器或催化剂的吹出部吹出的废气加热，因此，液膜容易气化。因此，能够抑制添加剂的析出。发明效果
10.添加剂容易气化，添加剂的析出得到抑制。
附图说明
11.图1是包括混合装置的废气净化装置的概略立体图。图2是所述废气净化装置的概略立体图。图3是混合装置的铅垂剖视图。图4是沿着图3所示的
ⅳ‑ⅳ
线的面的剖视图。图5是第一变形例的混合装置的铅垂剖视图。图6是第二变形例的混合装置的铅垂剖视图。
具体实施方式
12.以下，参照附图，对实施方式进行说明。不过，下文中描述的实施方式中受到技术上优选的各种限定，但并非将本发明的范围限定为下述实施方式以及图示例。
13.图1和图2是废气净化装置1的概略立体图。图1和图2中以沿着铅垂面将废气净化
装置1剖开的状态示出。该废气净化装置1与内燃机、特别是柴油发动机的后段连结，对从柴油发动机流入的废气进行净化。
14.废气净化装置1从废气流动的上游向下游依次包括柴油氧化催化装置、柴油微粒过滤装置3、混合装置5以及选择性催化还原(scr：selective catalytic reduction)装置8。从内燃机排出的废气依次通过柴油氧化催化装置、柴油微粒过滤装置3、混合装置5以及选择性催化还原装置8。
15.柴油氧化催化装置包括柴油氧化催化剂(doc：diesel oxidation catalyst)和壳体，柴油氧化催化剂通过在载体上担载由铂族金属(例如铂、钌、铑、钯、锇、铱)等构成的催化剂成分而构成，壳体收纳柴油氧化催化剂。柴油氧化催化装置使废气中的未燃烧成分(例如，一氧化碳、碳氢化合物以及一氧化碳等)氧化。通过上述氧化，产生二氧化碳、氢以及二氧化氮等。
16.柴油微粒过滤装置3对从柴油氧化催化装置流动至柴油微粒过滤装置3的废气中所含的颗粒状物质进行捕捉。柴油微粒过滤装置3也可具有使捕捉到的颗粒状物质氧化的再生功能。
17.柴油微粒过滤装置3具有筒状的壳体31以及过滤器32。过滤器32是具有蜂窝状结构的dpf(柴油颗粒过滤器)。过滤器32收纳于壳体31，该过滤器32的外周面与壳体31的内周面接触。为了实现柴油微粒过滤装置3的再生功能，由铂族金属等构成的催化剂也可担载于过滤器32。另外，图1中是以壳体31和过滤器32沿着铅垂面被剖开的方式图示的。
18.混合装置5将液态的添加剂添加至从柴油微粒过滤装置3流动至混合装置5的废气，使添加剂气化。添加剂例如是由尿素水溶液、氨水溶液或无水氨或者它们之中的两种以上构成的混合体。添加剂通过热分解或加水分解或者这两者的反应而转换成氨(nh3)。因此，在从混合装置5流入选择性催化还原装置8的废气中混合有氨。关于混合装置5的结构，在后文中详细说明。
19.选择性催化还原装置8使废气中的氮氧化物(nox)选择性还原，将氮氧化物转换成氮气(n2)和水(h2o)。选择性催化还原装置8具有壳体81和催化剂82。壳体81设置成筒状，催化剂82收纳于壳体81，催化剂82的外周面与壳体81的内周面抵接。催化剂82是在载体上担载有沸石类催化物或钒类催化物的选择性还原催化剂。
20.使用图3和图4，对混合装置5进行详细说明。图3是混合装置5的铅垂剖视图，图4是沿着图3所示的
ⅲ‑ⅲ
面的剖视图。
21.如图3和图4所示，混合装置5包括壳体51、废气管52、喷射装置53、挡板54、支承板55以及捕捉板56。另外，在图3中，壳体31、过滤器32、壳体51以及废气管52以沿着铅垂面被剖开的状态示出，喷射装置53、挡板54、支承板55以及捕捉板56以未被剖切的状态示出。
22.壳体51设置成从柴油微粒过滤装置3的壳体31的下游侧端部鼓出，在壳体51的内侧形成有腔室51a。壳体51可与壳体31一体成型，也可组装于壳体31。壳体31将柴油微粒过滤装置3的过滤器32的下游侧端面32a包围，柴油微粒过滤装置3的过滤器32的下游侧端面32a在腔室51a内露出。因此，通过过滤器32的废气从过滤器32的下游侧端面32a吹出至腔室51a。过滤器32的下游侧端面32a相当于吹出部。另外，在下文中，将过滤器32的下游侧端面32a朝向的方向设为后方，将其相反方向设为前方。
23.废气管52被弯曲。废气管52的弯曲部52b以及比之靠上侧的部分(以下，称为上部
管部)52a收纳于壳体51内，比弯曲部52b靠下侧的部分(以下，称为下部管部)52c从壳体51向其外部突出而与选择性催化还原装置8的壳体81连结。上部管部52a在与过滤器32的下游侧端面32a对置的区域处从铅垂方向向后倾斜。也就是说，上部管部52a的轴以从上向下靠近过滤器32的下游侧端面32a的方式相对于铅垂方向倾斜，在废气管52之中，弯曲部52b最靠近过滤器32的下游侧端面32a。下部管部52c从铅垂方向向前倾斜。也就是说，下部管部52c的轴以从上向下远离过滤器42的下游侧端面32a的方式相对于铅垂方向倾斜，在废气管52之中，弯曲部52b最远离过滤器32的下游侧端面32a。另外，上部管部52a的轴在上部管部52a的长度方向上延伸，下部管部52c的轴在下部管部52c的长度方向上延伸。
24.在废气管52被从过滤器32的下游侧端面32a吹出的废气加热时，由于废气管52的弯曲部52b最靠近过滤器32的下游侧端面32a，因此，弯曲部52b最易受到加热。
25.废气管52的上端通过端板52f封堵。在图1和图2中，为了易于观察废气管52的内侧，省略了端板52f的图示。另外，废气管52的上端也可通过腔室51a的顶面封堵。
26.在上部管部52a的外周面中朝向过滤器32的下游侧端面32a的相反处的面，即在上部管部52a的后表面形成有开口部52d。该开口部52d朝向过滤器32的下游侧端面32a的相反处开口。由于上部管部52a的外周面与壳体81的内表面分离，因此，从过滤器32的下游侧端面32a吹出的废气如箭头a、b所示的那样通过废气管52的侧部而绕到废气管52的背侧，通过开口部52d流入废气管52之中。此外，在废气通过开口部52d时，废气的流速也增加，因此，废气会撞击上部管部52a的内周面的一部分52e。该部分52e与开口部52d对置。以下，将该部分52e称为对置部52e。
27.若废气撞击对置部52e，那么，废气的流动如箭头a、b所示的那样沿着废气管52的内周面被分为一侧的周向和另一侧的周向。因此，在废气管52的内侧，产生彼此向相反方向回旋的两个螺旋流。废气借助两个螺旋流在废气管52内向选择性催化还原装置8的壳体81侧移动。
28.为了在废气管52内容易产生两个螺旋流，沿着与废气管52的轴向正交的面的废气管52的截面形状呈长圆形，其长径相对于过滤器32的下游侧端面32a平行。此处所说的长圆形也包括椭圆形、圆角矩形以及橄榄形。
29.由于上部管部52a从腔室51a的后内表面向前分离，因此，在上部管部52a的后侧形成有构成腔室51a的一部分的空间51b。在空间51b的下侧存在下部管部52c。因此，通过废气管52的侧部而绕到废气管52的背侧的废气被节流，流入空间51b的废气的流速增大。
30.在空间51b之上，喷射装置53安装于壳体51。喷射装置53朝向下方、即朝向开口部52d所朝向的区域而设置。喷射装置53具有三个喷射喷嘴，从各喷射喷嘴朝向下方喷射添加剂。因此，在喷射装置53的喷射点形成添加剂的三个喷射流。由于各喷射流随着从喷射装置53向下方远离而扩大，因此，各喷射流基本上形成圆锥状。
31.在空间51b中，挡板54在上部管部52a的轴向上隔开间隔地设置成多级状。挡板54相对于上部管部52a的轴向是垂直的。挡板54的后端部与支承板55卡合，支承板55与腔室51a的后内表面焊接，从而挡板54安装于壳体51的内侧。
32.挡板54的一部分通过开口部52d突出至上部管部52a的内侧。废气管52的内侧处的挡板54的宽度大于开口部52d的宽度，废气管52的外侧处的挡板54的宽度也大于开口部52d的宽度。废气管52的内侧处的挡板54的宽度小于废气管52的宽度。因此，如图4那样在上部
管部52a的轴向上观察时，在废气管52的内侧的挡板54的两侧形成有空间51f。由于存在空间51f，因此，螺旋流的流动不会受到阻碍。
33.在挡板54形成有矩形形状的缺口54a。通过喷射装置53喷射的喷射流的一部分冲撞挡板54，其余部分通过缺口54a。以喷射流以均匀的流量冲撞任意挡板54的方式设计各缺口54a的位置、大小以及形状。
34.若喷射流所包含的添加剂的液滴冲撞挡板54，则该液滴被加热而容易气化。此外，冲撞了挡板54的液滴分成多个，比冲撞的液滴微小的液滴从挡板54反弹。此外，反弹的液滴还冲撞相邻的挡板54而变得更微小。液滴的反弹次数越多，液滴越容易气化。
35.反弹的液滴借助废气的流动通过开口部52d而进入废气管52的内侧。该液滴冲撞对置部52e，由此，在该对置部52e形成添加剂的液膜。该液膜直接被废气管52加热并且间接被撞击废气管52的外周面的废气加热，因此，添加剂气化。
36.如上所述，由于上部管部52a相对于铅垂方向倾斜，因此，形成于对置部52e的液膜不容易流动至下方。因此，液膜的加热时间长，添加剂容易气化。
37.为了使得形成于对置部52e的液膜容易滞留在该场所，在该对置部52e安装有多个捕捉板56。这些捕捉板56设置成从对置部52e突出至上部管部52a的内侧，并且相对于上部管部52a的轴向垂直。这些捕捉板56在上部管部52a的轴向上隔开间隔设置成多级状。捕捉板56配置成与挡板54在上部管部52a的轴向上错开，捕捉板56与挡板54在上部管部52a的轴向上彼此交替地排列。因此，在上部管部52a内呈螺旋状流动的废气流入捕捉板56之间的间隙以及挡板54之间的间隙，废气的流动不受到阻碍。
38.如图4那样在上部管部52a的轴向上观察时，捕捉板56与挡板54不重合。废气管52的内侧处的捕捉板56的宽度小于废气管52的宽度。因此，如图4那样在上部管部52a的轴向上观察时，在废气管52的内侧的捕捉板56的两侧形成有空间51f。由于存在空间51f，呈螺旋状流动的废气流动不会受到阻碍。
39.捕捉板56不仅使形成于对置部52e的液膜滞留，也对废气中的液滴进行捕捉。也就是说，通过了开口部52d的废气中的液滴冲撞捕捉板56，使得液滴或附着于捕捉板56的表面，或流入并滞留在捕捉板56之间。此外，捕捉板56抑制由于废气撞击对置部52e而发生添加剂的飞溅。
40.捕捉板56贯穿对置部52e，突出至废气管52的外侧。因此，从过滤器32的下游侧端面32a吹出的废气撞击捕捉板56，捕捉板56容易被加热。热量通过捕捉板56向废气管52的内侧传导，因此，冲撞捕捉板56的液滴被加热，在此基础上，附着于捕捉板56的表面的液膜也被加热。因此，添加剂容易气化。另外，将捕捉板56中突出至废气管52的外侧的部分称为突出部56a。
41.以上，对混合装置5的结构进行了详细说明，该混合装置5的优点以及有利效果可归纳为下述(1)～(7)。
42.(1)通过喷射装置53喷射的液滴由于冲撞挡板54而变得微小，因此，液滴容易气化。
43.(2)在废气管52内，添加剂的液滴借助废气的螺旋流移动，液滴在离心力的作用下与废气管52内接触。因此，液滴容易气化。
44.(3)废气管52的内周面中形成于与开口部52d对置的对置部52e的添加剂的液膜容
易滞留于对置部52e。这是因为，上部管部52a相对于铅垂方向是倾斜的。此外，这是因为，捕捉板56安装于对置部52e。对置部52e容易被从过滤器32的下游侧端面32a吹出的废气加热，附着于对置部52e的液膜容易气化。
45.(4)即使附着于对置部52e的添加剂的液膜沿着上部管部52a的内表面向下流动，流动的方向也会在弯曲部52b处发生变化。因此，添加剂的液膜容易滞留于弯曲部52b。弯曲部52b最容易被从过滤器32的下游侧端面32a吹出的废气加热，因此，滞留于弯曲部52b的液膜容易气化。
46.(5)捕捉板56的突出部56a在废气管52的外侧处朝向过滤器32的下游侧端面32a突出，因此，捕捉板56容易被加热。因此，附着于捕捉板56的添加剂容易气化。
47.(6)由于如上述(1)～(5)那样添加剂容易气化，因此，添加剂容易分解成氨，在选择性催化还原装置8中，氮氧化物容易还原。另外，所生成的氨在废气管52内的螺旋流的作用下均匀地混合于废气。
48.(7)在如上述(1)～(5)那样添加剂容易气化的基础上，由于添加剂的液膜容易滞留于对置部52e以及弯曲部52b，因此，在对置部52e以及弯曲部52b以外，不容易形成添加剂的液膜。因此，能够抑制在预想之外的部位产生添加剂的析出物这样的情况。也能够防止废气管52的堵塞。
49.以上，对几个实施方式进行了说明，不过，上述实施方式是为了使本发明易于理解的实施方式，不应当解释为本发明限定于所述实施方式。实施方式能够在不脱离主旨的情况下进行变更、改良。关于上述实施方式的变更点，在下文中进行说明。
50.(1)在所述实施方式中，捕捉板56的突出部56a在废气管52的外侧处朝向过滤器32的下游侧端面32a突出。与之相对地，也可如图5所示的那样不设置这样的突出部56a。
51.(2)在所述实施方式中，捕捉板56设置于对置部52e。与之相对地，也可如图6所示的那样不设置这样的捕捉板56。
52.(3)捕捉板56是板状的。与之相对地，也可以是，棒状、针状、螺旋卷绕状或网状的捕捉构件以从对置部52e突出至废气管52的内侧的方式安装。
53.(4)作为金属制的捕捉板56的替代，也可以是多孔件或纤维件设置于对置部52e。对置部52e自身也可以是多孔件或纤维件。即使采用多孔件或纤维件，也能够抑制由于废气撞击对置部52e引起的添加剂的飞溅的发生。
54.(5)在所述实施方式中，设置于混合装置5的上游侧的装置是柴油微粒过滤装置3。与之相对地，作为柴油微粒过滤装置3的替代，可以是，所述柴油氧化催化装置设置于混合装置5的上游侧，作为过滤器32的替代，可以是，柴油氧化催化剂收纳于壳体31。符号说明
55.5混合装置32过滤器51壳体52废气管52a上部管部52b弯曲部52c下部管部
52d开口部52e对置部53喷射装置54挡板56捕捉板

技术特征：
1.一种混合装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体将具有供废气吹出的吹出部的过滤器或催化剂的所述吹出部包围；上部管部，所述上部管部在与所述吹出部对置的所述壳体内的区域处以朝向铅垂下方靠近所述吹出部的方式相对于铅垂方向倾斜，具有朝向所述吹出部的相反方向开口的开口部；下部管部，所述下部管部从所述上部管部的下端弯曲，以朝向铅垂下方远离所述吹出部的方式相对于铅垂方向倾斜，从所述壳体向外突出而与选择性催化还原装置连结；以及喷射装置，所述喷射装置安装于所述壳体，在所述壳体的内侧且在上部管部的外侧处朝向与所述开口部对置的区域喷射液态的添加剂。2.如权利要求1所述的混合装置，其特征在于，包括捕捉部，所述捕捉部设置于所述上部管部的内表面中所述开口部的对置位置，对所述添加剂的液滴进行捕捉。3.如权利要求2所述的混合装置，其特征在于，所述捕捉部以从所述对置位置向所述上部管部的内侧突出的方式设置。4.如权利要求2或3所述的混合装置，其特征在于，所述捕捉部设置成向所述上部管部的外侧贯穿所述对置位置。5.如权利要求2至4中任一项所述的混合装置，其特征在于，所述捕捉部具有在所述上部管部的轴向上隔开间隔设置的多级捕捉板。6.如权利要求5所述的混合装置，其特征在于，包括多级挡板，多级所述挡板在所述壳体的内侧且在上部管部的外侧与所述开口部对置的所述区域处在所述上部管部的轴向上隔开间隔设置，所述挡板与所述捕捉板在所述上部管部的轴向上彼此交替地排列。

技术总结
在选择性催化还原装置的上游处添加的添加剂容易气化，并且对添加剂的析出进行抑制。混合装置包括：壳体，所述壳体将具有供废气吹出的吹出部的过滤器或催化剂的所述吹出部包围；上部管部，所述上部管部在与所述吹出部对置的所述壳体内的区域处以朝向铅垂下方靠近所述吹出部的方式相对于铅垂方向倾斜，具有朝向所述吹出部的相反方向开口的开口部；下部管部，所述下部管部从所述上部管部的下端弯曲，以朝向铅垂下方远离所述吹出部的方式相对于铅垂方向倾斜，从所述壳体向外突出而与选择性催化还原装置连结；以及喷射装置，所述喷射装置安装于所述壳体，在所述壳体的内侧且在上部管部的外侧处朝向与所述开口部对置的区域喷射液态的添加剂。射液态的添加剂。射液态的添加剂。


技术研发人员：清水雅树 木地谷润 马场琢麻
受保护的技术使用者：东京滤器株式会社
技术研发日：2020.11.04
技术公布日：2023/7/5