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JP2003505638A - 排ガスに作用物質を混入するための装置 - Google Patents

排ガスに作用物質を混入するための装置

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JP2003505638A
JP2003505638A JP2001512166A JP2001512166A JP2003505638A JP 2003505638 A JP2003505638 A JP 2003505638A JP 2001512166 A JP2001512166 A JP 2001512166A JP 2001512166 A JP2001512166 A JP 2001512166A JP 2003505638 A JP2003505638 A JP 2003505638A
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exhaust gas
tube
flakes
nozzle
gas passage
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JP2001512166A
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ガンツマン、インゴ
ランガー、ヴェルナー
リッター、ハルトムート
ツヴァック、ユルゲン
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Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 内燃機関の排ガス（Ａ）に含まれる成分、特に窒素酸化物を化学的に変換するため、排ガスに、還元剤或いは還元剤を遊離する作用物質（Ｒ）を混合する。排ガスと還元剤或いは作用物質（Ｒ）とを短いガス通路区間で良好に混ぜ合わせるため、この作用物質を排ガスに混入するための少なくとも１つのミキサ（８、９、１０）とノズル（１２）とを構造的・機能的なユニットに互いに結合する。この装置は、ミキサとノズルとをユニット構造としたので、ガスの通路長を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明はガス通路、特にディーゼル機関の排気管に挿入され、排ガス（ガス
流）に作用物質を混入する少なくとも１つのノズルと、少なくとも１つのミキサ
を備えた装置に関する。前記物質は、還元剤やこれを遊離する化合物である。
【０００２】 化石燃料や植物から得た燃料を機械及び／又は熱エネルギーに変換する際、で
きるだけ高い効率を得るよう努力している。その場合、変換（燃焼）温度はしば
しばかなり高く、変換時にかなりの量の窒素酸化物（ＮＯX）が発生する。この
ことは、特に例えば鉱油や植物油で駆動するディーゼル機関でも同様である。
【０００３】 窒素酸化物の放出は極めて望ましくなく、従ってこれは可能な限り回避せねば
ならないので、窒素酸化物を通常触媒により還元する。しかしながら、還元のた
めにはエネルギー変換設備、例えばディーゼル機関の排ガス中に還元剤を添加す
る必要がある。このような還元剤や、これを遊離する還元剤担持体としての作用
物質、特にアンモニア又は（水に溶解した）尿素を、エネルギー変換設備から流
出する排ガスに混合するのが実用的である。
【０００４】 この種装置や煙道ガス浄化装置を動作させる際にしばしば問題となるのは、排
ガス又はガス流を、還元剤と充分によく混合できるか否かである。それは、この
ためにそれ自体必要なガス或いは排気通路の長さが、この通路直径の約５０倍も
の長さになり、これは現実的に実現困難である。比較的小規模な設備、例えば数
１００ｋＷ迄のディーゼル機関では、還元剤担持体を、噴霧装置、例えば個別の
ノズル及びディーゼル機関の直後に置いた還元剤発生器を介して排ガス通路に供
給することが原理的に可能である。しかしこの方法の場合、定格出力が大きくな
るに伴い、それに比例する以上にコストが上昇してしまう。
【０００５】 例えばブロック型火力発電所や船の駆動装置のように、２００ｍｍ以上の排ガ
ス通路直径を持つ比較的大規模の設備では、従って、通常、少なくとも２つの静
止形ミキサを複雑な噴射装置である噴霧システムの後方に配置する。その場合、
この噴霧システムとミキサ相互の間隔は、各々少なくとも排ガス通路直径の２倍
にせねばならない。しかるに、これから生ずる排ガス通路長のためのスペースを
得るのはしばしば困難である。
【０００６】 この発明の課題は、作用物質のための噴霧装置や少なくとも１つのノズル及び
１つの排ガス通路に必要な数のミキサの設置を、同時にできるだけ短い通路長で
可能とする上述の種類の装置を提供することにある。この装置は、その場合、特
にその直径が約２００〜１０００ｍｍの円形のガス通路に設置可能とする。
【０００７】 この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴により解決される。このために
作用物質や還元剤自体を噴霧するミキサとノズルとを、１つの構造的・機能的な
ユニットに結合する。この結合構造体はガス通路に挿入可能であり、このユニッ
トをその目的のために動作させる際にこのガス通路に挿入する。この結果、その
長さに関しノズルから第一のミキサ段への距離を省略でき、通路の長さを、好ま
しいことに、通路直径の２〜４倍（２〜４通路直径長）に短縮できる。その場合
、個々の機能部分、即ち一方では噴霧機能、他方では静止形ミキサ機能の効果も
また有効性も損なわれない。
【０００８】 一つの好ましい構成例においてミキサは、流れに平行な、好ましくは設置状態
においてガス通路に同軸でかつ両端が開放した管体を備え、この管体の一方の端
部には上流方向に、他方の端部には下流方向に向いた薄片を備える。その場合、
この管体は断面円形のガス通路内で、それ自体も同様に円形の断面を持つ。ミキ
サとノズルとからなる構造ユニットが挿入されるガス通路の直径は、その目的に
適うように、約２００〜１０００ｍｍとされる。
【０００９】 管体の好ましい構成例において、その直径はガス通路の直径の凡そ０．５〜０
．２倍である。管体の長さは、ガス通路の直径の凡そ０．２〜０．５倍に等しい
。その場合、管体はガス流に対し直角方向に、このガス通路に挿入された短管で
支持され、この管を通してノズル又は噴霧装置のための供給管及び支持体として
機能する管が管体の中心軸迄延びているとよい。
【００１０】 ノズルは、管体の中心軸、従って設置状態においてガス通路と管体とに共通の
中心軸の範囲に配置するとよい。この状態において、ノズル又は噴霧装置は作用
物質、例えば還元剤としてのアンモニアや作用物質としてのアンモニア水溶液を
ガス流の流れの方向に噴霧する。ノズルから出る円錐状の噴霧は、その場合、そ
の円錐の頂点において２０〜６０°、好ましくは３０°の角度をなす。
【００１１】 管体の端部に固定された薄片は、管体の軸に対し好ましくは３０〜６０°、特
に４５°の角度をなす。薄片は、この装置を設置した状態で、その先端がガス通
路の壁の内面で支持されるように調整する。その場合、薄片の先端の幅は、その
管体に結合された付け根部分の幅の約２倍である。互いに隣接する薄片間の空間
は、その場合、薄片自体とほぼ同じ幅である。
【００１２】 上流側に向いた薄片は、ガス流の各部分流が渦流となるよう、下流側に向う薄
片に対してずれて配置し、しかも各々同数の上流側及び下流側に向う薄片を設け
るとよい。さらに管体は、その両側に、好ましくは金属平板からなる各々４〜８
枚の薄片を備えるのがよい。
【００１３】 この発明により得られる利点は、特に例えばアンモニアやアンモニア水溶液の
ような作用物質を排ガス中に混入する装置の、少なくとも１つのミキサとノズル
とを空間的及び機能的に結合することにより、この構造を収容するガス通路を特
に短くでき、アンモニア水溶液を使用する場合にもミキサに被膜が生ずる虞がな
いことにある。
【００１４】 それは、全通路断面にわたって温度と速度の均一化を同時に保証するために、
排ガス通路に短い区間しか必要としないことにある。さらに、全システムにおけ
る構成部品数が少ないことから、製造コストを削減できる。
【００１５】 以下、この発明の１つの実施例を図面により詳しく説明する。なお、各図にお
いて互いに一致する部分には同じ符号を付してある。
【００１６】 例えば２００〜１０００ｍｍの直径ｄ1（図５）を持つガス又は排ガス通路
１をフランジ２で（図示しない）特に定置形のディーゼル機関に接続し、この通
路内に矢印３の方向に排ガスＡを通流させる。排ガス通路１の壁を貫通して、短
管４を排ガスＡの流れ方向３に対し、従って通路軸５に対し直角に排ガス通路１
に挿入してある。図示の例のように通路断面が円形の場合、短管４はそれ故半径
方向に延びる。排ガス通路１の外部で、この短管４はその先端にフランジ６を備
え、これに端板７が密着し、短管４の内部空間を外部に対して閉鎖する。
【００１７】 この短管４は、排ガス通路１内の端部で、この排ガス通路１に対し同心的に配
置された、両側の開放した管体８を担持する。通路軸５は、それ故排ガス通路１
並びに管体８の中心軸を形成する。この管体８は、排ガス通路１の直径ｄ1の０
．５〜０．２倍に相当する直径ｄ2（図５）を持つ。また管体８は、排ガス通路
１の直径ｄ1の０．２〜０．５倍にほぼ等しい長さを持つ。
【００１８】 管体８の流入端には、排ガスＡの流れ方向に対し上流側を向いた複数の第一の
薄片９を固定している。管体８の流出端には、好ましくは同数の第二の薄片１０
を下流側に延ばして固定してある。これら薄片９、１０は互いにずれて、即ち薄
片９の各々は通路軸５の方向に見て各々２つの薄片１０の間に、そして逆に薄片
１０の各々は、各々２つの薄片９の間にあるように配置している。これを図３な
いし５により分かり易く示している。
【００１９】 薄片９、１０は通路軸５に対し各々３０〜６０°の角度α、好ましくはα＝４
５°（図１）をなし、その各先端９ａ、１０ａは排ガス通路１の内面、即ち内面
壁１’で支持されている。薄片９、１０の先端９ａ、１０ａの幅は、その管体８
に固定された付け根部分９ｂ、１０ｂの幅のほぼ２倍に相当する。管体８の各端
部に、例えば４〜８枚の薄片９、１０が固定され、これらは同一形状の金属板か
らなる。これら薄片は、通流する排ガスＡに特に強烈な渦流を発生させる。
【００２０】 短管４は、その中に端板７により支持された管１１を備え、管体８内の先端に
ノズル１２を保持する。この管１１は、詳しく図示しないが配管を介して、還元
剤を遊離する作用物質又は還元剤担持体Ｒ、例えばアンモニア水溶液の貯蔵タン
クに、そして付加的に例えばアンモニア水溶液を冷却及び噴霧化するための空気
接続端につながっている。（図示しない）ポンプにより還元剤担持体Ｒ、例えば
アンモニア水溶液、又は適当な還元剤、例えばアンモニアを、管１１及びノズル
１２を通して圧入する。
【００２１】 ノズル１２の形状寸法は、還元剤担持体Ｒの搬送圧力に達したときノズル１２
から円錐状噴霧１３が噴出し、その先端が２０〜６０°の角度β、好ましくはβ
＝３０〜４５°をなすように定める。ノズル１２と管体８は、薄片９、１０と共
に構造的・機能的なユニットを形成し、その場合、管体８及びこれに固定された
薄片９、１０は機能的に１つの静止形ミキサ或いはミキサ段を構成する。ノズル
１２は、その場合、排ガス通路１及びミキサ８、９、１０の、通路軸５に一致す
る共通の中心軸上にある。
【００２２】 運転中、高温の排ガスＡはディーゼル機関から流れ方向３に排ガス通路１を通
って流れる。その場合、排ガスＡのいくらかの部分、従って少なくとも１つの排
ガス部分流が管体８を通って流れる。所定の運転状態に達すると、還元剤担持体
Ｒはノズル１２を通して、流れる排ガスＡ中に噴霧又は噴射されて混入される。
流れる排ガスＡには、管体８の範囲に、薄片９、１０により起こされる強烈な渦
流が発生し、この渦流はまた円錐状の噴霧１３を捉え、かくして排ガスＡと還元
剤担持体Ｒとの非常によい混合を引き起こす。
【００２３】 排ガス通路１を支配する条件下で、例えばアンモニア水溶液は加水分解により
アンモニアガスと水に分解され、これに伴い生じたガス混合物内で、このために
適しかつ用意した（図示しない）触媒に達すると、排ガスＡに含まれる窒素酸化
物は殆ど完全に窒素に還元される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ミキサ及び噴霧装置を備えた煙道ガス浄化装置の部分的切断側面図。
【図２】 浄化装置を部分的に切断した上面図。
【図３】 浄化装置の正面図。
【図４】 浄化装置の図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。
【図５】 浄化装置の図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１ 排ガス通路 ２ フランジ ３ 排ガスの流れ方向 ４ 短管 ５ 排ガス通路の中心軸 ６ 短管のフランジ ７ 端板 ８ 管体 ９、１０ 薄片 １１ 管 Ａ 排ガス Ｒ 還元剤又は作用物質担持体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リッター、ハルトムート ドイツ連邦共和国 デー‐96317 クロナ ッハ ニコラウスジートルング 19 (72)発明者 ツヴァック、ユルゲン ドイツ連邦共和国 デー‐96145 ゼスラ ッハ ハンス‐ライザー‐シュトラーセ 21 Ｆターム(参考） 3G091 AA06 AA18 AA28 AB04 AB05 BA14 BA39 CA15 CA16 CA17 DA01 DA02 4D048 AA06 AB02 AC03 AC04 CC23 CC61

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガス通路（１）、特にディーゼル機関の排気管に挿入され、排
    ガス（Ａ）に作用物質を混入するための、少なくとも１つのノズル（１２）と少
    なくとも１つのミキサ（８、９、１０）とを備えた装置において、該ミキサ（８
    、９、１０）とノズル（１２）とが構造的・機能的なユニットとして互いに結合
    されたことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】ミキサ（８、９、１０）が、少なくともほぼ流れに平行な管体
    （８）を備え、該管体は両側が開放していてそこに薄片（９、１０）を備えてお
    り、これら薄片は、排ガス（Ａ）の流れ方向（３）に関して上流側の端部で上流
    側、下流側の端部で下流側に向いていることを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】管体（８）の断面が円形であることを特徴とする請求項２記載
    の装置。
  4. 【請求項４】管体（８）の直径（ｄ2）が、ガス通路（１）の直径（ｄ1）の
    ほぼ０．５〜０．２倍であることを特徴とする請求項２又は３記載の装置。
  5. 【請求項５】管体（８）が、ガス通路（１）の直径（ｄ1）のほぼ０．２〜
    ０．５倍の長さを持つことを特徴とする請求項２から４の１つに記載の装置。
  6. 【請求項６】管体（８）に、ガス通路（１）に突出する短管（４）が挿入さ
    れ、これを通りノズル（１２）への供給管及び支持体として作用する管（１１）
    が管体（８）内に延びることを特徴とする請求項２から５の１つに記載の装置。
  7. 【請求項７】ノズル（１２）が、作用物質（Ｒ）を排ガス（Ａ）の流れ方向
    （３）に噴霧すべく、ミキサ（８、９、１０）の中心軸（５）上にあることを特
    徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
  8. 【請求項８】管体（８）端部に固定された薄片（９、１０）が、管体（８）
    の軸（５）に対し３０〜６０°の角度（α）、好ましくはα＝４５°をなし、先
    端部でガス通路（１）の内面側（１’）により支持されたことを特徴とする請求
    項２から７の１つに記載の装置。
  9. 【請求項９】薄片（９、１０）の先端（９ａ、１０ａ）における幅が、その
    管体（８）との付け根部分（９ｂ、１０ｂ）における幅の凡そ２倍であることを
    特徴とする請求項２から８の１つに記載の装置。
  10. 【請求項１０】隣接する薄片（９、１０）間の自由空間が、該薄片自体の幅
    とほぼ同じであることを特徴とする請求項２から９の１つに記載の装置。
  11. 【請求項１１】上流側に向う薄片（９）が、下流側に向う薄片（１０）に対
    しずらして配置されたことを特徴とする請求項２から１０の１つに記載の装置。
  12. 【請求項１２】各々同数の、上流側及び下流側に向う薄片（９、１０）を備
    えることを特徴とする請求項２から１１の１つに記載の装置。
  13. 【請求項１３】管体（８）が両側に同数の、例えば４〜８枚の薄片（９、１
    ０）を備えることを特徴とする請求項２から１２の１つに記載の装置。
  14. 【請求項１４】薄片（９、１０）が平らな金属板からなることを特徴とする
    請求項２から１３の１つに記載の装置。
JP2001512166A 1999-07-22 2000-07-21 排ガスに作用物質を混入するための装置 Pending JP2003505638A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934413A DE19934413A1 (de) 1999-07-22 1999-07-22 Vorrichtung zum Einbringen eines Zuschlagstoffes in ein Abgas
DE19934413.2 1999-07-22
PCT/DE2000/002402 WO2001007763A1 (de) 1999-07-22 2000-07-21 Vorrichtung zum einbringen eines zuschlagstoffes in ein abgas

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