CN105247181B - 尿素水喷射嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够抑制尿素水喷射嘴中尿素的析出和生长的尿素水喷射嘴。本实施方式的尿素水喷射嘴(1)配置有尿素水流路(2c)、(3c)和气体流路(2d)、(4e)，尿素水和气体混合并从喷射口(4f)喷射，该尿素水喷射嘴(1)以沿着尿素水喷射嘴(1)的表面(4c)、(4b)向与尿素水的喷射方向相同的方向排出气体的方式配置有作为侧面排出口的狭缝(5d)，并在尿素水喷射嘴(1)的表面(4c)、(4b)形成有防水涂层(4h)。

Description

尿素水喷射嘴

技术领域

本发明涉及尿素水喷射嘴。特别是，涉及船舶用的排气净化装置中的尿素水喷射嘴。

背景技术

以往，已知存在一种排气净化装置，其为了降低从内燃机排出的排气中所含的NOx(氮氧化物)，在排气管的内部配设选择还原型NOx催化剂(DCR催化剂)，以氨作为还原剂，将NOx还原为氮和水。从配置于排气管内部的尿素水喷射嘴将尿素水供给至排气中，通过排气的热量由尿素水生成氨，由此将NOx还原为氮和水。

在这样的排气净化装置中，存在由于残留于尿素水喷射嘴的表面的尿素水的水分因排气的热量而蒸发，由此，尿素析出并生长，从而堵塞排气管的问题。因此，众所周知，在尿素水喷射嘴的顶端形成防水涂层后，尿素水不易附着于尿素水喷射嘴的表面。例如，如专利文献1。

但是，专利文献1所记载的喷嘴不会主动将尿素水从喷嘴的顶端去除。因此，在根据喷嘴的朝向和喷嘴的形状，尿素水会残留于喷嘴表面而不能有效地防止尿素的析出以及生长这一点上是不利的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-41502号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制尿素水喷射嘴中的尿素的析出以及生长的尿素水喷射嘴。

用于解决问题的方法

本发明所要解决的问题如上所述，接着对用于解决该问题的方法进行说明。

即，在本发明中，尿素水喷射嘴配置有尿素水流路和气体流路，尿素水和气体混合并从喷射口喷射，以沿着尿素水喷射嘴的表面向与尿素水的喷射方向相同的方向排出气体的方式配置有侧面排出口，在尿素水喷射嘴的表面形成有防水涂层。

即，在本发明中，随着接近所述喷射口，从混合气体和尿素水的流路到所述表面的距离变短，距离所述喷射口规定范围内的尿素水喷射嘴的侧视观察时的轮廓线与尿素水的喷射方向形成一定的角度。

即，在本发明中，所述防水涂层是陶瓷涂层。

发明效果

作为本发明的效果，实现如下所示的效果。

根据本申请的发明，利用喷嘴顶端的防水效果和沿喷嘴表面排出的气体的排出力，容易地去除附着于尿素水喷射嘴的侧面的尿素水。由此，能够抑制尿素水喷射嘴中的尿素的析出以及生长。

根据本申请的发明，由于在尿素水喷射嘴的喷射口附近形成有斜面，因此容易地去除附着于喷射口附近的尿素水。由此，能够抑制尿素水喷射嘴中的尿素的析出以及生长。

根据本申请的发明，即使在高温的排气中也能够维持防水效果。由此，能够抑制尿素水喷射嘴中的尿素的析出以及生长。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的排气净化装置的构成的图。

图2是表示本发明的一实施方式的排气净化装置的尿素水喷射嘴的局部剖视图。

图3(a)是表示图2中的尿素水喷射嘴的顶端部的侧视放大图，图3(b)是图3(a)中的尿素水喷射嘴的A向视图。

图4(a)是表示从本发明的一实施方式的排气净化装置的尿素水喷射嘴将尿素水供给至排气管内部的状态的剖视图，图4(b)是图4(a)中的尿素水喷射嘴的B向视图。

附图标记说明

1 尿素水喷射嘴

2c 尿素水流路

3c 尿素水流路

2d 气体流路

4c 表面

4b 表面

4e 气体流路

4f 喷射口

5d 狭缝

具体实施方式

以下，使用图1以及图2对本发明的一实施方式的船舶用发动机的排气净化装置100进行说明。需要说明的是，本实施方式中的“上游侧”表示流体的流动方向的上游侧，“下游侧”表示流体的流动方向的下游侧。在本实施方式中，采用对于一个发动机(例如，船舶用发动机中的主机或者辅机)设置排气净化装置100的结构，但并不限于此。在设置有多个发动机(例如，船舶用发动机中的辅机)的情况下，可以是使用一个排气净化装置统一对来自多个发动机的排气进行净化的结构或对应每个发动机设置排气净化装置的结构。

首先，对发动机20的排气管21进行说明。如图1所示，排气管21将来自发动机20的排气排出至外部(大气)。在排气管21设有排气净化装置100。此外，在排气管21，在排气净化装置100的上游侧设有分支管21a和切换排气的通过路径的排气切换阀21b、21c。分支管21a连接于排气管21。排气切换阀21b配置于排气净化装置100的上游侧且配置于分支管21a的下游侧的排气管21的内部。排气切换阀21c配置于分支管21a的内部。

排气切换阀21b、21c构成为能够彼此连动进行开闭。具体而言，排气切换阀21b、21c构成为：在排气切换阀21b处于打开状态时使排气切换阀21c成为关闭状态，在排气切换阀21b处于关闭状态时使排气切换阀21c成为打开状态。由此，在排气切换阀21b处于打开状态并且排气切换阀21c处于关闭状态的情况下，排气管21构成将排气供给至排气净化装置100的路径(图1的状态)。另一方面，在排气切换阀21b处于关闭状态并且排气切换阀21c处于打开状态的情况下，排气管21构成排气在未经排气净化装置100净化的状态下通过分支管21a被排放至外部(大气)的路径。

此外，作为其他的实施方式，也可以采用在分支管21a的连接部分设置选择性地使排气管21和分支管21a的任一方处于关闭状态的排气切换阀的结构。在分支管21a处于关闭状态的情况下，排气管21构成将排气供给至排气净化装置100的路径。另一方面，在排气管21处于关闭状态的情况下，排气管21构成排气在未经排气净化装置100净化的状态下通过分支管21a被排放至外部(大气)的路径。

接着，对排气净化装置100进行说明。排气净化装置100对来自发动机20的排气进行净化。排气净化装置100具备尿素水喷射嘴1、加压空气供给泵(压缩机)6、加压空气阀8、尿素水供给泵9、切换阀11、NOx检测部12、控制装置13、第一供给流路14、第二供给流路15、NOx催化剂18等。

尿素水喷射嘴1将尿素水供给至排气管21内部。尿素水喷射嘴1在排气管21设于排气切换阀21b的下游侧。尿素水喷射嘴1由管状构件构成，并设为使其一侧(下游侧)从排气管21的外部向内部插通。该尿素水喷射嘴1具备双层管2、液体喷嘴3、空气喷嘴4、螺母5等(参照图2)。

加压空气供给泵(压缩机)6将加压空气供给至储气罐7。加压空气供给泵6对空气加压(压缩)后进行供给。加压空气供给泵6在储气罐7的压力低于规定压力的情况下，将空气供给至储气罐7，当储气罐7的压力达到规定压力时停止。

加压空气阀8连通或切断加压空气的流路。加压空气阀8设于第二供给流路15。加压空气阀8能够使阀芯通过滑动而切换至位置V以及位置W。在加压空气阀8的阀芯处于位置V的状态的情况下，第二供给流路15被切断。由此，加压空气不被供给至尿素水喷射嘴1。在加压空气阀8的阀芯处于位置W的状态的情况下，第二供给流路15被连通。由此，加压空气被供给至尿素水喷射嘴1。

尿素水供给泵9将尿素水供给至尿素水喷射嘴1。尿素水供给泵9设于第一供给流路14。尿素水供给泵9介由第一供给流路14以规定的流量将尿素水罐10内的尿素水供给至尿素水喷射嘴1。

切换阀11切换尿素水的流路。切换阀11设于第一供给流路14的尿素水供给泵9的下游侧。排液罐16介由流路15a连接于切换阀11。切换阀11能够使阀芯通过滑动而切换至位置X以及位置Y。在切换阀11的阀芯处于位置X的状态的情况下，第一供给流路14被切断，尿素水喷射嘴1和排液罐16被连通。在切换阀11的阀芯处于位置Y的状态的情况下，第一供给流路14被连通。因此，尿素水被供给至尿素水喷射嘴1。

NOx检测部12检测发动机20的排气中所含的NOx的排出量。NOx检测部12由NOx传感器等构成，并配置于排气管21的中途部且配置于比NOx催化剂18靠近上游侧。

控制装置13控制尿素水供给泵9；切换阀11；加压空气阀8；排气切换阀21b、21c等。控制装置13存储有用于控制尿素水供给泵9；切换阀11；加压空气阀8；排气切换阀21b、21c等的各种程序、数据以及排气的限制海域图M1。控制装置13即可以采用由总线连接CPU、ROM、RAM、HDD等的结构，或者也可以采用由单片的LDI等构成的结构。此外，控制装置13也可以与控制发动机20的ECU22一体构成。

控制装置13分别连接于ECU22；加压空气阀8；尿素水供给泵9；切换阀11以及排气切换阀21b、21c。此外，控制装置13连接于GPS(全球定位***)装置23。

控制装置13能够从ECU22分别取得与发动机20有关的各种信息。控制装置13与NOx检测部12连接，能够取得NOx检测部12所检测到的NOx排出量。控制装置13连接于GPS(全球定位***)装置23，能够取得GPS装置23所检测到的排气净化装置100的即时位置。此外，控制装置13能够分别控制加压空气阀8；尿素水供给泵9；切换阀11以及排气切换阀21b、21c。

NOx催化剂18促进NOx的还原反应。NOx催化剂18配置于排气管21的内部且配置于比尿素水喷射嘴1靠近下游侧。NOx催化剂18促进尿素水经热量、水解而生成的氨将排气中所含的NOx还原为氮和水的反应。

在这样构成的排气净化装置100中，例如在搭载于船舶的情况下，控制装置13取得GPS装置23所检测到的即时位置，根据限制海域图M1判断即时位置是否是排气的限制海域。控制装置13在判断即时位置是排气的限制海域的情况下，将排气切换阀21b控制在打开状态并且将排气切换阀21c控制在关闭状态。即，排气在通过排气净化装置100净化后排出至外部。控制装置13在判断即时位置不是排气的限制海域的情况下，将排气切换阀21b控制在关闭状态并且将排气切换阀21c控制在打开状态。即，排气未经排气净化装置净化便通过分支管21a排出至外部。需要说明的是，控制装置13能够取得通过手动操作的排气切换阀21b、21c的开关信号，并根据开关信号控制排气切换阀21b、21c。

接着，使用图2和图3对内部混合式的尿素水喷射嘴1具体地进行说明。需要说明的是，尿素水喷射嘴1的形式并不限定于本实施方式，也可以是外部混合式的尿素水喷射嘴。

如图2所示，尿素水喷射嘴1具备双层管2、液体喷嘴3、空气喷嘴4、螺母5。

双层管2是尿素水喷射嘴1的主要构成构件，构成尿素水的流路和加压空气的流路。双层管2配置为下游侧位于排气管21的内部，上游侧位于排气管21的外部。双层管2的下游侧端部配置于在排气管21的内部配置的NOx催化剂18的上游侧。

双层管2由外管2b和配置于外管2b内部的内管2a构成。在内管2a配置有作为尿素水的流路的尿素水流路2c。在内管2a与外管2b的间隙配置有作为加压空气的流路的气体流路2d。在外管2b的外侧的中途部配置有能够与排气管21水密连接的未图示的连接部。在内管2a的下游侧端部以及外管2b的下游侧端部形成有内螺纹部2e以及外螺纹部2f。在双层管2的上游侧端部配置有与尿素水流路2c连通的尿素水供给口2g和与气体流路2d连通的气体供给口2h。

液体喷嘴3喷射尿素水。液体喷嘴3由大致圆筒状的构件形成，配置于双层管2的下游侧。液体喷嘴3的下游侧端部以轴心部为中心形成为大致圆锥状。在下游侧端部的中心部沿轴向突出地形成有大致圆柱状的凸部3a。在液体喷嘴3的上游侧端部，以沿轴向突出的方式形成有外螺纹部3b。而且，在液体喷嘴3的轴心部，以从外螺纹部3b到凸部3a沿轴向贯通整个液体喷嘴3的方式形成有尿素水流路3c。该尿素水流路3c在中途部朝向下游侧缩径，形成为尿素水流路3c的下游侧端部的内径比尿素水流路3c的上游侧端部的内径小。

液体喷嘴3的外螺纹部3b拧接到双层管2的内螺纹部2e。由此，双层管2和液体喷嘴3连接，尿素水流路3c和双层管2的尿素水流路2c连通。这样，能够从双层管2的尿素水流路2c将尿素水供给至尿素水流路3c。

空气喷嘴4喷射雾化后的尿素水。空气喷嘴4由大致圆柱状的构件形成。空气喷嘴4使上游侧端抵接于双层管2的下游侧端部从而配置于液体喷嘴3的下游侧。在空气喷嘴4的轴心部，以从上游侧端朝向下游侧端贯通的方式形成有孔，该孔具有在中途部朝向下游侧缩径的大致圆锥状的缩径部。孔的上游侧端部的内径形成为即使***了液体喷嘴3的下游侧端部也会构成压缩空气可通过的空间的程度。在缩径部的缩径侧端的轴心部形成有尿素水的混合流路4d。而且，在空气喷嘴4的下游侧端部形成有作为混合流路4d的开口部的喷射口4f。

在空气喷嘴4的上游侧端部的侧面形成有凸缘部4a。空气喷嘴4的下游侧形成为以喷射口4f为顶点的大致炮弹状。具体而言，如图3所示，空气喷嘴4的下游侧的侧面(表面)在侧视观察时距离喷射口4f(空气喷嘴4的轴线C的侧面方向)规定范围L内，形成有由曲面构成的表面4b，该曲面随着接近喷射口4f，与混合流路4d的距离变短。而且，在主视观察空气喷嘴4时(空气喷嘴4的轴线C方向)以喷射口4f为中心的规定范围D内，形成有表面4c。表面4c形成为侧视观察空气喷嘴4时规定范围D内的轮廓线相对于轴线C成一定的角度θ。也就是说，空气喷嘴4的下游侧形成为以喷射口4f为中心的大致圆锥台状。由此，空气喷嘴4以邻接并包围喷射口4f的方式具有呈一定倾斜角θ的斜面。

在空气喷嘴4的表面4b以及表面4c形成有防水涂层4h。防水涂层4h抑制作为液体的尿素水的附着。防水涂层4h由即使在300℃至350℃左右的排气温度中也能够使用的陶瓷涂层构成。排气温度根据发动机20的负载状态而变动很大。因此，比作为耐热温度在250℃左右的一般的耐热涂层的氟涂层耐热性高的陶瓷涂层适合作为防水涂层。由此，空气喷嘴4能够容易地将尿素水从表面去除。

如图2所示，空气喷嘴4通过螺母5连接于双层管2。液体喷嘴3的下游侧端部***空气喷嘴4的上游侧的孔。此时，空气喷嘴4的孔和液体喷嘴3之间形成有间隙。该间隙作为气体流路4e与双层管2的气体流路2d和混合流路4d连通。这样，在混合流路4d，从液体喷嘴3的尿素水流路3c供给尿素水，从气体流路4e供给加压空气。也就是说，空气喷嘴4通过拧接到双层管2，能够从喷射口4f喷射尿素水。

在空气喷嘴4以从其侧面连通于空气喷嘴4的孔的方式形成有一个以上的分支流路4g。也就是说，分支流路4g形成为从空气喷嘴4的侧面连通于气体流路4e。当对气体流路4e供给加压空气时，加压空气的一部分介由分支流路4g排出至空气喷嘴4的侧面。分支流路4g根据使空气喷嘴4的侧面排出的加压空气的量，决定分支流路4g的数量和流路内径。

螺母5对双层管2和空气喷嘴4进行紧固。在螺母5的内径形成有卡合于空气喷嘴4的凸缘部4a的台阶部5a。台阶部5a的上游侧形成有拧接到双层管2的外螺纹部2f的内螺纹部5b。台阶部5a的下游侧内径形成为空气喷嘴4能够无间隙地***的程度。此外，在台阶部5a的下游侧且在与空气喷嘴4的分支流路4g对置的部分形成有扩径部。该扩径部的下游侧的内径形成为比空气喷嘴4的外径稍大。

螺母5使台阶部5a卡合于空气喷嘴4的凸缘部4a，将内螺纹部5b拧接固定到双层管2的外螺纹部2f。由此，空气喷嘴4的上游侧端部紧贴固定到双层管2的下游侧端部。此时，通过螺母5的扩径部和空气喷嘴4的侧面构成气体滞留的空间5c。由此，空间5c构成为能够介由空气喷嘴4的分支流路4g供给加压空气。

如图2和图3所示，在比空间5c靠近下游侧的螺母5和空气喷嘴4之间，形成有狭缝5d。也就是说，狭缝5d以包围空气喷嘴4的方式沿着侧面配置。而且，狭缝5d连通于空间5c。即，构成为供给至空间5c的加压空气能够从狭缝5d沿着空气喷嘴4的侧面，朝向与尿素水的喷射方向相同方向的空间5c的下游侧排出。这样，在空气喷嘴4的侧面配置有作为排出加压空气的侧面排出口的狭缝5d。

根据以上所述，尿素水喷射嘴1在一侧(下游侧)端部具备喷射尿素水的液体喷嘴3以及空气喷嘴4，朝向NOx催化剂18喷射尿素水。需要说明的是，在本实施方式中，尿素水喷射嘴1的结构是通过液体喷嘴3和空气喷嘴4构成尿素水流路3c、气体流路4e以及混合流路4d，但是并不限于此，只要分别配置有尿素水流路3c、气体流路4e以及混合流路4d即可。

以下，使用图1、图2以及图4对尿素水喷射嘴1的工作方式进行说明。

如图1所示，在开始向排气管21的内部供给(喷射)尿素水的情况下，控制装置13将切换阀11设为位置Y，由此，尿素水供给至尿素水喷射嘴1(双层管2)的尿素水供给口2g。如图2以及图4(a)所示，尿素水如图4(a)中的黑色实心箭头所示，以规定的压力介由双层管2的尿素水流路2c以及液体喷嘴3的尿素水流路3c从液体喷嘴3的凸部3a喷射至空气喷嘴4的混合流路4d。

在该状态下，如图1所示，控制装置13将加压空气阀8设为位置W，由此，加压空气供给至尿素水喷射嘴1(双层管2)的气体供给口2h。如图2以及图4(a)所示，加压空气如图4(a)中的空心箭头所示，以规定的压力介由双层管2的气体流路2d、空气喷嘴4的气体流路4e，喷射至空气喷嘴4的混合流路4d。其结果是，尿素水在空气喷嘴4的混合流路4d的内部与加压空气碰撞并雾化，从空气喷嘴4的喷射口4f喷射。

供给至空气喷嘴4的气体流路4e的加压空气的一部分介由分支流路4g供给至空间5c。供给至空间5c的加压空气以均匀的压力从狭缝5d朝向空气喷嘴4的下游侧(喷射口4f侧)排出。从狭缝5d排出的加压空气因其粘性而沿着空气喷嘴4的侧面以包围空气喷嘴4的方式前进。加压空气沿着形成为炮弹状的空气喷嘴4的侧面即表面4b和表面4c而在其表面上前进，由此，到达喷射口4f。由此，从喷射口4f喷射的尿素水即使接近空气喷嘴4的表面4b和表面4c，也会被加压空气吹走。此外，附着于空气喷嘴4的表面4b和表面4c的尿素水通过防水涂层4h的效果而容易地被加压空气吹走。

如图1所示，在停止向排气管21的内部供给(喷射)尿素水的情况下，控制装置13将切换阀11的位置设为位置X，由此，停止向尿素水喷射嘴1(双层管2)的尿素水供给口2g供给尿素水。与此相伴，双层管2的尿素水供给口2g介由第一供给流路14、切换阀11与大气相通。即使尿素水在来自狭缝5d的加压空气停止后仍附着于空气喷嘴4的表面，也会通过形成于表面4b和表面4c的防水涂层4h的效果而流落，由此，空气喷嘴4抑制尿素水的附着。

此外，在以空气喷嘴4的喷射口4f朝向上方的方式配置有尿素水喷射嘴1的情况下，即使尿素水附着于喷射口4f的周围，除了形成于表面4b和表面4c的防水涂层4h的效果，通过以包围喷射口4f的方式形成的表面4c的倾斜，尿素水也会流落至下方，由此，空气喷嘴4抑制尿素水的附着。

如上所述，利用空气喷嘴4顶端的防水效果和沿着空气喷嘴4的表面4b和表面4c排出的气体即加压空气的排出力，容易地去除附着于尿素水喷射嘴1的侧面(表面)的尿素水。由此，能够抑制空气喷嘴4中的尿素的析出以及生长。

此外，由于在尿素水喷射嘴1的喷射口4f的附近形成有具有斜面的表面4c，因此，容易地去除附着于喷射口4f附近的尿素水。由此，能够抑制空气喷嘴4中的尿素的析出以及生长。

此外，即使配置于高温的排气中也能够维持防水效果。由此，能够抑制空气喷嘴4中的尿素的析出以及生长。

本发明能够利用于排气净化装置中的尿素水喷射嘴的技术。

Claims (2)

1.一种尿素水喷射嘴，配置有尿素水流路和气体流路，经过所述气体流路的加压气体与尿素水混合，从喷射口喷射，所述尿素水喷射嘴的特征在于，

设有与所述气体流路连通的分支流路，并且配置有侧面排出口，供经过所述分支流路的加压气体沿着尿素水喷射嘴的表面向与尿素水的喷射方向相同的方向排出，在尿素水喷射嘴的表面形成有防水涂层，尿素水喷射嘴的表面在以所述喷射口为中心且以所述喷射口为起点的规定范围内，以轮廓线相对于所述喷射口的轴线呈一定的角度的方式，具有呈一定的倾斜角的斜面。

2.一种船舶用排气净化装置，具有控制装置和根据权利要求1所述的尿素水喷射嘴，其特征在于，

所述控制装置：

与检测所述排气净化装置的即时位置的全球定位***装置连接，并且，存储有显示排气的限制海域的限制海域图，

在取得所述全球定位***装置所检测到的即时位置，并根据所述限制海域图判断所述即时位置处于排气限制海域的情况下，控制混合后的加压气体和尿素水从所述尿素水喷射嘴喷射。