CN104685178B - 排气脱硝装置 - Google Patents

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Abstract

在圆筒状的反应容器(11)内，通过隔壁(14)沿轴心(O)方向形成中空部(15)，将除中空部(15)以外的反应容器(11)内作为反应室(20)，在反应室(20)中设置由收纳有催化剂元件的多个催化剂单元组装成的单元群(30)，单元群(30)的外周部由与反应容器(11)的胴部(11B)大致内接的正八边形的部分外侧面构成，同时在该单元群(30)的外周部，相对于由正方形截面及长方形截面的催化剂单元(30A、30B)的各边所构成的外侧面，具有规定角度的倾斜面由形成梯形截面的催化剂单元(30C)斜边的外面构成。由此，能够将催化剂元件以充分的填充面积率设置在异形截面的反应室(20)内。

Description

排气脱硝装置
技术领域
本发明涉及一种对从往复式发动机排出的排气进行脱硝处理的排气脱硝装置。
背景技术
以往，例如在设置于柴油发动机的压力高的排气系统中的脱硝装置中，设置有耐压性高的圆筒状反应容器。例如在专利文献1的反应容器中，将陶瓷片卷成圆筒形而形成催化剂元件，为了容易插入圆筒状的反应容器内，将该催化剂元件沿半径方向分割成扇形截面，并组合为圆柱状来使用。
这里，所谓往复式发动机包括具有被往复驱动的活塞的柴油发动机和汽油发动机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平成07-24259号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
在上述现有结构中，在将陶瓷片卷成圆筒状形成催化剂元件，使其成为与反应容器大致相同的尺寸的情况下，由于催化剂元件大型化，具有其切断装置成为大型这样的问题。进而，在用于船舶用等大型柴油发动机的排气脱硝装置的情况下，仅通过只将分割的元件组装入容器，会在对发动机振动的耐久性上出现问题。
本发明的目的在于提供一种解决上述问题的排气脱硝装置，其能够使催化剂元件小型化，即使对于反应容器内具有中空部的异形截面空间，也能够以充分的填充面积率进行设置，而且能够得到充分的强度，能够提高对振动等的耐久性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，技术方案1所述的发明涉及一种排气脱硝装置，
其在导入由往复式发动机排出的排气的反应容器内设置了催化剂元件，其特征在于，
所述反应容器形成为圆筒状，
在所述反应容器内，通过隔壁沿该反应容器的轴心方向形成中空部和反应室，
在所述反应室中设置多个催化剂单元组装成的单元群，
将所述催化剂单元形成为横截面至少是正方形截面、长方形截面及梯形截面，并且在所述催化剂单元的内部收纳催化剂元件，
所述单元群的外周部在由与所述反应容器的胴部大致内接的多边柱的外侧面或多边柱的部分外侧面构成的同时，由形成正方形截面或/和长方形截面的催化剂单元的边的面和形成梯形截面的催化剂单元的斜边的面构成。
技术方案2所述的发明为技术方案1所述的排气脱硝装置，其特征在于，
将所述中空部形成为圆柱状，同时将所述隔壁形成为与该中空部大致外接的多边筒或部分多边筒状，
在所述单元群中外嵌于所述隔壁的内周部在形成为多边筒或部分多边筒的同时，由形成正方形截面或/和长方形截面的催化剂单元的边的面和形成梯形截面的催化剂单元的斜边的面构成。
技术方案3所述的发明为技术方案1或2所述的排气脱硝装置，其特征在于
中空部在配置于从反应容器的轴心偏离规定距离的偏心位置上的同时，临近胴部而形成。
技术方案4所述的发明为技术方案1至3中任意一项所述的排气脱硝装置，其特征在于，
催化剂单元在收纳框体内层叠收纳蜂窝状的催化剂元件，同时，在收纳框体的前后形成的前侧引导部与后侧引导部相配合，在排气的流送方向上连接多个，
单元群是将收纳框体的各侧面彼此相接而组装成的。
技术方案5所述的发明为技术方案1至4中任意一项所述的排气脱硝装置，其特征在于，
在中空部选择性地配置有导入往复式发动机排气的排气储存箱、向排气中喷射还原剂的蒸发室、对排气与还原剂的混合气体进行混合/搅拌的混合室、热交换部、单个或多个流送气体的气体通道。
(三)有益效果
根据技术方案1所述的发明，在形成为正方形截面、长方形截面、梯形截面的多个催化剂单元中分别收纳催化剂元件，将这些催化剂单元组装入反应容器内除中空部以外的异形反应室，形成单元群。将该单元群的外周部做成与反应容器的胴部大致内接的多边形或者部分多边形，该多边形的倾斜的斜边部分由形成梯形截面的催化剂单元的斜边的面形成。由此，能够通过与胴部大致内接的多边形的单元群，以充分的填充面积率来设置催化剂元件。而且，由于催化剂元件被收纳在催化剂单元内，因此能够得到充分的强度，能够提高在设置于船舶等情况下对振动等的耐久性。
根据技术方案2所述的发明，由于将隔壁形成为与中空部大致外接的多边筒或部分多边筒，同时，将单元群的内周部形成为外嵌于该隔壁的相似形状的多边筒或部分多边筒的外侧面，将相对于长方形截面及正方形截面的催化剂单元的外面倾斜的倾斜面由形成梯形截面的催化剂单元的斜边的面构成，因此能够通过多边形的单元群，以充分的填充面积率来设置催化剂元件。
根据技术方案3所述的发明，通过将中空部与胴部相接设置，能够容易地对中空部进行排气、热交换流体或药剂等的供给和排出，能够扩大利用中空部的自由度。
根据技术方案4所述的发明，通过将催化剂单元在前后方向上连接，能够任意设定单元群的尺寸。此外，通过连接组装催化剂单元，能够确保充分的强度和耐久性。
根据技术方案5所述的发明，通过在反应容器的中空部中选择性地配置排气储存箱、蒸发室、混合室、热交换部、气体通道，能够在反应容器内集中排气脱硝装置的结构部，能够实现紧凑化。
附图说明
图1表示本发明的排气脱硝装置的实施例1，为反应容器的横截面图。
图2是反应容器的概要部分立体图。
图3是排气脱硝装置的结构图。
图4是表示正方形截面的催化剂单元的立体图。
图5是表示长方形截面的催化剂单元的立体图。
图6是表示梯形截面的催化剂单元的立体图。
图7是表示单元群的组装结构的俯视截面图。
图8表示本发明的排气脱硝装置的实施例2，为反应容器的横截面图。
图9是反应容器的结构图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施例进行说明。
(实施例1)
参照图1～图7对本发明的排气脱硝装置的实施例1进行说明。该排气脱硝装置设置在例如船舶用的大型柴油发动机的排气路径上，如图3所示，具备柴油发动机10、本发明的反应容器11、增压器12及扫气储存箱13，其中，所述增压器12由柴油发动机10的排气驱动，所述扫气储存箱13暂时储存由增压器12所压缩的燃烧空气，并向柴油发动机10供给。
(反应容器)
所述反应容器11是由圆筒状的胴部11B和弯曲状端板11L、11R形成的横置圆筒状耐压容器，其中，所述端板11L、11R分别封闭胴部11B的一端侧及另一端侧。该反应容器11形成为能够确保中空部15并使中空部15临近(相接)胴部11B，其中，所述中空部15为沿着以从容器轴心O偏离规定距离的偏心轴心Oe为中心，且半径为R的中空圆弧部Cs的柱状。并且，设置与该中空部15大致外接的部分多边筒状的隔壁14，通过该隔壁14来划分中空部15和反应室20。
所述中空部15在长度方向上的中央部形成为排气储存箱16，在排气储存箱16的一端侧形成有与排气储存箱16连续的蒸发室17。此外，在排气储存箱16的另一端侧形成有与反应室20连通的连通部22。
如图2所示，在与排气储存箱16对应的胴部11B上形成有多个排气入口19。在这些排气入口19上连接有从柴油发动机10的燃烧室排出排气的排气管。蒸发室17中设置有喷雾嘴18，该喷雾嘴18贯通端板11L，向从排气储存箱16流入的排气中吹入作为还原剂的尿素水(或氨水)。此外，另一方面，形成有不进行脱硝处理而排出排气的未处理气体出口21。
连通部22具备划分壁23、中间通道部24及气体出口开口部25，其中，所述划分壁23沿横截面遮蔽排气储存箱16，所述中间通道部24形成于隔壁14与另一端的端板11R之间，所述气体出口开口部25形成在划分壁23上。另外，如假想线所示，也可以设置开闭该气体出口开口部25的还原气体出口阀26，也可以在划分壁23上设置使反应室20与排气储存箱16的压力保持均等的调压口27。
隔壁14形成为以偏心轴心Oe为中心的圆弧状，虽未图示，但为了吸收热应力，其由空开规定间隙的双重壁构成。
(单元群)
如图1所示，在反应室20中设置有将多个催化剂单元30A～30C堆积组装成的单元群30。在这些各催化剂单元30A～30C中，堆积填充有蜂窝状的催化剂元件32。
催化剂单元30A～30C至少具备图4所示的正方形截面的催化剂单元30A、图5所示的长方形截面的催化剂单元30B及图6所示的梯形(直角梯形)截面的催化剂单元30C。这些催化剂单元30A～30C以横截面观察为，在上下方向上堆积的同时，在左右方向上并排设置，进而在沿容器轴心O的前后方向上使同一截面的催化剂单元连接。并且，构成为在将从前方流入的排气向后方的催化剂单元30A～30C送出的同时，也向配置在后方左右的催化剂单元30A～30C扩散送出。
上述三种截面形状的催化剂单元30A～30C除截面形状以外为相同结构。即，如图4～图6所示，各催化剂单元30A～30C由收纳有催化剂元件32的收纳框体31A～31C构成，这些收纳框体31A～31C由形成为各截面形状的主体部33A～33C、前侧引导部34A～34C及后侧引导部35A～35C构成，其中，所述前侧引导部34A～34C在从主体部33A～33C向前方突出的同时，形成为小于主体部33A～33C的口径(指对角线的长度)；所述后侧引导部35A～35C在从主体部33A～33C向后方突出的同时，形成为小于主体部33A～33C的口径(指对角线的长度)，并且可以外嵌于前侧引导部34A～34C。
所述主体部33A～33C留出前部空间地填充有催化剂元件32。并且，在包围前部空间的四个侧壁部上，形成有进行排气扩散的第一缺口孔33a。此外，与被填充的催化剂元件32相对应地，在彼此相对的2个侧壁上，分别形成有用于减轻重量的多个第二缺口孔33b。在这些第二缺口孔33b上设置有缓冲材料(例如陶瓷纸等衬垫材料)37，该缓冲材料37在覆盖保护催化剂元件32表面的同时，夹持催化剂元件32。
所述前侧引导部34A～34C从主体部33A～33C的前端部起，通过平截头体周面状的倾斜连接部34b，设置有直筒状的凸缘部34a。此外，所述后侧引导部35A～35C从主体部33A～33C的后端部起，通过平截头体周面状的倾斜连接部35b，设置有直筒状的凸缘部35a，该凸缘部35a可外嵌于前侧引导部34A～34C的凸缘部34a。进而，在该凸缘部35a上，为了引导前侧引导部34A～34C，形成有后部扩展的扩张引导部35c。
如图7所示，配置在前方的催化剂单元30A～30C的后侧引导部35A～35C外嵌于配置在后方的催化剂单元30A～30C的前侧引导部34A～34C上，从而在前后方向上连接多个同一截面形状的催化剂单元30A～30C。进一步地，以同一形状或者截面形状不同的催化剂单元30A～30C的主体部33A～33C的侧壁整个面彼此相接的方式在上下方向、宽度方向上进行组合，组装单元群30。
因此，从前方流入前部的催化剂单元30A～30C的排气，在流入后部的催化剂单元30A～30C的同时，通过第一缺口孔33a也流入在后方左右邻接的催化剂单元30A～30C而扩散，由此能够提高反应效率。
该单元群30在与胴部11B之间，被多个外周支承件36可伸缩地支承，虽未图示，但通过配置在前部的固定件和按压件在容器轴心O方向上进行定位。
另外，如图1及图2所示，单元群30的外周部由与反应容器11的胴部11B大致内接的正八边形(多边形)的部分外侧部形成。并且，该外侧部由形成正方形截面及长方形截面的催化剂单元30A、30B各边的面(图中为水平面及垂直面)，以及相对于这些面具有规定倾斜角的倾斜面，形成梯形截面的催化剂单元30C斜边的面构成。这样，通过将形成梯形截面的催化剂单元30C的斜边的面作为正八边形倾斜面的单元群30，能够容易地形成与胴部11B大致内接的多边形，能够以充分的填充面积率将催化剂元件32通过催化剂单元30A～30C设置在反应室20内。这与仅组合正方形截面或长方形截面的催化剂单元30A、30B，使斜边形成为阶梯状的方式相比较，能够更加提高填充面积率。
与单元群30的外周部同样地，与圆弧状的隔壁14相对应的单元群30的内周部由与隔壁14大致外接的正八边形(多边形)的部分外周面形成。并且，该内周部由形成正方形截面及长方形截面的催化剂单元30A、30B各边的面(图中为水平方向及垂直方向)，以及相对于这些面具有规定倾斜角的倾斜面，形成梯形截面的催化剂单元30C斜边的面构成。由此，通过具有梯形截面的催化剂单元30C的单元群30，能够以充分的填充面积率将催化剂元件32设置在反应室20内。
此处，单元群30的外周部及内周部由正八边形的部分构成，但是并不限定于正八边形，例如可以选择六边形至十二边形以上，以及根据反应容器11的大小来选择。此外，虽然梯形截面的催化剂单元30C为直角梯形，但也可以为其它梯形截面。进一步地，也可以使用直角三角形截面的催化剂单元的斜边，来代替梯形截面的催化剂单元30C的斜边。
(排气脱硝装置)
在反应容器11的脱硝气体出口28上连接有脱硝气体排出管41，在未处理气体出口21与增压器12的涡轮部12T的气体入口之间连接有旁通管42。并且，上述脱硝气体排出管41连接在旁通管42的出口附近。进一步地，在脱硝气体排出管41的出口附近，存在打开/关闭脱硝气体的脱硝气体出口阀43。此外，在旁通管42的入口附近存在排气切换阀44，该排气切换阀44可以将导入增压器12的涡轮部12T的排气切换为未处理排气或脱硝完成排气。
在增压器12的涡轮部12T的出口连接有排出排气的烟筒。在压缩机部12C的入口通过过滤器45连接有吸引大气的吸入管46。此外，从压缩机部12C的出口至扫气储存箱13，连接有具备空气冷却器47的压缩空气供给管48。进一步地，在扫气储存箱13与柴油发动机10的燃烧室之间，连接有供给被压缩的燃烧空气的扫气管49。
因此，在对从柴油发动机10排出的排气进行脱硝处理的情况下，操作脱硝气体出口阀43来开放脱硝气体排出管41，操作排气切换阀44来关闭旁通管42。然后在蒸发室17中，从喷雾嘴18向排气中喷射作为还原剂的尿素水，该排气通过连通部22导入反应室20。然后，排气与催化剂单元30A～30C内的催化剂元件32接触从而进行脱硝处理。进而，经脱硝处理的排气从脱硝气体出口28通过脱硝气体排出管41导入增压器12的涡轮部12T，排气在驱动增压器12后，通过烟筒被排出。此外，大气通过过滤器45从吸入管46导入压缩机部12C并被压缩，被压缩的燃烧空气在压缩空气供给管48被空气冷却器47冷却后，导入扫气储存箱13。进而，该燃烧空气从扫气储存箱13通过扫气管49向柴油发动机10的各燃烧室供给。
此外，在对从柴油发动机10排出的排气不进行脱硝处理的情况下，操作脱硝气体出口阀43来关闭脱硝气体排出管41，操作排气切换阀44来打开旁通管42。然后停止从喷雾嘴18喷射尿素水。由此，被导入排气储存箱16的排气从未处理气体出口21通过旁通管42被导入涡轮部12T的气体入口，在驱动增压器12后，从烟筒排出。
在上述结构中，通过将反应容器11的中空部15以圆柱状形成为圆形截面，排气储存箱16的缓冲性提高，能够有效缓冲排气。此外在蒸发室17中，通过使喷雾嘴18的喷雾形状为圆锥状，能够有效防止从喷雾嘴18喷射出的尿素水附着并堆积在隔壁14上。
根据上述实施例1，在多个催化剂单元30A～30C的收纳框体31A～31C中分别收纳催化剂元件32。并且，将这些收纳框体31A～31C做成正方形截面、长方形截面、梯形截面。进一步地，在除中空部15以外的反应容器11内形成为大致新月形的反应室20中，在上下、左右、前后方向上分别组装入这些催化剂单元30A～30C，从而形成单元群30。而且，由于使该单元群30的外周部为与胴部大致内接的正八边形的部分外周面，并且该正八边形的斜边由形成梯形截面的催化剂单元30C斜边的面构成，因此通过与胴部11B大致内接的正八边形单元群30，能够以充分的填充面积率来设置催化剂元件32。而且，由于催化剂元件32收纳在催化剂单元30A～30C的收纳框体31A～31C内，因此能够得到充分的强度，能够提高在设置于船舶等情况下的对振动等的耐久性。
此外，单元群30的内周部形成为与隔壁14相接或者空开规定间隙外嵌的相似形状的部分正八边形。进一步地，在单元群30的内周部，无法通过正方形截面及长方形截面的催化剂单元30A、30B的外侧面形成的倾斜面由形成梯形截面的催化剂单元30C斜边的面构成。因此，即使是在圆形截面的胴部11B内偏心地形成有中空部15的异形的新月形截面这样的反应室20，通过正方形截面、长方形截面、梯形截面的收纳框体31A～31C，也能够以充分的填充面积率来设置催化剂元件32。
此外，由于在反应容器11内使中空部15偏心，同时与胴部11B相接设置，因此在中空部15中设置有排气储存箱16的情况下，能够容易地进行排气的供给和排出，能够扩大利用中空部15的自由度。
进一步地，通过在前后方向上连接催化剂单元30A～30C，进而组合催化剂单元30A～30C，能够形成任意尺寸或截面形状的单元群30。此外，通过将收纳有催化剂元件32的催化剂单元30A～30C相接并组装，能够确保充分的强度和耐久性。
此外，进一步地，通过在反应容器11的中空部15配置排气储存箱16和蒸发室17，能够在反应容器11内集中排气脱硝装置的结构部，能够实现紧凑化。
(实施例2)
该实施例2是将中空部50配置于反应容器11的容器轴心O上的方式，参照图8、图9进行说明。另外，对与实施例1相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。
如图9所示，在反应容器11的容器轴心O上，通过圆筒状的隔壁51形成有圆柱形的中空部50。在反应容器11的一端侧，通过连接隔壁51端部与胴部11B的横切方向的分隔壁52，形成有兼用作蒸发室/排气储存箱的蒸发/储存室53。在该蒸发/储存室53中，在端板11L上设置有喷雾嘴18，并且在胴部11B上形成有未处理气体出口21。中空部50构成为气体通道54和具有搅拌叶片55a的静态混合器(混合室)55，在另一端侧出口配置有热交换器56。
如图9所示，隔壁51的外周部构成为反应室20，设置有环状截面的单元群30。然后，在各催化剂单元30A～30C中填充有蜂窝状的催化剂元件32。这些催化剂单元30A～30C由正方形截面的催化剂单元30A、长方形截面的催化剂单元30B及梯形(直角梯形)截面的催化剂单元30C构成。并且，以横截面观察，在催化剂单元30A～30C分别在上下方向上堆积的同时，在左右方向上并排设置，进而在沿容器轴心O的前后方向上使同一截面的催化剂单元30A～30C相互卡合并连接。
单元群30的外周部由与反应容器11的胴部11B大致内接的正八边形(多边形)的外周面形成。并且，该外周面由通过正方形截面及长方形截面的催化剂单元30A、30B的各边所构成的面(图中为水平方向及垂直方向)，以及相对于这些面具有规定倾斜角(45°)的倾斜面，形成梯形截面的催化剂单元30C斜边的面构成。这样，通过利用了梯形截面的催化剂单元30C的单元群30，使外周面形成为正八边形截面，能够以充分的填充面积率将催化剂元件32设置在反应室20内。这与仅组合正方形截面或长方形截面的催化剂单元30A、30B的情况下，斜边形成为阶梯状的方式相比较，可知能够更加提高填充面积率。
在单元群30中与隔壁51对应的内周部也形成为与隔壁51大致外接的正八边形(多边形)。并且，该内周部由通过正方形截面及长方形截面的催化剂单元30A、30B的各边所构成的面(图中为水平方向及垂直方向)，以及相对于这些面具有规定倾斜角(45°)的倾斜面，形成梯形截面的催化剂单元30C斜边的面构成。由此，通过具有梯形截面的催化剂单元30C的单元群30，能够以充分的填充面积率将催化剂元件32设置在反应室20内。
当然，也可以使单元群30的外周部及内周部形成为其它多边形。
根据实施例2，通过在反应容器11的中空部50中配置混合室55、热交换器56、气体通道54，能够在反应容器中集中排气脱硝装置的结构部，能够实现紧凑化。

Claims (4)

1.一种船舶用排气脱硝装置，其设置在船舶用柴油发动机的排气路径上，在导入由该船舶用柴油发动机排出的排气的反应容器内设置了催化剂元件，其特征在于，
在形成为圆筒状的反应容器内设置中空部、反应室及隔壁，所述中空部临近所述反应容器的胴部，且为可确保以从所述反应容器的轴心偏离规定距离的偏心轴心为中心的圆柱状空间大致内接的部分多边筒形状，所述反应室沿容器的轴心方向设置，所述隔壁划分所述中空部和所述反应室；
在所述反应室中设置多个催化剂单元组装成的单元群，在所述多个催化剂单元中收纳有催化剂元件，并且所述多个催化剂单元至少形成为正方形截面、长方形截面及梯形截面；
在将单元群的外周部形成为与反应容器的胴部大致内接的多边柱的外侧面或部分外侧面的同时，由形成正方形截面和长方形截面的催化剂单元的边的面、和形成相对于这些面倾斜规定角度的梯形截面的催化剂单元的斜边的面构成；
在所述中空部临近的所述反应容器的胴部上设置多个排气入口，通过所述多个排气入口，由所述船舶用柴油发动机排出的排气导入所述中空部，将所述中空部的中央部作为排气储存箱；
在所述中空部的一端侧设置与所述排气储存箱连续的蒸发室，同时，在另一端侧设置将所述排气储存箱与所述反应室连通的连通部；
在临近所述蒸发室的所述反应容器的端板上设置使还原剂以圆锥状吹入的喷雾嘴。
2.根据权利要求1所述的船舶用排气脱硝装置，其特征在于，
在将单元群的内周部形成为外嵌于隔壁，且与隔壁形状相似的多边筒的外侧面或部分外侧面的同时，由形成正方形截面和长方形截面的催化剂单元的边的面、和形成相对于这些面倾斜规定角度的梯形截面的催化剂单元的斜边的面构成。
3.根据权利要求1或2所述的船舶用排气脱硝装置，其特征在于，
催化剂单元在收纳框体的主体部内层叠收纳蜂窝状的催化剂元件，同时，在所述主体部的前后所形成的前侧引导部和后侧引导部相配合，在排气的流送方向上连接多个；
单元群是将收纳框体的各侧面彼此相接而组装成的。
4.根据权利要求1或2所述的船舶用排气脱硝装置，其特征在于，
在蒸发室中形成有排出未处理排气的未处理气体出口；
在反应室的一端侧形成有排出脱硝后排气的脱硝气体出口；
在连通部设置有遮蔽所述排气储存箱的划分壁、在所述划分壁上形成的气体出口开口部及调压口、开闭所述气体出口开口部的还原气体出口阀。
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