CN106460602B - 船用发动机的排气净化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船用发动机的排气净化设备(1)，其在具备造水机(20)、船用发动机(80)以及还原装置(70)的船舶(10)上，将来自船用发动机(80)的排气通过还原装置(70)进行还原，从而将其净化。排气净化设备(1)具有：贮存用于进行还原的尿素粉末(3)的粉末贮存箱(30)、以及将通过造水机(20)精制的水供给至粉末贮存箱(30)的溶剂供给通道(21)。粉末贮存箱(30)使尿素粉末(3)溶解于来自溶剂供给通道(21)的水中，从而生成高浓度尿素水。排气净化设备(1)具有将生成的高浓度尿素水制成已调整尿素水供给至还原装置(70)的尿素水供给通道(31)。还原装置(70)通过将来自尿素水供给通道(31)的已调整尿素水供给至排气中，从而对排气进行还原。

Description

船用发动机的排气净化设备
技术领域
本发明涉及一种船用发动机的排气净化设备。
背景技术
根据防止船舶造成海洋污染等的国际条约、即海洋污染防止条约(MARPOL条约)，以自2016年起的新造船为对象，将在大气污染物排放限制海域(ECA：Emission ControlArea)的NOx排放，从以往的限制值降低至约80％。
一直以来，作为降低运输设备的NOx排放的措施，采用的是SCR(SelectiveCatalytic Reduction：选择性催化还原法)。在采用SCR的运输设备中，在陆地上行驶的车辆有很多能够补给作为还原剂的尿素水的场所，即使在行驶中尿素水不足的情况下，也能够立即补给尿素水。相对地，船舶比上述车辆排气量更多，因此需要大量的尿素水，而尿素水的补给只限于靠港时，因此作为SCR的还原剂，正在研究像尿素粉末这样在容积上比较有利的物质。
作为将尿素粉末装载于船舶上来使用的案例，例如在专利文献1中公开了一种排气净化系统，其利用船舶上常备的造水机随时制造尿素水，使得即便是在海洋上无法获得尿素水补给的船舶，也能够在确保节省空间且减轻装载重量的同时对NOx进行净化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2010-71148号公报
专利文献2：日本实用新型公告平成7-11147号公报
专利文献3：日本实用新型公开平成8-1436号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
然而，由于船舶内部湿度高，装载于船舶上的尿素粉末若不进行适当的管理，则有可能会由于吸湿、自重而黏着在尿素粉末贮存箱内。因此，虽然上述专利文献1提出了在尿素粉末贮存箱(原料斗)中设置干燥装置的方案，但由此会产生装置复杂化的问题。
另外，专利文献2以及3公开了一种尿素水溶液制造装置，其具备：溶液箱，其储存饱和溶液的尿素水；混合部，其将水与从上述溶液箱导入的尿素水混合；设定部，其以在上述混合部制造所需浓度的尿素水的方式，对供给至该混合部的水、以及从上述溶液箱导入的尿素水的量进行适当设定。但是，在上述专利文献2以及3这两个发明中，为了制造饱和溶液的尿素水，需要另设尿素粉末贮存箱(尿素收纳槽)，尿素粉末还是会黏着在尿素粉末贮存箱上，而无法排出。进一步，在上述专利文献2以及3中，还需要用于使尿素粉末与水混合制成尿素水的溶液箱(溶解槽)以及搅拌装置(搅拌机)。上述溶液箱为了在接受尿素粉末以及水的同时充分将其搅拌，必然会是大容积的。另外，上述搅拌装置具备螺旋桨及其驱动机构等，是比较复杂的结构。因此，有可能会发生结构部件的磨损等导致的问题，而为了防止这些问题需要充分的保养，其结果，初始成本以及维修成本会非常高。
即，上述以往的设备存在如下问题，即，由于大容积的溶液箱而导致大型化，且由于用于防止尿素粉末黏着的装置、尿素水的搅拌装置而导致复杂化。
因此，本发明的目的在于，提供一种船用发动机的排气净化设备，其不需要大容积的溶液箱，从而能够小型化，且能够在整体上得以简化。
(二)技术方案
为了解决上述问题，第一发明的船用发动机的排气净化设备，在具备溶剂精制装置、船用发动机以及还原装置的船舶上，将来自该船用发动机的排气通过该还原装置进行还原，从而将其净化，在所述船用发动机的排气净化设备中，
具有：贮存用于进行所述还原的还原剂粉末的粉末贮存容器、以及将通过所述溶剂精制装置所精制的溶剂供给至所述粉末贮存容器的溶剂供给通道；
所述粉末贮存容器使还原剂粉末溶解于通过所述溶剂供给通道供给的溶剂中，从而生成高浓度溶液；
在所述粉末贮存容器，从上游侧起具有：对高浓度溶液的浓度进行测量的测量容器、以及通过调整高浓度溶液的浓度而将该高浓度溶液制成已调整溶液的调整容器；
具有：将通过所述粉末贮存容器生成的高浓度溶液供给至所述测量容器的第一溶液供给通道、将所述测量容器的高浓度溶液供给至所述调整容器的第二溶液供给通道、以及将所述调整容器的已调整溶液供给至所述还原装置的已调整溶液供给通道；
所述还原装置将通过所述已调整溶液供给通道供给的所述已调整溶液供给至所述排气中，从而对该排气进行还原。
另外，第二发明的船用发动机的排气净化设备，在第一发明的船用发动机的排气净化设备中，具有能够将测量容器中的高浓度溶液返回至粉末贮存容器的循环通道、以及能够将通过溶剂精制装置所精制的溶剂供给至调整容器的稀释通道；
所述测量容器若测量的高浓度溶液的浓度不足规定范围，则将该高浓度溶液通过所述循环通道返回至粉末贮存容器；
若高浓度溶液的浓度超过规定范围，则所述调整容器通过来自所述稀释通道的溶剂对该高浓度溶液进行稀释。
进一步，第三发明的船用发动机的排气净化设备，在第一或第二发明的船用发动机的排气净化设备中，在粉末贮存容器设置有控制其内部温度的温度控制器；
所述温度控制器将粉末贮存容器内部维持在促进还原剂粉末溶解于溶剂的温度，且维持在还原剂粉末不产生有毒气体的温度。
另外，第四发明的船用发动机的排气净化设备，在第一或第二发明的船用发动机的排气净化设备中，在溶剂供给通道的粉末贮存容器侧连接有使溶剂浸透还原剂粉末的浸透管；
所述浸透管从所述粉末贮存容器中的还原剂粉末的上表面至底部连续配置；
在所述浸透管上形成有许多用于使溶剂从所述还原剂粉末的上表面至底部进行浸透的开口。
另外，第五发明的船用发动机的排气净化设备，在第一或第二发明的船用发动机的排气净化设备中，在粉末贮存容器上形成有许多空气孔，或在粉末贮存容器上配置有空气供给管；
所述空气孔或空气供给管向粉末贮存容器中的还原剂粉末供给空气。
(三)有益效果
根据上述船用发动机的排气净化设备，不需要大容积的溶液箱，从而能够小型化，且能够在整体上得以简化。
附图说明
图1为本发明实施例1的船用发动机的排气净化设备的示意结构图。
图2为该船用发动机的排气净化设备的粉末贮存箱的示意截面图。
图3为本发明实施例2的船用发动机的排气净化设备的粉末贮存箱的示意截面图。
图4为本发明实施例3的船用发动机的排气净化设备的粉末贮存箱的示意截面图。
图5为关于高浓度尿素水的浓度的规定范围与粉末贮存箱所贮存的尿素粉末的高度之间的关系的实验的装置结构的示意结构图。
图6为表示该实验的装置结构的照片。
具体实施方式
实施例1
下面，基于附图对本发明实施例1的船用发动机的排气净化设备1进行说明。
如图1所示，该船用发动机的排气净化设备1在具备造水机(溶剂精制装置的一例)20、船用发动机80以及还原装置70的船舶10上，将来自上述船用发动机80的排气通过还原装置70进行还原，从而将其净化。
另外，上述船用发动机的排气净化设备1具有：贮存用于进行上述还原的尿素粉末(还原剂粉末的一例)3的粉末贮存箱(粉末贮存容器)30、以及将通过上述造水机20由海水S精制的水(溶剂的一例)供给至上述粉末贮存箱30的溶剂供给通道21。
上述粉末贮存箱30使尿素粉末3溶解于通过溶剂供给通道21供给的水中，从而生成高浓度尿素水。换言之，高浓度尿素水是尿素粉末3在粉末贮存箱30中溶解于通过溶剂供给通道21供给的水中而生成的。
进一步，上述船用发动机的排气净化设备1具备尿素水供给通道(溶液供给通道的一例)31，其将通过上述粉末贮存箱30生成的高浓度尿素水通过调整箱33(调整容器的一例)制成已调整尿素水(已调整溶液的一例，对高浓度尿素水的浓度进行调整而成)，并将该已调整尿素水供给至上述还原装置70。
上述还原装置70将通过上述尿素水供给通道31供给的上述已调整尿素水供给至上述排气中，从而对该排气进行还原。具体地说，上述还原装置70设置于将来自上述船用发动机80的排气输送到上述船舶10的烟囱8的排气通道18，并将该排气通道18的排气通过已调整尿素水进行还原，从而将其净化。
在上述尿素水供给通道31，从其上游侧起设置有：对高浓度尿素水的浓度进行测量的测量箱32(测量容器的一例)、通过稀释来调整高浓度尿素水的浓度而将该高浓度尿素水制成已调整尿素水的调整箱33、以及贮存用于供给至还原装置70的已调整尿素水的备用箱(Service tank)34。即，上述尿素水供给通道31由连接粉末贮存箱30与测量箱32的第一尿素水供给通道31a(第一溶液供给通道的一例)、连接测量箱32与调整箱33的第二尿素水供给通道31b(第二溶液供给通道的一例)、连接调整箱33与备用箱34的第三尿素水供给通道31c(已调整溶液供给通道的上游侧的一例)、以及连接备用箱34与还原装置70的第四尿素水供给通道31d(已调整溶液供给通道的下游侧的一例)组成。此外，也可以为如下结构，即不设置备用箱34，而直接通过第三尿素水供给通道31c连接调整箱33与还原装置70。
另外，上述船用发动机的排气净化设备1具有：循环通道41，其能够将上述测量箱32中的高浓度尿素水返回至粉末贮存箱30；以及稀释通道51，其从上述溶剂供给通道21分支，并能够将通过造水机20由海水S精制的水供给至调整箱33。
上述测量箱32若测量的高浓度尿素水的浓度不足规定范围，则将该高浓度尿素水通过上述循环通道41作为溶剂返回至粉末贮存容器30。为此，在循环通道41中设置有对测量箱32中的高浓度尿素水的浓度进行测量的循环用浓度计45。另外，在第二尿素水供给通道31b中设置有输送阀38，若该循环用浓度计45所测量的浓度为上述规定范围以上，则输送阀38开启。在此，上述规定范围是指适合高浓度尿素水通过化学反应对来自上述船用发动机80的排气进行还原的浓度的值。此外，已调整尿素水是指浓度在上述规定范围内的高浓度尿素水。
若高浓度尿素水的浓度超过上述规定范围，则上述调整箱33通过来自上述稀释通道51的水对该高浓度尿素水进行稀释。为此，在第三尿素水供给通道31c中设置有对调整箱33中的高浓度尿素水的浓度进行测量的调整用浓度计35。另外，在稀释通道51中设置有对上述稀释所需要的水的流量进行控制的稀释阀58。
在上述船用发动机的排气净化设备1中，为了保证输送至上述备用箱34的高浓度尿素水的浓度确实在上述规定范围内，即为了保证输送至上述备用箱34的高浓度尿素水确实为已调整尿素水，具有从上述第三尿素水供给通道31c分支的浓度调整通道61。该浓度调整通道61若因稀释不充分或过度使得高浓度尿素水的浓度在规定范围以外，则将该高浓度尿素水返回至调整箱33。为此，在浓度调整通道61中设置有浓度调整阀68，若调整用浓度计35所测量的浓度在上述规定范围外/规定范围内，则浓度调整阀68开启/关闭。另外，第三尿素水供给通道31c中的与上述浓度调整通道61的分支点的下游侧设置有排出阀39，若调整用浓度计35所测量的浓度在上述规定范围外/内，则排出阀39开启/关闭。
在上述通道21、31中设置有多个用于输送水或高浓度尿素水的泵26、36、37。具体地说，这些多个泵由水用泵26、未调整液用泵36以及已调整液用泵37组成，该水用泵26设置于溶剂供给通道21中的与稀释通道51的分支点的上游侧；该未调整液用泵36设置于第一尿素水供给通道31a中；该已调整液用泵37设置于第三尿素水供给通道31c中的与浓度调整通道61的分支点的上游侧。
接下来，基于图2对上述粉末贮存箱30进行详细说明。
如图2所示，上述粉末贮存箱30具有：用于投入尿素粉末3的料斗92、容纳并保持从该料斗92投入的尿素粉末3的侧部93以及底部94。该底部94由处于最低位置的最底部95、以及朝向该最底部95向下方倾斜的倾斜底部96构成。另外，溶剂供给通道21的下游端部21ds水平横跨在上述粉末贮存箱30内部的尿素粉末3的上方。并且，在该溶剂供给通道21的下游端部21ds上设置有多个洒水器(例如莲蓬头)22。进一步，在上述粉末贮存箱30的侧部93的外周上设置有控制内部温度的温度控制器(例如加热器和/或冷却器)98。该温度控制器98主要通过加热，使温度达到促进尿素粉末3溶解于水的温度，同时主要通过冷却，使温度达到尿素粉末3不产生有毒气体的温度。另外，上述粉末贮存箱30的最底部95介由过滤器97与尿素水供给通道31的上游端连接。上述过滤器97不让尿素粉末3通过，而使高浓度尿素水U通过。
下面，对上述船用发动机的排气净化设备1的使用方法进行说明。
在船舶10上，作为出港的准备，将尿素粉末3投入粉末贮存箱30。然后在出港的船舶10上，通过造水机20由海水S精制航海所需要的水。如图1所示，该水的一部分通过溶剂供给通道21供给至粉末贮存箱30。
在粉末贮存箱30中，如图2所示，通过在溶剂供给通道21的下游端部21ds上设置的多个洒水器22，将水分散喷洒至尿素粉末3的上表面。该水从尿素粉末3的上表面浸透至底部，在该过程中，尿素粉末3溶解成为高浓度尿素水U。该高浓度尿素水U沿倾斜底部96或直接导向最底部95，之后通过过滤器97导入尿素水供给通道31。
如图1所示，粉末贮存箱30中的高浓度尿素水U通过第一尿素水供给通道31a，首先被供给至测量箱32。该测量箱32中的高浓度尿素水U，若其浓度不足规定范围，则通过循环通道41返回至粉末贮存箱30，若其浓度为规定范围以上，则通过第二尿素水供给通道31b供给至调整箱33。返回至粉末贮存箱30的高浓度尿素水U作为溶剂，再次通过多个洒水器分散喷洒至尿素粉末3的上表面。另一方面，供给至调整箱33的高浓度尿素水U，若其浓度超过规定范围，则用来自稀释通道51的水对其进行稀释。若因该稀释不充分或过度，使得高浓度尿素水U的浓度在规定范围以外，则该高浓度尿素水U通过浓度调整通道61再次返回至调整箱33。另一方面，若调整箱33中的高浓度尿素水U的浓度在规定范围内，即若调整箱33中的高浓度尿素水U是已调整尿素水，则将该已调整尿素水通过第三尿素水供给通道31c供给至备用箱34。在该备用箱34中贮存一定量的已调整尿素水，并将该已调整尿素水的一部分通过第四尿素水供给通道31d供给至还原装置70。在该还原装置70中，已调整尿素水通过喷雾等方法供给至排气通道18中的排气中，通过对该排气进行还原，从而将其净化。然后将净化后的排气通过烟囱8排出。
这样，根据上述船用发动机的排气净化设备1，不需要粉末贮存箱30中的防止尿素粉末3黏着的装置，同时不需要用于将尿素粉末3与水混合的溶液箱以及搅拌装置，因此，能够小型化，且能够在整体上得以简化。
另外，通过测量箱32以及循环通道41，将浓度不足规定范围的高浓度尿素水U作为溶剂返回至粉末贮存箱30，因此能够高效地生成浓度在规定范围内的高浓度尿素水U(也就是已调整尿素水)，换言之，能够在整体上高效化。
进一步，通过调整箱33、稀释通道51以及浓度调整通道61，能够高效地生成浓度在规定范围内的高浓度尿素水U(也就是已调整尿素水)，换言之，能够在整体上高效化。
另外，通过控制粉末贮存箱30的温度，能够促进尿素粉末3溶解于水，因此能够在整体上高效化，进一步，可防止有毒气体的产生，因此能够提高安全性。
实施例2
本发明实施例2的船用发动机的排气净化设备1与上述实施例1的船用发动机的排气净化设备1，在粉末贮存箱30内部有所不同。
下面，着眼于与上述实施例1不同的部分，即粉末贮存箱30内部进行说明，同时对与上述实施例1相同的结构标注相同的附图标记并省略其说明。
本发明实施例2的船用发动机的排气净化设备1如图3所示，在粉末贮存箱30内部，在溶剂供给通道21的下游端部21ds连接有多个浸透管23来代替多个洒水器22。
上述浸透管23从尿素粉末3的上表面至底部连续配置。并且在上述浸透管23上形成有许多用于使水从尿素粉末3的上表面至底部进行浸透的开口24。
通过上述多个浸透管23，水不仅从尿素粉末3的上表面进行浸透，也从尿素粉末3的中部和底部进行浸透，因此能够促进尿素粉末3溶解于水。
这样，根据上述实施例2的船用发动机的排气净化设备1，能够进一步促进尿素粉末3溶解于水，因此能够在整体上进一步高效化。
实施例3
本发明实施例3的船用发动机的排气净化设备1与上述实施例1的船用发动机的排气净化设备1，在粉末贮存箱30的倾斜底部96有所不同。
下面，着眼于与上述实施例1不同的部分，即粉末贮存箱30的倾斜底部96进行说明，同时对与上述实施例1相同的结构标注相同的附图标记并省略其说明。
本发明实施例3的船用发动机的排气净化设备1如图4所示，是从粉末贮存箱30的倾斜底部96供给粉末搅拌用空气(以下简称空气)的结构，即可利用曝气的结构。
具体地说，上述船用发动机的排气净化设备1如图4所示，在倾斜底部96上形成有许多使上述空气通过的空气孔104，同时具有设置于粉末贮存箱30外部的鼓风机100以及将该鼓风机100与倾斜底部96连接的空气配管101。
通过上述结构，上述空气从鼓风机100介由空气配管101以及倾斜底部96被供给至粉末贮存箱30。然后尿素粉末3通过被供给空气，也就是通过曝气，确保水通过的空间，进一步促进其溶解于水。
这样，根据上述实施例3的船用发动机的排气净化设备1，能够进一步促进尿素粉末3溶解于水，因此能够在整体上进一步高效化。
另外，在上述实施例1～3中，作为还原剂粉末的一例，对尿素粉末3进行了说明，但并不限定于此，只要是能够通过将其溶解在溶剂中所形成的溶液对排气进行还原的粉末即可。
另外，在上述实施例1～3中，作为溶剂的一例，对水进行了说明，但并不限定于此，只要是能够溶解还原剂粉末的液体即可。
进一步，作为本发明的另一实施例，也可以是组合了实施例2以及实施例3的实施例。
另外，在上述实施例3中，作为向尿素粉末3中供给空气的结构，对在倾斜底部96形成有许多空气孔104的粉末贮存箱30进行了说明，但也可以将形成有许多开口的空气供给管配置于粉末贮存箱30内部(例如图3所示的实施例2中的浸透管23那样)。
另外，在上述实施例1以及3中没有具体地对高浓度尿素水U的浓度的上述规定范围与粉末贮存箱30所贮存的尿素粉末3的高度之间的关系进行记载，例如在上述规定范围是40％(质量浓度)以上的情况下，优选上述尿素粉末3的高度为10cm以上。这样，高浓度尿素水U的浓度为40％以上(也就是在上述规定范围内)，因此不会通过上述循环通道41返回至粉末贮存箱30。因此，能够高效地生成浓度在规定范围内的高浓度尿素水U(也就是已调整尿素水)，换言之，能够在整体上高效化。此外，上述规定范围40％(质量浓度)与上述尿素粉末3的高度10cm以上之间的关系是通过以下实验所得的。即，如图5以及图6所示，从上方向放入托盘T的尿素粉末3的块慢慢注入1升的水W。该水W从尿素粉末3的的块的上表面逐渐浸透至底部，在该过程中尿素粉末3溶解成为高浓度尿素水U，并积存在托盘T中。将积存在该托盘T中的高浓度尿素水U抽出至另一小型托盘t，用便携式尿素水浓度计(ATAGO株式会社制的PAL-Urea)测量其浓度。在上述尿素粉末3的块的高度为10cm、15cm以及20cm时，测量的浓度分别为40.5％、41.0％以及45.3％。

Claims (5)

1.一种船用发动机的排气净化设备，其在具备溶剂精制装置、船用发动机以及还原装置的船舶上，将来自该船用发动机的排气通过该还原装置进行还原，从而将其净化，所述船用发动机的排气净化设备的特征在于，
具有：贮存用于进行所述还原的还原剂粉末的粉末贮存容器、以及将通过所述溶剂精制装置所精制的溶剂供给至所述粉末贮存容器的溶剂供给通道；
所述粉末贮存容器使所贮存的还原剂粉末的一部分溶解于通过所述溶剂供给通道供给的溶剂中，从而生成高浓度溶液；
在所述粉末贮存容器，从上游侧起具有：对高浓度溶液的浓度进行测量的测量容器、以及通过调整高浓度溶液的浓度而将该高浓度溶液制成已调整溶液的调整容器；
具有：将通过所述粉末贮存容器生成的高浓度溶液供给至所述测量容器的第一溶液供给通道、将所述测量容器的高浓度溶液供给至所述调整容器的第二溶液供给通道、以及将所述调整容器的已调整溶液供给至所述还原装置的已调整溶液供给通道；
所述还原装置将通过所述已调整溶液供给通道供给的所述已调整溶液供给至所述排气中，从而对该排气进行还原。
2.根据权利要求1所述的船用发动机的排气净化设备，其特征在于，
具有：能够将测量容器中的高浓度溶液返回至粉末贮存容器的循环通道、以及能够将通过溶剂精制装置所精制的溶剂供给至调整容器的稀释通道；
所述测量容器若测量的高浓度溶液的浓度不足规定范围，则将该高浓度溶液通过所述循环通道返回至粉末贮存容器；
若高浓度溶液的浓度超过规定范围，则所述调整容器通过来自所述稀释通道的溶剂对该高浓度溶液进行稀释。
3.根据权利要求1或2所述的船用发动机的排气净化设备，其特征在于，
在粉末贮存容器设置有控制其内部温度的温度控制器；
所述温度控制器将粉末贮存容器内部维持在促进还原剂粉末溶解于溶剂的温度，且维持在还原剂粉末不产生有毒气体的温度。
4.根据权利要求1或2所述的船用发动机的排气净化设备，其特征在于，
在溶剂供给通道的粉末贮存容器侧连接有使溶剂浸透还原剂粉末的浸透管；
所述浸透管从所述粉末贮存容器中的还原剂粉末的上表面至底部连续配置；
在所述浸透管上形成有许多用于使溶剂从所述还原剂粉末的上表面至底部进行浸透的开口。
5.根据权利要求1或2所述的船用发动机的排气净化设备，其特征在于，
在粉末贮存容器上形成有许多空气孔，或在粉末贮存容器上配置有空气供给管；
所述空气孔或空气供给管向粉末贮存容器中的还原剂粉末供给空气。
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