JP2010084695A

JP2010084695A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2010084695A
Application number: JP2008256342A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Umemoto; 義幸梅本
Original assignee: Diesel United Ltd
Current assignee: Diesel United Ltd
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】舶用ディーゼル機関の排ガスにより駆動される過給機におけるタービン出口側の排気管のように直径が太径の場合でも、簡単な構造の注水ノズルにより、尿素水やアンモニア水を排ガス中に均一に噴霧し、尿素水又はアンモニア水が少量でもＮＯx低減の効率を十分に向上させるようにする。
【解決手段】舶用ディーゼル機関からの排ガスＧにより駆動される過給機５のタービン５ａよりも排ガス流れ方向下流側に設けられたＳＣＲ触媒装置８と、ＳＣＲ触媒装置８に供給される排ガスＧに尿素水又はアンモニア水を噴霧する注水ノズル１３を備えた排ガス浄化装置であって、注水ノズル１３は、タービン５ａにおけるタービン翼よりも排ガス流れ方向上流側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は排ガス浄化装置に関するものである。

例えば、舶用ディーゼル機関の排ガス浄化装置では、排ガス中のＮＯxを大幅に低減するためにＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒装置（選択還元型触媒装置）が用いられ、ＮＯxの還元液である尿素水やアンモニア水は、舶用ディーゼル機関の排気管に設けられたＳＣＲ触媒装置の入口直前において、排気管中に噴霧されるようになっている。

従来の舶用ディーゼル機関の排ガス浄化装置の一例は図４に示されている。図中、１は舶用ディーゼル機関の複数のシリンダ、２は各シリンダ１のシリンダ出口枝管３からの排ガスＧが排出される排気主管、４は排気主管２のシリンダ出口枝管３接続側とは反対側に接続された排気主管出口枝管、５はタービン５ａ及びタービン５ａにより駆動されるブロワ５ｂを備えた過給機である。タービン５ａは、タービン入口部６を介して排気主管出口枝管４に接続されており、タービン出口部７を介して、中途部にＳＣＲ触媒装置８を備えた排気管９に接続されている。

１０は尿素水又はアンモニア水が貯留されるタンク、１１はタンク１０に貯留されている尿素水又はアンモニア水を給水管１２から、ＳＣＲ触媒装置８の入口部において排気管９内に設けられた注水ノズル１３に供給するポンプであり、注水ノズル１３からは、排気管９内に尿素水又はアンモニア水を噴霧し得るようになっている。

舶用ディーゼル機関の運転によりシリンダ１において燃料が燃焼して生成された排ガスＧは、排気行程時にシリンダ１から排出され、シリンダ出口枝管３から排気主管２に排気され集合し、排気主管２から排気主管出口枝管４を通り過給機５のタービン５ａに導入される。このため、タービン５ａの翼が回転してブロワ５ｂが駆動される。而して、ブロワ５ｂの駆動によりブロワ５ｂに吸入された空気は加圧されて吸気行程時にシリンダ１に吸入される。

タービン５ａから排出された排ガスＧは、排気管９を経てＳＣＲ触媒装置８に供給される。この際、タンク１０に貯留されている尿素水又はアンモニア水は、ポンプ１１により給水管１２を送給され、ＳＣＲ触媒装置８の入口部において、注水ノズル１３から排気管９内を流れる排ガスＧ中に噴霧され、尿素水又はアンモニア水を噴霧された排ガスＧはＳＣＲ触媒装置８へ導入される。

ＳＣＲ触媒装置８では、タンク１０から排ガスＧ中に供給された還元液が尿素水の場合、尿素は高温下で加水分解してアンモニアになる。又、タンク１０から排ガスＧ中に供給された還元液がアンモニア水の場合は加水分解はされない。このため、排ガスＧに含まれているＮＯxは、ＳＣＲ触媒装置８においてアンモニアにより選択還元されて窒素ガスＮ_２や酸素Ｏ_２となり、ＳＣＲ触媒装置８から排出されて排ガスＧと共に排気管９から下流側へ送給される。

内燃機関から排出された排ガス中に尿素水或はアンモニア水を噴霧して還元触媒により排ガス中のＮＯxを還元し、低減する装置としては、特許文献１がある。
特表２００２−５３１７４５号公報

図４の装置では、ＳＣＲ触媒装置８の入口部において注水ノズル１３から、尿素水又はアンモニア水を、排気管９内にガス流れ方向下流側へ向けて噴霧している。このため、尿素水又はアンモニア水は排ガスＧに同伴されるが、排ガスＧ中に均一に拡散することは難しい。又、舶用ディーゼル機関では、タービン５ａ出口側の排気管９は直径が１ｍ以上になるため、ＳＣＲ触媒装置８の入口部において排気管９内に尿素水やアンモニア水を均一に分散するよう噴霧することはより一層困難であり、その結果、排ガスＧ中のＮＯxの低減を十分に行うことができず、尿素水やアンモニア水の消費量も多くなり、更に、ＳＣＲ触媒装置８出口でのアンモニアスリップ量が増加する。

このため、舶用ディーゼル機関のタービン５ａ出口側の排気管９のように、直径が１ｍを超えるような場合でも、排気管９内に尿素水やアンモニア水を均一に噴霧するようにして上記問題点を解決するには、大型の多孔式噴霧装置とか強制攪拌装置が必要となるため、注水システムが複雑となって製作コストが上昇し、掃除や点検等のメンテナンスも困難となる。

なお、供給されたアンモニアが１００％化学反応すれば、問題はないが、アンモニアが排ガスＧ中に均一に分散されない場合、化学反応できなかったアンモニアがそのまま外部へ排出されてしまう（有害物質の排出）。このようにアンモニアが化学反応せずに外部へ排出されることをアンモニアにスリップという。又、アンモニアスリップ量が増加するとＮＯxの低減効率が低下する。

引用文献１の装置においても、水尿素溶液を還元触媒の入口部において排気管に噴霧している。このため、噴霧された水尿素溶液は排ガス中に均一に拡散することは難しく、図４の従来の装置と同様の問題がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、舶用ディーゼル機関のタービン出口の排気管のように直径が太径の場合でも、簡単な構造のノズルにより、尿素水やアンモニア水のような還元液を排ガス中に均一に噴霧し、尿素水やアンモニア水が少量でもＮＯx低減の効率を十分に向上させるようにすることを目的としてなしたものである。

請求項１の排ガス浄化装置は、内燃機関からの排ガスにより駆動される過給機のタービンよりも排ガス流れ方向下流側に設けられたＳＣＲ触媒装置と、該ＳＣＲ触媒装置に供給される排ガスに還元液を噴霧するノズルを備えた排ガス浄化装置であって、前記ノズルは、前記タービンにおいてタービン翼よりも排ガス流れ方向上流側に配置されているものである。

請求項２の排ガス浄化装置においては、前記ノズルは、タービンの水洗浄装置と共用し得るよう構成されており、請求項３の排ガス浄化装置においては、ノズルは、還元液を排ガス流れ方向上流側に向けて噴霧し得るよう構成されており、請求項４の排ガス浄化装置においては、還元液は、尿素水又は／及びアンモニア水であり、請求項５の排ガス浄化装置においては、内燃機関は舶用ディーゼル機関である。

本発明の排ガス浄化装置によれば、以下のような効果を奏することができる。
Ｉ）ノズルを過給機のタービンにおいてタービン翼よりも排ガス流れ方向上流側に配置しているため、排ガスに同伴された尿素水又はアンモニア水はタービン翼に衝突し攪拌されて十分に均一に拡散され、従って、ノズルを太径の排気管内に設置する場合でも、ノズルは簡単な構造で良く、設計や製作が容易である。
ＩＩ）ＮＯxの還元には当量比のアンモニアが必要であるが、尿素水又はアンモニア水は排ガス中に均一に拡散されるため、濃度の不均一がなくなり、尿素水又はアンモニア水の使用量を最小限とすることができる。
ＩＩＩ）尿素水又はアンモニア水の過濃領域がなくなるため、ＳＣＲ触媒装置の出口下流側で未反応のアンモニアが減少し、アンモニアスリップ現象に対しても有利となる。
ＩＶ）通常、過給機には、タービンの水洗洗浄装置として洗浄ノズルを取付け可能となっているが、尿素水又はアンモニア水を噴霧するためのノズルを洗浄ノズルと共用することも可能であり、装置を簡略化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４に示すものとと同一の符号を付した部分は同一のものを表わしており、基本的な構成は図４に示す従来の装置と略同様である。而して、本図示例の特徴とするところは、図２に示すごとく、給水管１２の先端に設けた注水ノズル１３は、タービン入口部６においてタービン翼１４の排ガスＧの流れ方向上流側に配置されており、先端近傍外周部には、図３に示すように、筒体の円周方向へ所定の間隔で複数の噴霧孔１３ａが穿設されている。而して、噴霧孔１３ａは、尿素水又はアンモニア水Ｗの噴射方向が排ガスＧの流れ方向に対し下流側から上流側に向かうと共に、注水ノズル１３の径方向外方へ拡散するよう、軸線に対し斜めに形成されている。このようにしたのは、タービン入口部６に噴霧された尿素水又はアンモニア水Ｗができるだけ排ガスＧ中に拡散して均一に分布するようにするためである。

次に、上記図示例の作動を説明する。
従来の場合と同様、舶用ディーゼル機関の運転によりシリンダ１において燃料が燃焼して生成された排ガスＧは、排気行程時にシリンダ１から排出され、シリンダ出口枝管３から排気主管２に排気され集合し、排気主管２から排気主管出口枝管４を通り過給機５のタービン５ａに導入される。このため、タービン翼１４が回転してブロワ５ｂが駆動される。而して、ブロワ５ｂの駆動によりブロワ５ｂに吸入された空気は加圧されて吸気行程時にシリンダ１に吸入される。

排ガスＧがタービン入口部６に導入された際には、タービン翼１４よりも排ガスＧの流れ方向上流側において、排ガスＧ中には尿素水又はアンモニア水Ｗが噴霧される。すなわち、ポンプ１１により給水管１２を送給された尿素水又はアンモニア水Ｗは、注水ノズル１３の噴霧孔１３ａから排ガスＧの流れ方向上流側へ向け且つ注水ノズル１３の径方向外方へ拡散するよう噴射される。このため、尿素水又はアンモニア水Ｗは、排ガスＧ中にある程度拡散して均一に分布した状態で排ガスＧに混合され同伴され、排ガスＧと共に下流側へ供給されて回転しているタービン翼１４に衝突する。その結果、尿素水又はアンモニア水Ｗは、攪拌されて排ガスＧ中に更に十分に拡散し、均一に分散する。

排ガスＧに十分に均一に拡散された尿素水又はアンモニア水Ｗは、排ガスＧと共に排気管９からＳＣＲ触媒装置８に供給される。タンク１０から排ガスＧに噴霧された還元液が尿素水の場合、尿素は高温下で加水分解してアンモニアが生成される。又、タンク１０から排ガスＧに噴霧された還元液がアンモニアの場合は加水分解はしない。このため、ＮＯxは触媒の存在下でアンモニアと選択還元反応して、窒素ガスＮ_２や酸素Ｏ_２に還元される。窒素ガスＮ_２や酸素Ｏ_２を含む排ガスＧは、ＳＣＲ触媒装置８から排出されて排気管９から下流へ送給される。

本図示例によれば、注水ノズル１３を過給機５のタービン５ａにおけるタービン入口部６に、タービン翼１４よりも排ガスＧの流れ方向上流側に位置するよう、配置することで、排ガスＧに同伴された尿素水又はアンモニア水Ｗはタービン翼１４に衝突し攪拌されて十分に均一に拡散される。このため、排気管９が太径の場合でも、注水ノズル１３は簡単な構造で良く、設計や製作が容易である。

又、ＮＯxの還元には当量比のアンモニアが必要であるが、尿素水又はアンモニア水Ｗは排ガスＧ中に均一に拡散されるため、濃度の不均一がなくなり、尿素水又はアンモニア水Ｗは最小限とすることができ、更には、排ガスＧ中において、尿素水又はアンモニア水Ｗの過濃領域がなくなるため、ＳＣＲ触媒装置８の出口下流側で未反応のアンモニアが減少し、アンモニアスリップ現象に対しても有利となり、更に又、通常、過給機５には、タービン５ａの水洗洗浄装置として洗浄ノズルを取付け可能となっているが、尿素水又はアンモニア水Ｗの注水ノズル１３を洗浄ノズルと共用することも可能であり、装置を簡略化することができる。

なお、本発明の排ガス浄化装置においては、注水ノズルは、タービンの水洗浄装置と共用するようにしても、或はタービンの水洗浄装置とは別個に設置しても実施できること、還元液として尿素水又はアンモニア水を用いる場合について説明したが、同時に尿素水及びアンモニア水を使用しても実施できること、内燃機関としては舶用ディーゼル機関に限るものではなく、車両用ディーゼル機関に対して適用することもできること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の排ガス浄化装置の実施の形態の一例を示す構成図である。図１に示す過給機のタービンの部分の断面図である。図１、図２に示す注水ノズルの詳細断面図である。従来の排ガス浄化装置を示す構成図である。

符号の説明

５過給機
５ａタービン
８ＳＣＲ触媒装置
１３注水ノズル（ノズル）
１４タービン翼
Ｇ排ガス
Ｗ尿素水又はアンモニア水（還元液）

Claims

内燃機関からの排ガスにより駆動される過給機のタービンよりも排ガス流れ方向下流側に設けられたＳＣＲ触媒装置と、該ＳＣＲ触媒装置に供給される排ガスに還元液を噴霧するノズルを備えた排ガス浄化装置であって、前記ノズルは、前記タービンにおいてタービン翼よりも排ガス流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
前記ノズルは、タービンの水洗浄装置と共用し得るよう構成されている請求項１に記載の排ガス浄化装置。
前記ノズルは、還元液を排ガス流れ方向上流側に向けて噴霧し得るよう構成されている請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
還元液は、尿素水又は／及びアンモニア水である請求項１乃至３の何れかに記載の排ガス浄化装置。
内燃機関は舶用ディーゼル機関である請求項１乃至４の何れかに記載の排ガス浄化装置。