JP2013221463A - Denitration catalyst unit inserted type muffler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、還元剤を用いて脱硝を行う脱硝触媒ユニットを備えた、内燃機関の排気ガスを排出する排気経路の途中に設けられる脱硝触媒ユニット内挿型消音装置に関する。 The present invention relates to a denitration catalyst unit insertion-type silencer provided in the middle of an exhaust path for exhausting exhaust gas from an internal combustion engine, which includes a denitration catalyst unit that performs denitration using a reducing agent.
内燃機関の排気ガス系統より排出される窒素酸化物（以下、適宜「ＮＯｘ」という。）は主要な大気汚染物質である。ＮＯｘの規制は、国際条約などの世界共通ルールとして各国で実施されている。例えば、船舶から排出される排気ガスに対する規制は、国連の海事関係の専門機関である国際海事機関（ＩＭＯ、International Maritime Organization）で検討された結果、２０１６年より３次規制が実施される予定である。このように、環境問題への意識の高まりにより、内燃機関からの排気ガスに対する規制が厳しくなってきている。
また、内燃機関（発電機関）には、上述した排気ガス以外に騒音の問題がある。近時の内燃機関は、その高出力化にともなって、排気ガス出口騒音レベルが１１０ｄＢ（Ａ）〜１３５ｄＢ（Ａ）と高くなっている。このため、１０ｄＢ（Ａ）〜３５ｄＢ（Ａ）程度という高いレベルの減衰を実現できる消音装置の設置が求められている。
そして、排気ガス系統の許容圧力損失は、一般的に３．０ｋＰａ（３００ｍｍＡｑ）程度である。このため、この系統に設置される機器類は、この限度をベースに計画しなければならない。また、消音器は船舶の狭隘な機関室に設置する必要がある。これらの理由により、消音装置には小型コンパクト化が要求される。
Nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx” as appropriate) discharged from the exhaust gas system of the internal combustion engine are main air pollutants. NOx regulations are being implemented in various countries as global rules such as international treaties. For example, regulations on exhaust emissions from ships have been studied by the International Maritime Organization (IMO), a specialized maritime organization of the United Nations, and a third regulation will be implemented from 2016. is there. As described above, with increasing awareness of environmental problems, regulations on exhaust gas from an internal combustion engine have become stricter.
In addition, the internal combustion engine (power generation engine) has a problem of noise other than the exhaust gas described above. In recent internal combustion engines, the exhaust gas outlet noise level has increased to 110 dB (A) to 135 dB (A) with the increase in output. For this reason, installation of the silencer which can implement | achieve a high level attenuation | damping about 10 dB (A)-about 35 dB (A) is calculated | required.
The allowable pressure loss of the exhaust gas system is generally about 3.0 kPa (300 mmAq). For this reason, the equipment installed in this system must be planned based on this limit. The silencer must be installed in a narrow engine room of the ship. For these reasons, the silencer is required to be small and compact.
そこで、従来、消音器と脱硝装置とを一体にした装置（例えば、特許文献１〜３）が用いられている。また、内燃機関への悪影響を抑制した排気ガス浄化システム（例えば、特許文献４）や、排気ガス中に含まれる粒径の小さい煤および気相で存在する物質を補足する内燃機関の排気浄化装置（例えば、特許文献５）も用いられている。 Therefore, conventionally, a device (for example, Patent Documents 1 to 3) in which a silencer and a denitration device are integrated is used. Also, an exhaust gas purification system that suppresses adverse effects on the internal combustion engine (for example, Patent Document 4), and an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that supplements small-particle-size soot and substances present in the gas phase contained in the exhaust gas. (For example, patent document 5) is also used.
特許文献１には、脱硝効率を高めつつ、装置自体の設置に要するスペースを小さくすることを目的として、反応層内部に、空隙部を介在して排気ガスが迂回しながら通過可能な脱硝剤を、多段構成として積層配置した消音機能付き脱硝装置が記載されている。
特許文献２には、排気ガスに含まれるＮＯｘの浄化効率を向上させることを目的として、還元剤等供給手段の下流側且つＳＣＲ触媒の上流側に、排気ガスの流れを分散、均一化するための通気孔を有するプレートを設けたＳＣＲマフラーが記載されている。
特許文献３には、省スペースで高い消音性能・脱硝効率を実現することを目的として、筐体の内部を三室以上に分割するとともに隣接する室同士を連通させた、膨張型の消音器と脱硝触媒とを備えた消音器一体型脱硝装置が記載されている。
特許文献４には、内燃機関の過度特性を悪化させないで排ガス中のＮＯｘを除去することを目的として、往復動内燃機関と過給機との間の排気経路に尿素水溶液を供給する尿素水溶液供給部を備えた排ガス浄化システムが記載されている。
特許文献５には、煤などの微粒子物質を排気ガスから除去することを目的として、触媒コンバータとサイクロンとを備えた内燃機関の排気浄化装置が記載されている。
Patent Document 1 discloses a denitration agent that allows passage of exhaust gas while bypassing an air gap inside the reaction layer for the purpose of reducing the space required for installation of the apparatus itself while increasing the denitration efficiency. In addition, a denitration device with a silencing function arranged in a multi-layer configuration is described.
In Patent Document 2, in order to improve the purification efficiency of NOx contained in exhaust gas, in order to disperse and equalize the flow of exhaust gas downstream of the reducing agent supply means and upstream of the SCR catalyst. An SCR muffler provided with a plate having a plurality of ventilation holes is described.
Patent Document 3 describes an expansion-type silencer and a denitration system in which the interior of a housing is divided into three or more chambers and adjacent chambers are communicated with each other for the purpose of realizing a space-saving and high silencing performance and denitration efficiency. A silencer-integrated denitration device with a catalyst is described.
Patent Document 4 discloses a urea aqueous solution supply for supplying a urea aqueous solution to an exhaust path between a reciprocating internal combustion engine and a supercharger for the purpose of removing NOx in exhaust gas without deteriorating excessive characteristics of the internal combustion engine. An exhaust gas purification system with a section is described.
Patent Document 5 describes an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that includes a catalytic converter and a cyclone for the purpose of removing particulate matter such as soot from the exhaust gas.
しかしながら、特許文献１〜４に記載の装置では、排気ガスに含まれる固形物の処理について何ら考慮されていない。また、特許文献５に記載の排気浄化装置は、消音機能を備えたものではない。そして、排気ガスから固形物を取り除くためにサイクロンを用いていることから、小型コンパクト化が困難であるという問題がある。
そこで、本発明は、消音装置一体型の脱硝装置において、排気ガスに含まれている固形物をも取り除く機能を備えた、船舶の狭隘な機関室に設置するのに好適な、従来よりも小型コンパクト化した脱硝触媒ユニット内挿型消音装置を提供することを目的としている。
However, in the apparatuses described in Patent Documents 1 to 4, no consideration is given to the treatment of solid substances contained in the exhaust gas. Moreover, the exhaust emission control device described in Patent Document 5 does not have a silencing function. And since a cyclone is used in order to remove a solid substance from exhaust gas, there exists a problem that size reduction is difficult.
Therefore, the present invention provides a silencing device-integrated denitration device that is suitable for installation in a narrow engine room of a ship having a function of removing solids contained in exhaust gas, and is smaller than the conventional one. It is an object of the present invention to provide a compact denitration catalyst unit insertion type silencer.
請求項１に記載の本発明の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置は、内燃機関の排気ガスを排出する排気経路の途中に設けられる消音装置であって、本体外筒と、排気ガスが流入する流入口と、前記流入口が取り付けられ前記本体外筒の前端部と接続される前端板と、処理を終えた排気ガスが流出する流出口と、前記流出口が取り付けられ前記本体外筒の後端部と接続される後端板と、前記本体外筒の内部に流れ方向の前後に空間を残して設けられた、前記排気ガス中に噴射される還元剤を用いて脱硝を行う脱硝触媒ユニットと、前記流入口と前記脱硝触媒ユニットの間に設けた前記排気ガス中の固形物を処理する攪拌手段とを備えたことを特徴とする。
攪拌手段で還元剤と排気ガスとを混合する際に、排気ガス中の固形物を処理することにより、排気ガス中の固形物を取り除くことが容易になる。
A denitration catalyst unit insertion type silencer of the present invention according to claim 1 is a silencer provided in the middle of an exhaust path for discharging exhaust gas of an internal combustion engine, and a main body outer cylinder and exhaust gas flow into the silencer. An inflow port, a front end plate to which the inflow port is attached and connected to a front end portion of the main body outer cylinder, an outflow port from which exhaust gas that has been processed flows out, and a rear end of the main body outer cylinder to which the outflow port is attached A denitration catalyst unit that performs denitration using a reducing agent that is injected into the exhaust gas, and is provided with a rear end plate connected to an end portion and a space left and right inside the main body outer cylinder in the flow direction. And a stirring means for treating the solid matter in the exhaust gas provided between the inlet and the denitration catalyst unit.
When the reducing agent and the exhaust gas are mixed with the stirring means, the solid matter in the exhaust gas can be easily removed by treating the solid matter in the exhaust gas.
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記撹拌手段が傾斜羽根により構成されていることを特徴とする。
上記の構成により、本体外筒内にその中心軸を中心とする回転流を形成することができる。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記撹拌手段の下流側の近傍に前記固形物を収集し除去する収集除去手段を備えたことを特徴とする。
上記の構成により、排気ガス中の固形物を処理して本体外筒内壁に沿った流れを形成し、排気ガス中の固形物を容易に取り除くことができる。
According to a second aspect of the present invention, in the denitration catalyst unit-inserted muffler according to the first aspect, the stirring means is constituted by inclined blades.
With the above configuration, a rotational flow centered on the central axis can be formed in the main body outer cylinder.
According to a third aspect of the present invention, in the denitration catalyst unit-inserted muffler according to the first or second aspect, the collecting and removing unit collects and removes the solid matter in the vicinity of the downstream side of the stirring unit. It is provided with.
With the above configuration, the solid matter in the exhaust gas can be processed to form a flow along the inner wall of the outer cylinder, and the solid matter in the exhaust gas can be easily removed.
請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３のうちの１項に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記前端板を流路が漸次拡大する拡大筒状に形成したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the denitration catalyst unit-inserted muffler according to one of the first to third aspects, the front end plate is formed in an enlarged cylindrical shape in which a flow path gradually expands. It is characterized by that.
請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４のうちの１項に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記脱硝触媒ユニットと前記後端板の間に仕切板を介して取り付けた膨張型消音器である絞り拡大内管を備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記前端板と前記仕切板との距離および／または前記仕切板と前記後端板との距離を、前記内燃機関から発生する騒音の卓越周波数に対応した波長の略整数分の一の長さに設定したことを特徴とする。
請求項７に記載の本発明は、請求項６に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記卓越周波数に対応した波長の略整数分の一の長さは、四分の一であることを特徴とする。
上記の構成により、前端部から仕切板までの空間および仕切板から後端部までの空間により、卓越周波数の音を消すことができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the denitration catalyst unit-inserted muffler according to one of the first to fourth aspects, a partition plate is interposed between the denitration catalyst unit and the rear end plate. A diaphragm expansion inner pipe which is an attached expansion silencer is provided.
The present invention according to claim 6 is the denitration catalyst unit-inserted muffler according to claim 5, wherein the distance between the front end plate and the partition plate and / or the distance between the partition plate and the rear end plate. Is set to a length substantially equal to an integer of a wavelength corresponding to the dominant frequency of noise generated from the internal combustion engine.
According to a seventh aspect of the present invention, in the denitration catalyst unit-inserted muffler according to the sixth aspect, a length of substantially an integer of a wavelength corresponding to the dominant frequency is a quarter. It is characterized by that.
With the above configuration, it is possible to eliminate the sound of the dominant frequency by the space from the front end portion to the partition plate and the space from the partition plate to the rear end portion.
請求項８に記載の本発明は、請求項１から請求項７のうちの１項に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記排気ガス中に還元剤を噴射する還元剤噴射手段を前記撹拌手段と前記脱硝触媒ユニットの間に設けたことを特徴とする。
上記の構成により、還元剤噴射手段を脱硝触媒ユニット内挿型消音装置の内部に配置することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the denitration catalyst unit-inserted silencer according to one of the first to seventh aspects, wherein the reducing agent injection means for injecting the reducing agent into the exhaust gas is provided. It is provided between the stirring means and the denitration catalyst unit.
With the configuration described above, the reducing agent injection means can be disposed inside the denitration catalyst unit-inserted silencer.
請求項９に記載の本発明は、請求項１から請求項８のうちの１項に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記脱硝触媒ユニットを複数個有したことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明は、請求項１から請求項９のうちの１項に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記脱硝触媒ユニットは、前記本体外筒内に着脱自在に装着されたことを特徴とする。
上記の構成により、その性能が低下した場合、容易に取り替えることができるから、脱硝触媒ユニットを小さくすることができる。
The present invention described in claim 9 is characterized in that the denitration catalyst unit-inserted muffler according to one of claims 1 to 8 has a plurality of the denitration catalyst units.
According to a tenth aspect of the present invention, in the denitration catalyst unit insertion type silencing device according to one of the first to ninth aspects, the denitration catalyst unit is detachably attached to the main body outer cylinder. It is mounted.
With the above configuration, when the performance is lowered, it can be easily replaced, so the denitration catalyst unit can be made smaller.
請求項１１に記載の本発明は、請求項１０に記載の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置において、前記脱硝触媒ユニットは、複数の脱硝触媒が熱膨張型の緩衝材を介して固定されたものであることを特徴とする。
上記の構成により、複数の脱硝触媒の間に熱膨張型の緩衝材を配置した状態において、熱を加えることで、脱硝触媒の間を熱膨張型の緩衝材により埋めて固定することができる。
The present invention described in claim 11 is the denitration catalyst unit-inserted muffler according to claim 10, wherein the denitration catalyst unit includes a plurality of denitration catalysts fixed via a thermal expansion buffer material. It is characterized by being.
With the above configuration, in the state where the thermal expansion type buffer material is disposed between the plurality of denitration catalysts, by applying heat, the space between the denitration catalysts can be filled and fixed with the thermal expansion type buffer material.
本発明の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置は、流入口と脱硝触媒ユニットの間に設けた攪拌手段を用いて排気ガス中の固形物を処理することにより、還元剤と排気ガスの混合を促進することができ、脱硝触媒ユニットを小さくすることが可能となる。
また、撹拌手段により排気ガス中の固形物が処理できるので、脱硝触媒ユニットへの固形物の付着が防止でき、脱硝触媒ユニットの性能劣化の防止が図れる。
また、撹拌手段を傾斜羽根とすることにより、固形物を半径方向すなわち本体外筒の中心からその内壁側に向かう方向に集めることができ、収集が容易となり、消音効果を増すことも可能となる。
また、固形物を撹拌手段の下流側の近傍に備えた収集除去手段により、固形物の散逸が防止でき、確実に脱硝触媒ユニットへの固形物の付着の防止が図れる。
また、前端板を流路が漸次拡大する拡大筒状に形成することにより、排気ガスの流入抵抗が低減でき、また脱硝触媒ユニットへ排気ガスの流れを均一化できる。
流入口から仕切板までの距離および仕切板から流出口までの距離を所定の長さとして、これら空間により卓越周波数の音を消す構成とすれば、本体外筒内の２つの空間により効率良く消音することが可能となる。
還元剤噴射手段をその内部に配置する構成とすれば、脱硝触媒ユニット内挿型消音装置を小さくすることが可能となる。
脱硝触媒ユニットを容易に交換できる構成とすれば、小さな脱硝触媒ユニットを必要に応じて交換することにより機能を維持できるから、脱硝触媒ユニット内挿型消音装置を小さくすることが可能となる。
脱硝触媒ユニットの脱硝触媒を熱膨張型の緩衝材により固定する構成とすれば、脱硝触媒ユニットの作製が容易になる。
The denitration catalyst unit insertion-type silencer of the present invention promotes mixing of the reducing agent and the exhaust gas by treating the solid matter in the exhaust gas using the stirring means provided between the inlet and the denitration catalyst unit. It is possible to reduce the size of the denitration catalyst unit.
Further, since the solid matter in the exhaust gas can be processed by the stirring means, the solid matter can be prevented from adhering to the denitration catalyst unit, and the performance of the denitration catalyst unit can be prevented from being deteriorated.
Further, by using the agitating means as the inclined blades, the solid matter can be collected in the radial direction, that is, in the direction from the center of the main body outer cylinder toward the inner wall side, the collection becomes easy, and the silencing effect can be increased. .
Further, the collection and removal means provided with the solid matter in the vicinity of the downstream side of the stirring means can prevent the solid matter from escaping and reliably prevent the solid matter from adhering to the denitration catalyst unit.
Further, by forming the front end plate in an enlarged cylindrical shape in which the flow path gradually expands, the inflow resistance of the exhaust gas can be reduced, and the flow of the exhaust gas to the denitration catalyst unit can be made uniform.
If the distance from the inflow port to the partition plate and the distance from the partition plate to the outflow port are set to the predetermined lengths, and the sound of the dominant frequency is eliminated by these spaces, the sound can be effectively silenced by the two spaces in the main body outer cylinder. It becomes possible to do.
If the reducing agent injection means is arranged inside, it is possible to reduce the size of the denitration catalyst unit-inserted silencer.
If the denitration catalyst unit can be easily replaced, the function can be maintained by replacing a small denitration catalyst unit as necessary, and therefore the denitration catalyst unit insertion type silencer can be made smaller.
If the denitration catalyst of the denitration catalyst unit is fixed with a thermal expansion type buffer material, the production of the denitration catalyst unit becomes easy.
本発明の実施形態につき、図１〜図５を参照して以下に説明する。
図１（ａ）は本発明の実施形態の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置の内部を示すために本体外筒の一部を取り除いた状態を模式的に示した正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０は、本体外筒１１、流入口１２、本体外筒１１の前端部１３と接続される前端板１４、流出口１５、本体外筒１１の後端部１６と接続される後端板１７、本体外筒１１の内部に流れ方向の前後に空間１８、１９を残して設けられた脱硝触媒ユニット２０、攪拌手段２１、還元剤噴射手段２２、収集除去手段２３、仕切板２４および絞り拡大内管２５を備えている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1A is a front view schematically showing a state in which a part of a main body outer cylinder is removed in order to show the inside of a denitration catalyst unit-inserted muffler according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in FIG. 1A, a denitration catalyst unit insertion-type silencer 10 of the present embodiment includes a main body outer cylinder 11, an inlet 12, and a front end plate 14 connected to a front end portion 13 of the main body outer cylinder 11, Outlet 15, rear end plate 17 connected to the rear end portion 16 of the main body outer cylinder 11, denitration catalyst unit 20 provided inside the main body outer cylinder 11 with spaces 18 and 19 left and right in the flow direction, stirring Means 21, reducing agent injection means 22, collection / removal means 23, partition plate 24, and aperture expansion inner tube 25 are provided.
本体外筒１１は、排気ガスを排出する排気経路に設けられるものであり、図１（ｂ）に示すように円筒状の形状をしている。このため、攪拌手段２１により形成される回転流により、内壁に沿った円滑な固形物２６の流れが形成される。ただし、本体外筒１１の内壁に沿った固形物２６の流れが形成されれば、排気ガスから固形物を取り除くことができる。したがって、本体外筒１１は円筒状であることが好ましいものの、図１（ｂ）に示す円筒状の形状に限られるものではなく、断面が楕円状や多角形のものを用いることもできる。 The main body outer cylinder 11 is provided in an exhaust path for exhausting exhaust gas, and has a cylindrical shape as shown in FIG. For this reason, a smooth flow of the solid material 26 along the inner wall is formed by the rotating flow formed by the stirring means 21. However, if the flow of the solid material 26 along the inner wall of the main body outer cylinder 11 is formed, the solid material can be removed from the exhaust gas. Therefore, although it is preferable that the main body outer cylinder 11 is cylindrical, it is not restricted to the cylindrical shape shown in FIG.1 (b), A thing with an elliptical shape or a polygonal cross section can also be used.
流入口１２は、図示しない内燃機関からの排気ガスが流入する入口であり、本体外筒１１の前端板１４に接続されている。流出口１５は、処理を終えた排気ガスが流出する出口であり、本体外筒１１の後端板１７に接続されている。
前端板１４は、流路が漸次拡大する拡大筒状に形成されている。これにより、流入口１２により流入した排気ガスの流れをスムーズにすることができる。
The inlet 12 is an inlet through which exhaust gas from an internal combustion engine (not shown) flows, and is connected to the front end plate 14 of the main body outer cylinder 11. The outlet 15 is an outlet through which the exhaust gas that has been processed flows out, and is connected to the rear end plate 17 of the main body outer cylinder 11.
The front end plate 14 is formed in an enlarged cylindrical shape in which the flow path gradually expands. Thereby, the flow of the exhaust gas flowing in through the inlet 12 can be made smooth.
脱硝触媒ユニット２０は、排気ガス中に噴射される還元剤を用いて排気ガスの脱硝を行う。攪拌手段２１は、流入口１２と脱硝触媒ユニット２０の間に設けられ、排気ガスと還元剤とを混合して脱硝触媒ユニット２０による脱硝効率を向上させるとともに、排気ガス中の固形物を処理する。ここで「排気ガス中の固形物を処理する」とは、排気ガスから固形物を取り除くのに適した状態とすることをいう。 The denitration catalyst unit 20 performs denitration of the exhaust gas using a reducing agent injected into the exhaust gas. The agitation means 21 is provided between the inlet 12 and the denitration catalyst unit 20 and improves the denitration efficiency of the denitration catalyst unit 20 by mixing the exhaust gas and the reducing agent, and processes the solid matter in the exhaust gas. . Here, “treating the solid matter in the exhaust gas” means making it suitable for removing the solid matter from the exhaust gas.
攪拌手段２１は、傾斜羽根により構成されている。本体外筒１１の上流側の流入口１２から流入した排気ガスが攪拌手段２１を通過することにより、本体外筒１１の中心軸を中心とする排気ガスの回転流が形成される。排気ガス中に含まれる煤などの固形物２６は遠心力により回転流の外側方向に飛ばされるから、攪拌手段２１により本体外筒１１の内壁に沿った固形物２６の流れが形成される。そして、攪拌手段２１の下流側の近傍に設けられた収集除去手段２３によって、固形物２６を収集し排気ガスから除去して、固形物収集用箱体２７内に集める。ここで「下流側の近傍」とは、攪拌手段２１により処理され、本体外筒１１の内壁に沿って流れている固形物２６を収集するに適した位置をいう。 The stirring means 21 is composed of inclined blades. The exhaust gas flowing in from the inlet 12 on the upstream side of the main body outer cylinder 11 passes through the stirring means 21, so that a rotational flow of the exhaust gas centering on the central axis of the main body outer cylinder 11 is formed. Since the solid matter 26 such as soot contained in the exhaust gas is blown away by the centrifugal force in the outer direction of the rotating flow, the stirring means 21 forms a flow of the solid matter 26 along the inner wall of the main body outer cylinder 11. Then, the solid material 26 is collected by the collecting and removing device 23 provided in the vicinity of the downstream side of the stirring device 21, removed from the exhaust gas, and collected in the solid material collecting box 27. Here, “near the downstream side” refers to a position suitable for collecting the solid material 26 processed by the stirring means 21 and flowing along the inner wall of the main body outer cylinder 11.
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、収集除去手段２３は、本体外筒１１の内部と固形物収集用箱体２７の内部とを連通する細隙（スリット）部２３Ａと、当該細隙部２３Ａを覆うように、本体外筒１１の内側に、攪拌手段２１より形成された回転流と反対方向に立ち上がった矩形の板状体よりなる立ち上がり部２３Ｂとから形成されている。立ち上がり部２３Ｂにより細隙部２３Ａ側への流れが形成される。高速の排ガスは、攪拌手段２１の傾斜羽根により旋回し、回転流（遠心力）により本体外筒１１の内壁近辺に集められた固形物２６は、細隙部２３Ａを通って、固形物収集用箱体２７内に収集される。また、固形物収集用箱体２７内に集められた固形物２６は、固形物収集用箱体２７の流入口１２側に設けられた弁２９を開いて取り出すことができる。 As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the collection and removal means 23 includes a slit (slit) portion 23A that communicates the inside of the main body outer cylinder 11 and the inside of the solid matter collection box 27; In order to cover the slit portion 23A, a rising portion 23B made of a rectangular plate that rises in the opposite direction to the rotational flow formed by the stirring means 21 is formed inside the main body outer cylinder 11. . A flow toward the slit portion 23A is formed by the rising portion 23B. The high-speed exhaust gas is swirled by the inclined blades of the stirring means 21, and the solid matter 26 collected in the vicinity of the inner wall of the main body outer cylinder 11 by the rotational flow (centrifugal force) passes through the slit portion 23A and collects the solid matter. Collected in the box 27. Further, the solid matter 26 collected in the solid matter collection box 27 can be taken out by opening the valve 29 provided on the inlet 12 side of the solid matter collection box 27.
還元剤噴射手段２２は、還元剤としての尿素水を本体外筒１１内に噴霧するものである。還元剤噴射手段２２により噴霧された尿素水は、攪拌手段２１により形成された回転流で排気ガスと均一に混合される。そして、脱硝触媒ユニット２０において、選択接触還元触媒により排気ガスの脱硝がなされる。排気ガスの脱硝における反応式を以下に示す。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ → ２ＮＨ３＋ＣＯ２
ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ＮＯ２＋８ＮＨ３ → ７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ
なお、還元剤噴射手段２２による尿素水の噴霧においては、排気ガス中のＮＯｘ濃度を規定値に低減するために必要な尿素量となるように、尿素の量が調整される。
The reducing agent injection means 22 sprays urea water as a reducing agent into the main body outer cylinder 11. The urea water sprayed by the reducing agent injection means 22 is uniformly mixed with the exhaust gas by the rotational flow formed by the stirring means 21. In the denitration catalyst unit 20, the exhaust gas is denitrated by the selective catalytic reduction catalyst. The reaction formula for exhaust gas denitration is shown below.
CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2
NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O
In addition, in the spraying of urea water by the reducing agent injection means 22, the amount of urea is adjusted so that the amount of urea necessary to reduce the NOx concentration in the exhaust gas to a specified value.
また、本実施形態においては、還元剤噴射手段２２を攪拌手段２１と脱硝触媒ユニット２０との間に設けている。しかし、これは一例であり、還元剤噴射手段２２は、流入口１２と攪拌手段２１との間に配置してもよい。このように、還元剤噴射手段２２を本体外筒１１内に配置すれば、脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０を小型化することができる。なお、脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０の設置場所との関係によっては、還元剤噴射手段２２を脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０の外側、すなわち、流入口１２よりも上流側に設けてもよい。 In the present embodiment, the reducing agent injection means 22 is provided between the stirring means 21 and the denitration catalyst unit 20. However, this is an example, and the reducing agent injection unit 22 may be disposed between the inlet 12 and the stirring unit 21. Thus, if the reducing agent injection means 22 is disposed in the main body outer cylinder 11, the denitration catalyst unit insertion-type silencer 10 can be downsized. Depending on the relationship with the installation location of the denitration catalyst unit insertion-type silencer 10, the reducing agent injection means 22 is provided outside the denitration catalyst unit insertion-type silencer 10, that is, upstream of the inlet 12. Also good.
仕切板２４は本体外筒１１内の空間を２つに分割するものである。この仕切板２４から前端板１４までの距離Ｌ１、仕切板２４から後端板１７までの距離Ｌ２は、図示しない内燃機関から発生する騒音の卓越周波数に対応した波長の略整数分の一の長さに設定することが好ましく、脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０では四分の一に設定している。本体外筒１１内を仕切板２４によって上記のように分割することで、２つに分割された各空間により、卓越周波数を効果的に消音することができる。 The partition plate 24 divides the space in the main body outer cylinder 11 into two. The distance L1 from the partition plate 24 to the front end plate 14 and the distance L2 from the partition plate 24 to the rear end plate 17 are approximately one-tenth of the wavelength corresponding to the dominant frequency of noise generated from an internal combustion engine (not shown). Preferably, it is set to 1/4, in the denitration catalyst unit insertion-type silencer 10. By dividing the inside of the main body outer cylinder 11 by the partition plate 24 as described above, the dominant frequency can be effectively silenced by each of the two divided spaces.
ここで、仕切板２４から前端板１４・後端板１７までの距離Ｌ１・Ｌ２は、仕切板２４から遠い側の前端板１４・後端板１７の端部までの距離をいう。このため、例えば、前端板１４が拡大筒状に形成されている場合、仕切板２４から前端板１４までの距離は、仕切板２４から前端板１４の流入口１２側の端部までの距離をいう。また、「卓越周波数に対応した波長」とは、基本音の周波数及び高次の音の周波数の波長をいう。そして、「略整数分の一」とは、整数分の一から上下１０％の幅の範囲、すなわちｎを整数とすると９／１０ｎ以上１１／１０ｎ以下の範囲をいう。
仕切板２４には、本体外筒１１内の分割された２つの空間を連通する絞り拡大内管２５が設けられており、この絞り拡大内管２５が膨張型消音器として機能する。
Here, the distances L1 and L2 from the partition plate 24 to the front end plate 14 and the rear end plate 17 refer to distances from the end of the front end plate 14 and the rear end plate 17 on the far side from the partition plate 24. For this reason, for example, when the front end plate 14 is formed in an enlarged cylindrical shape, the distance from the partition plate 24 to the front end plate 14 is the distance from the partition plate 24 to the end of the front end plate 14 on the inlet 12 side. Say. In addition, the “wavelength corresponding to the dominant frequency” refers to the wavelength of the fundamental sound frequency and the higher-order sound frequency. The term “substantially an integral part” refers to a range of a width of 10% above and below an integral part, that is, a range of 9 / 10n to 11 / 10n where n is an integer.
The partition plate 24 is provided with a diaphragm expansion inner tube 25 that communicates two divided spaces in the main body outer cylinder 11, and this diaphragm expansion inner tube 25 functions as an expansion silencer.
本実施形態の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０は、脱硝触媒ユニット２０を２つ有している。図１（ａ）に示す脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０では、流路の前後方向に２つの脱硝触媒ユニット２０を備えているが、図２に示すように、流路の左右方向に並列に２つ備えた構成としてもよい。また、脱硝触媒ユニット２０の数は２つに限られるものではなく、１つまたは３つ以上としても良い。 The denitration catalyst unit insertion-type silencer 10 of this embodiment has two denitration catalyst units 20. In the denitration catalyst unit insertion-type silencer 10 shown in FIG. 1A, two denitration catalyst units 20 are provided in the front-rear direction of the flow path. However, as shown in FIG. It is good also as a structure with two. Further, the number of the denitration catalyst units 20 is not limited to two, and may be one or three or more.
脱硝触媒ユニット２０は、本体外筒１１内に着脱自在に装着されたものである。脱硝触媒ユニット２０の本体外筒１１への着脱機構について以下に説明する。
図３は、脱硝触媒ユニットの着脱方法を説明する斜視図である。同図に示すように、脱硝触媒ユニット２０は、脱硝触媒２０１を触媒部カセット２０２内に配置してなるものであり、本体外筒１１に着脱可能に構成されている。
The denitration catalyst unit 20 is detachably mounted in the main body outer cylinder 11. A mechanism for attaching and detaching the denitration catalyst unit 20 to the main body outer cylinder 11 will be described below.
FIG. 3 is a perspective view for explaining a method of attaching / detaching the denitration catalyst unit. As shown in the figure, the denitration catalyst unit 20 is configured by disposing a denitration catalyst 201 in a catalyst part cassette 202 and is configured to be detachable from the main body outer cylinder 11.
図４は、脱硝触媒ユニット２０の着脱方法を説明する正面図である。同図に示すように、脱硝触媒ユニット２０を作業ステージ３０の外部ガイドレール３１に載せた状態でスライドさせる。これにより、本体外筒１１内の内部ガイドレール３２上に脱硝触媒ユニット２０を備え付けることができる。また、内部ガイドレール３２上に脱硝触媒ユニット２０を配置することで、脱硝触媒ユニット２０の取出しも容易になる。このように、本体外筒１１内に内部ガイドレール３２を設けることにより、脱硝触媒ユニット２０の備付けおよび取出しを容易に行うことができる。
なお、脱硝触媒ユニット２０の交換は、図示しない本体外筒１１のメンテナンスカバーを外して行う。
FIG. 4 is a front view illustrating a method for attaching and detaching the denitration catalyst unit 20. As shown in the figure, the denitration catalyst unit 20 is slid in a state of being placed on the external guide rail 31 of the work stage 30. Thereby, the denitration catalyst unit 20 can be provided on the internal guide rail 32 in the main body outer cylinder 11. Further, by arranging the denitration catalyst unit 20 on the inner guide rail 32, the removal of the denitration catalyst unit 20 is facilitated. Thus, by providing the inner guide rail 32 in the main body outer cylinder 11, the denitration catalyst unit 20 can be easily installed and removed.
The denitration catalyst unit 20 is replaced by removing a maintenance cover of the main body outer cylinder 11 (not shown).
脆弱な脱硝触媒２０１を保護するために、脱硝触媒２０１の周りをその形状に合った緩衝材（ガスケット）により覆って、触媒部カセット２０２内の脱硝触媒２０１を封止する必要がある。従来、緩衝材として、最初から脱硝触媒２０１の形状に合わせたものが用いられていたため、触媒部カセット２０２内に脱硝触媒２０１を配する作業が非常に大変であった。
そこで、本実施形態の脱硝触媒ユニット２０は、図５に示すように、脱硝触媒ユニット２０の脱硝触媒２０１が、複数の脱硝触媒２０１１が熱膨張型の緩衝材２０１２を介して固定されたものとして構成している。ここで「熱膨張型の緩衝材」とは、熱を加えることにより、不可逆的にその体積が１．５倍〜３倍程度に膨張するものをいい、例えば、セラミック繊維系などの熱膨張性耐火シートが挙げられる。
In order to protect the fragile denitration catalyst 201, it is necessary to cover the denitration catalyst 201 with a cushioning material (gasket) suitable for its shape and seal the denitration catalyst 201 in the catalyst cassette 202. Conventionally, as the buffer material, a material that matches the shape of the denitration catalyst 201 has been used from the beginning, and therefore, the operation of arranging the denitration catalyst 201 in the catalyst unit cassette 202 has been very difficult.
Therefore, as shown in FIG. 5, the denitration catalyst unit 20 of the present embodiment is configured such that the denitration catalyst 201 of the denitration catalyst unit 20 is fixed to a plurality of denitration catalysts 2011 via a thermal expansion type buffer material 2012. It is composed. Here, the “thermal expansion type buffer material” refers to a material that irreversibly expands its volume to about 1.5 to 3 times by applying heat, for example, a thermal expansion property such as a ceramic fiber system. A fire-resistant sheet is mentioned.
図５は、脱硝触媒ユニットの正面図である。同図では、熱膨張前の緩衝材２０１２Ａを黒色で示し、熱膨張後の緩衝材２０１２Ｂを灰色で示している。同図に示すように、熱膨張前の緩衝材２０１２Ａを用いることにより、触媒部カセット２０２内に脱硝触媒２０１１を配置する際に、触媒部カセット２０２内に余裕が生じることから、触媒部カセット２０２内に脱硝触媒２０１１を配置する作業が容易になる。そして、触媒部カセット２０２内に脱硝触媒２０１１と脱硝触媒の間の熱膨張型の緩衝材２０１２Ａを配置した状態で、脱硝触媒ユニット２０に熱を加える。これにより、脱硝触媒２０１２Ａを膨張させて、脱硝触媒２０１２Ｂとして、触媒部カセット２０２内の脱硝触媒２０１１を容易に封止することができる。 FIG. 5 is a front view of the denitration catalyst unit. In the figure, the buffer material 2012A before thermal expansion is shown in black, and the buffer material 2012B after thermal expansion is shown in gray. As shown in the figure, when the denitration catalyst 2011 is arranged in the catalyst unit cassette 202 by using the buffer material 2012A before thermal expansion, there is a margin in the catalyst unit cassette 202. The operation of disposing the denitration catalyst 2011 inside becomes easy. Then, heat is applied to the denitration catalyst unit 20 in a state where the thermal expansion type buffer material 2012A between the denitration catalyst 2011 and the denitration catalyst is disposed in the catalyst unit cassette 202. Thereby, the denitration catalyst 2012A is expanded, and the denitration catalyst 2011 in the catalyst cassette 202 can be easily sealed as the denitration catalyst 2012B.
本発明の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置を実施する態様について上述した。以下では、図１に示した前端板１４と仕切板２４との距離Ｌ１および仕切板２４と後端板１７との距離Ｌ２の実施例について説明する。すなわち、内燃機関により発生する卓越周波数（１次の騒音（基本音）及び高次の騒音の周波数）のうちのどれを消すか、つまり、基本音及び高次の騒音のうちどの音を消すかについての実施例を以下に説明する。 The aspect which implements the denitration catalyst unit insertion-type silencer of this invention was mentioned above. Hereinafter, examples of the distance L1 between the front end plate 14 and the partition plate 24 and the distance L2 between the partition plate 24 and the rear end plate 17 illustrated in FIG. 1 will be described. That is, which of the dominant frequencies (primary noise (fundamental sound) and higher-order noise frequency) generated by the internal combustion engine is to be eliminated, that is, which of the fundamental noise and higher-order noise is to be eliminated. Examples of the above will be described below.
内燃機関により発生する卓越周波数のうち、出来るだけ低周波音を減衰することが好ましい。しかし、脱硝触媒ユニット内挿型消音装置を船内に設置する場合、その長さに制約がある。そこで、３〜５次の高次の音を消音することを目標として、仕切板２４の位置を調整する。 Of the dominant frequencies generated by the internal combustion engine, it is preferable to attenuate the low frequency sound as much as possible. However, when the denitration catalyst unit insertion-type silencer is installed in a ship, the length is limited. Therefore, the position of the partition plate 24 is adjusted with the goal of muting the 3rd to 5th higher order sounds.
（高温の排気ガスの音速）
高温の排気ガスの音速Ｃｔ（ｍ／ｓ）は、以下の式により与えられる。
Ｃｔ＝３３１．５×（Ｋ／２７３）１／２ …（１）
Ｋ：排気ガスの温度（Ｋ）
例えば、排気ガスの温度Ｋ＝５５３Ｋ（＝３８０℃）の場合、排気ガスの音速Ｃｔは、
Ｃｔ＝３３１．５（５５３／２７３）１／２＝５１３（ｍ／ｓ）となる。
(Sound velocity of hot exhaust gas)
The sound velocity Ct (m / s) of the hot exhaust gas is given by the following equation.
Ct = 331.5 × (K / 273) 1/2 (1)
K: exhaust gas temperature (K)
For example, when the temperature K of the exhaust gas is K = 553K (= 380 ° C.), the sound velocity Ct of the exhaust gas is
Ct = 331.5 (553/273) 1/2 = 513 (m / s).
（基本周波数）
基本音の周波数である基本周波数ｆＫ（Ｈｚ）は、以下の式により与えられる。
ｆＫ＝（Ｎ／６０）×Ｚ×（１／ｉ） …（２）
Ｎ：内燃機関の回転数（回転／ｍｉｎ）
Ｚ：シリンダ数
ｉ：係数（２サイクルは１、４サイクルは２）
例えば、内燃機関の回転数Ｎ＝７２０（回転／ｍｉｎ）、シリンダ数Ｚ＝６、係数ｉ＝２（４サイクル）の場合、基本周波数ｆＫは、
ｆＫ＝（７２０／６０）×６×（１／２）＝３６（Ｈｚ）となる。
(Basic frequency)
The fundamental frequency f K (Hz) that is the frequency of the fundamental sound is given by the following equation.
f K = (N / 60) × Z × (1 / i) (2)
N: Number of rotations of internal combustion engine (rotation / min)
Z: Number of cylinders i: Factor (1 for 2 cycles, 2 for 4 cycles)
For example, if the rotational speed N = 720 of an internal combustion engine (rotation / min), the cylinder number Z = 6, the coefficient i = 2 (4 cycles), the fundamental frequency f K,
f K = (720/60) × 6 × (1/2) = 36 a (Hz).
（騒音の波長）
基本音の波長λＫは、以下の式により与えられる。
λＫ＝Ｃｔ／ｆＫ …（３）
ＣｔおよびｆＫを求めた上記条件の場合、騒音の波長λＫは、
λＫ＝５１３／３６＝１４．２５（ｍ）となる。
(Noise wavelength)
The fundamental sound wavelength λ K is given by the following equation.
λ K = Ct / f K (3)
If the condition of obtaining the Ct and f K, the wavelength lambda K of noise,
λ K = 513/36 = 14.25 (m).
（消音器の最適長さ）
消音器の最適長さｌＫは、以下の式により与えられる。
ｌＫ＝λＫ／４ …（４）
上記条件の下で得られたλＫ＝１４．２５（ｍ）の場合、消音器の最適長さｌＫは、
ｌＫ＝１４．２５／４＝３．５６（ｍ）となる。
また、同様に、上記（１）〜（４）に基づいた計算により、高次の騒音の周波数に対応する消音器の最適長さｌＫも求めることができる。基本音および高次の騒音の周波数に対する消音器の最適長さｌＫは、以下のようになる。
（次数、ｆＫ、ｌＫ）＝
（１次、３６Ｈｚ、３．５６ｍ）
（２次、７２Ｈｚ、１．７８ｍ）
（３次、１０８Ｈｚ、１．１９ｍ）
（４次、１４４Ｈｚ、０．８９ｍ）
（５次、１８０Ｈｚ、０．７１ｍ）
(The optimum length of the silencer)
The optimum length l K of the silencer is given by the following equation:
l K = λ K / 4 (4)
In the case of λ K = 14.25 (m) obtained under the above conditions, the optimum length l K of the silencer is
l K = 14.25 / 4 = 3.56 (m).
Similarly, the (1) by calculation based on - (4), can also be determined optimal length l K of the muffler corresponding to the frequency of the high-order noise. The optimum length l K of the silencer for the fundamental sound and higher-order noise frequencies is as follows.
(Degree, f K , l K ) =
(Primary, 36Hz, 3.56m)
(Secondary, 72Hz, 1.78m)
(3rd order, 108Hz, 1.19m)
(4th order, 144Hz, 0.89m)
(5th order, 180Hz, 0.71m)
本実施例の脱硝触媒ユニット内挿型消音装置１０では、前端板１４と仕切板２４との距離Ｌ１＝１．１９ｍ、仕切板２４と後端板１７との距離Ｌ２＝０．７１ｍとした。これにより、本体外筒１１の長さを短く維持しつつ、３次と５次の騒音を消音し、所望の消音効果を得ることが出来た。 In the denitration catalyst unit insertion-type silencer 10 of the present embodiment, the distance L1 between the front end plate 14 and the partition plate 24 is 1.19 m, and the distance L2 between the partition plate 24 and the rear end plate 17 is 0.71 m. Thereby, while maintaining the length of the main body outer cylinder 11 short, the 3rd and 5th order noises were silenced, and a desired silencing effect could be obtained.
本発明は、例えば、船舶に備えられている発電用の内燃機関の排気ガスからＮＯｘを取り除く脱硝触媒ユニット内挿型消音装置として利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used, for example, as a denitration catalyst unit insertion type silencer that removes NOx from the exhaust gas of a power generation internal combustion engine provided in a ship.
１０、４０ 脱硝触媒ユニット内挿型消音装置
１１ 本体外筒
１２ 流入口
１３ 前端部
１４ 前端板
１５ 流出口
１６ 後端部
１７ 後端板
１８、１９ 空間
２０ 脱硝触媒ユニット
２１ 攪拌手段
２２ 還元剤噴射手段
２３ 収集除去手段
２４ 仕切板
２５ 絞り拡大内管
２６ 固形物
２７ 固形物収集用箱体
２０１、２０１１ 脱硝触媒
２０１２ 熱膨張型の緩衝材
２０１２Ａ 熱膨張型の緩衝材（熱膨張前）
２０１２Ｂ 熱膨張型の緩衝材（熱膨張後）
10, 40 Denitration catalyst unit insertion type silencer 11 Main body outer cylinder 12 Inlet 13 Front end 14 Front end plate 15 Outlet 16 Rear end 17 Rear end plates 18 and 19 Space 20 Denitration catalyst unit 21 Stirring means 22 Reducing agent injection Means 23 Collecting / removing means 24 Partition plate 25 Enlarged inner pipe 26 Solid matter 27 Solid matter collecting box 201, 2011 Denitration catalyst 2012 Thermal expansion type buffer material 2012A Thermal expansion type buffer material (before thermal expansion)
2012B Thermal expansion buffer material (after thermal expansion)
Claims (11)
本体外筒と、
排気ガスが流入する流入口と、
前記流入口が取り付けられ前記本体外筒の前端部と接続される前端板と、
処理を終えた排気ガスが流出する流出口と、
前記流出口が取り付けられ前記本体外筒の後端部と接続される後端板と、
前記本体外筒の内部に流れ方向の前後に空間を残して設けられた、前記排気ガス中に噴射される還元剤を用いて脱硝を行う脱硝触媒ユニットと、
前記流入口と前記脱硝触媒ユニットの間に設けた前記排気ガス中の固形物を処理する攪拌手段とを備えたことを特徴とする脱硝触媒ユニット内挿型消音装置。 A silencer provided in the middle of an exhaust path for exhausting exhaust gas from an internal combustion engine,
A main body outer cylinder,
An inlet into which exhaust gas flows,
A front end plate to which the inlet is attached and connected to a front end of the main body outer cylinder;
An outlet from which exhaust gas that has been processed flows out;
A rear end plate to which the outlet is attached and connected to a rear end of the main body outer cylinder;
A denitration catalyst unit that performs denitration using a reducing agent injected into the exhaust gas, provided inside the main body outer cylinder with a space left and right in the flow direction; and
A denitration catalyst unit insertion-type silencer, comprising: stirring means for treating solid matter in the exhaust gas provided between the inlet and the denitration catalyst unit.
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