JP2014194193A - Exhaust emission control system in ship - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、船舶に搭載したディーゼルエンジンのような内燃機関において、排気ガス中の有害成分を除去する排気ガス浄化システムに関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for removing harmful components in exhaust gas in an internal combustion engine such as a diesel engine mounted on a ship.
従来、例えばタンカーや輸送船等の船舶においては、各種補機、荷役装置、照明、空調その他機器類の消費する電力量が膨大であり、これら電気系統に電力を供給するため、発電用ディーゼルエンジン(以下、発電用エンジンという)と、発電用エンジンの駆動によって発電する発電機とを組み合わせたディーゼル発電機を複数備えている(例えば特許文献1等参照)。また、船舶の主ディーゼルエンジン(以下、主エンジンという)から放出される廃熱を回収して高温高圧の蒸気を生成し、当該蒸気を発電用の動力源に用いたり、給湯用の熱源に用いたりする廃熱回収システムはよく知られている(例えば特許文献2等参照)。 Conventionally, in a ship such as a tanker or a transport ship, the amount of power consumed by various auxiliary machines, cargo handling devices, lighting, air conditioning, and other equipment is enormous. There are provided a plurality of diesel generators (hereinafter referred to as Patent Document 1, etc.) that combine a power generation engine (hereinafter referred to as a power generation engine) and a power generator that generates power by driving the power generation engine. In addition, waste heat released from the ship's main diesel engine (hereinafter referred to as the main engine) is recovered to generate high-temperature and high-pressure steam that can be used as a power source for power generation or as a heat source for hot water supply. Such waste heat recovery systems are well known (see, for example, Patent Document 2).
さて、ディーゼルエンジンは、内燃機関の中で最もエネルギー効率の高いものの1つであり、単位出力当りの排気ガスに含まれる二酸化炭素量が少ない。しかも、例えば重油のような低質の燃料を使用できるため経済的にも優れるという利点がある。 A diesel engine is one of the most energy efficient types of internal combustion engines, and the amount of carbon dioxide contained in exhaust gas per unit output is small. In addition, since a low-quality fuel such as heavy oil can be used, there is an advantage that it is economically excellent.
しかし、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、二酸化炭素以外に、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粒子状物質等も多く含まれている。これらは、環境保全の妨げになる有害物質である。特に、窒素酸化物(以下、NOxという)は人体に有害で且つ強い酸性を呈するものであり、酸性雨の原因とも考えられている。 However, exhaust gas from a diesel engine contains a large amount of nitrogen oxide, sulfur oxide, particulate matter, and the like in addition to carbon dioxide. These are harmful substances that hinder environmental conservation. In particular, nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) are harmful to human bodies and exhibit strong acidity, and are considered to be the cause of acid rain.
従って、ディーゼルエンジンを駆動させる船舶においては、NOxの排出量が極めて多く、地球環境に与える負担が大きいと解される。地球環境に配慮すれば、排気ガス中のNOxをできるだけ取り除くことが必要であり、このためには、簡単な構成で且つ効率よく、NOxを処理して無害化することが要請される。 Therefore, it is understood that a ship that drives a diesel engine has a large amount of NOx emission and a large burden on the global environment. Considering the global environment, it is necessary to remove NOx in the exhaust gas as much as possible. For this purpose, it is required to treat NOx and make it harmless with a simple structure and efficiency.
一方、各種エンジンの廃熱を電気エネルギーとして効率よく回収することは、エネルギーコストの削減だけでなく、環境負荷の低減という点からも重要である。しかし、特許文献1及び2に記載の技術では、発電用エンジンからの廃熱を電気エネルギーとして回収することを考慮していない。仮に、主エンジンに対する廃熱回収システムを各発電用エンジンに適用したとしても、廃熱回収システム全体として構造の大型化を招来するだけでなく、構造も複雑化して製造工数及び部品点数が増大し、製造コストが嵩むことになると考えられる。
On the other hand, efficient recovery of waste heat from various engines as electrical energy is important not only in terms of reducing energy costs, but also in terms of reducing environmental impact. However, the techniques described in
上記の点を解消する方策として、環境負荷の低いエネルギー変換技術の一つである熱電発電技術を、発電用エンジンに対する廃熱回収システムに適用することが挙げられる。熱電発電技術は、金属又は半導体等からなる熱電モジュールの両端側に温度差を与えて起電力を生じさせるゼーベック効果を利用したものであり、熱エネルギーを直接的に電気エネルギーに変換できる。 As a measure for solving the above-mentioned problems, it is possible to apply a thermoelectric power generation technology, which is one of energy conversion technologies with a low environmental load, to a waste heat recovery system for a power generation engine. Thermoelectric power generation technology uses the Seebeck effect that generates an electromotive force by giving a temperature difference to both ends of a thermoelectric module made of metal, semiconductor, or the like, and can directly convert thermal energy into electrical energy.
本願発明は、以上のような現状を検討して改善を施した船舶における排気ガス浄化システムを提供しようとするものである。 The present invention seeks to provide an exhaust gas purification system in a ship that has been improved by examining the current situation as described above.
請求項1の発明に係る船舶における排気ガス浄化システムは、船舶に搭載した内燃機関の排気経路に、排気ガス移動方向上流側から順に、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気フィルタ装置、前記排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置、前記排気ガス中のNOxの還元を促す選択触媒還元装置、前記排気ガスの熱を利用した温度差によって発電する熱電発電装置を配置しているというものである。 An exhaust gas purification system for a ship according to the invention of claim 1 is an exhaust filter device for collecting particulate matter in the exhaust gas in an exhaust path of an internal combustion engine mounted on the ship in order from the upstream side in the exhaust gas movement direction. A reducing agent supply device that supplies a reducing agent to the exhaust gas, a selective catalyst reduction device that promotes reduction of NOx in the exhaust gas, and a thermoelectric power generation device that generates electric power based on a temperature difference using the heat of the exhaust gas. It is that.
請求項2の発明は、請求項1に記載の船舶における排気ガス浄化システムにおいて、前記排気フィルタ装置に対して、前記還元剤供給装置の供給口部から前記排気ガス移動方向に沿う鉛直方向に向けて還元剤を供給するように構成しているというものである。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification system for a ship according to the first aspect, with respect to the exhaust filter device, the supply port portion of the reducing agent supply device is directed in a vertical direction along the exhaust gas movement direction. It is configured to supply a reducing agent.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の船舶における排気ガス浄化システムにおいて、前記船舶の船体内に設けた機関室及びファンネルを複数の甲板にて上下に仕切り、前記内燃機関を配置した甲板より上方側に、前記排気フィルタ装置、前記還元剤供給装置、前記選択触媒還元装置及び前記熱電発電装置を配置しているというものである。 According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purification system for a ship according to the first or second aspect, an engine room and a funnel provided in a ship body of the ship are partitioned vertically by a plurality of decks, and the internal combustion engine is disposed. The exhaust filter device, the reducing agent supply device, the selective catalyst reduction device, and the thermoelectric power generation device are arranged above the deck.
一般に、排気ガス中で還元剤を拡散させるには、還元剤供給装置から選択触媒還元装置までの排気経路距離を十分に取る必要があるが、請求項1の構成を採用すると、一般的な船舶の内燃機関搭載構造を踏襲した上で、前記排気経路距離を簡単に確保できる。熱電発電装置に利用する排気ガスの温度は前記熱電発電装置の種類によってはあまり高過ぎてもいけないが、前記熱電発電装置を最下流側に配置して前記内燃機関からある程度離すことによって、適温の排気ガスを利用でき、前記熱電発電装置の構造を簡単化できる。前記選択触媒還元装置よりも排気ガス移動方向上流側に前記排気フィルタ装置を位置させるから、前記選択触媒還元装置の目の粗さを小さくでき、前記選択触媒還元装置のコンパクト化を図れる。 In general, in order to diffuse the reducing agent in the exhaust gas, it is necessary to take a sufficient exhaust path distance from the reducing agent supply device to the selective catalytic reduction device. The exhaust path distance can be easily secured after following the internal combustion engine mounting structure. The temperature of the exhaust gas used for the thermoelectric power generation device should not be too high depending on the type of the thermoelectric power generation device, but by placing the thermoelectric power generation device on the most downstream side and separating it from the internal combustion engine to some extent, Exhaust gas can be used, and the structure of the thermoelectric generator can be simplified. Since the exhaust filter device is positioned upstream of the selective catalyst reduction device in the exhaust gas movement direction, the roughness of the selective catalyst reduction device can be reduced, and the selective catalyst reduction device can be made compact.
請求項2の発明によると、前記排気フィルタ装置に対して、前記還元剤供給装置の供給口部から前記排気ガス移動方向に沿う鉛直方向に向けて還元剤を供給するように構成しているので、例えば排気フィルタ装置と選択触媒還元装置とをつなぐ配管内に還元剤を供給する場合に比べて、前記配管を延長させたりすることなく、還元剤が拡散、蒸発、熱分解するだけの排気経路距離を十分且つ確実に確保できる。 According to the second aspect of the invention, the exhaust filter device is configured to supply the reducing agent from the supply port of the reducing agent supply device in the vertical direction along the exhaust gas movement direction. For example, as compared with the case where the reducing agent is supplied into the pipe connecting the exhaust filter device and the selective catalytic reduction device, the exhaust path only allows the reducing agent to diffuse, evaporate, and thermally decompose without extending the pipe. A sufficient distance can be ensured.
請求項3の発明によると、前記船舶の船体内に設けた機関室及びファンネルを複数の甲板にて上下に仕切り、前記内燃機関を配置した甲板より上方側に、前記排気フィルタ装置、前記還元剤供給装置、前記選択触媒還元装置及び前記熱電発電装置を配置しているから、前記還元剤供給装置から前記選択触媒還元装置までの排気経路距離を十分に確保した上で、前記内燃機関から前記ファンネルまでの間に、前記排気フィルタ装置、前記還元剤供給装置、前記選択触媒還元装置及び前記熱電発電装置を効率よく配置できる。
According to the invention of
以下に、本願発明を具体化した実施形態を、船舶に搭載される熱電発電装置に適用した場合の図面(図1〜図5)に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings (FIGS. 1 to 5) when applied to a thermoelectric generator mounted on a ship.
図1に示すように、実施形態における船舶1は、船体2と、船体2の船尾側に設けたキャビン3(船橋)と、キャビン3の後方に配置したファンネル4(煙突)と、船体2の後方下部に設けたプロペラ5及び舵6とを備えている。この場合、船尾側の船底7にスケグ8を一体形成している。スケグ8には、プロペラ5を回転駆動させる推進軸9を軸支している。船体2内の船首側及び中央部には船倉10を設けている。船体2内の船尾側には機関室11を設けている。
As shown in FIG. 1, a ship 1 according to an embodiment includes a
機関室11には、プロペラ5の駆動源である主エンジン21(実施形態ではディーゼルエンジン)及び減速機22と、船体2内の電気系統に電力を供給するための発電装置23とを配置している。主エンジン21から減速機22を経由した回転動力によって、プロペラ5が回転駆動する。機関室11の内部は、上甲板13、第2甲板14、第3甲板15及び内底板16によって上下に仕切られている。実施形態では、機関室11最下段の内底板16上に主エンジン21及び減速機22を据え付け、機関室11中段の第3甲板15上に発電装置23を据え付けている。なお、詳細な図示は省略するが、船倉10は複数の区画に分割している。
In the
図2に示すように、発電装置23は、発電用エンジン25(実施形態ではディーゼルエンジン)と、発電用エンジン25の駆動によって発電する発電機26とを組み合わせたディーゼル発電機24を複数台(実施形態では3台)備えたものである。ディーゼル発電機24は基本的に、船体2内の必要電力量に対応して効率的に稼働するように構成している。例えば大量の電力を消費する出入航時等には、全てのディーゼル発電機24を稼働させ、比較的電力消費の少ない停泊時等には、任意の台数のディーゼル発電機24を稼働させる。
As shown in FIG. 2, the
各発電機26の作動によって生じた発電電力は船体2内の電気系統に供給される。詳細な図示は省略するが、電力トランスデューサが各発電機26に電気的に接続している。電力トランスデューサは各発電機26による発電電力を検出するものである。
The generated power generated by the operation of each
各発電用エンジン25には、空気取り込み用の吸気経路(図示省略)と排気ガス排出用の排気経路27とを接続している。吸気経路を通じて取り込まれた空気は、発電用エンジン25の各気筒内(吸気行程の気筒内)に送られる。各気筒の圧縮行程完了時に、燃料タンクから吸い上げた燃料を燃料噴射装置によって気筒毎の燃焼室内に圧送し、各燃焼室によって混合気の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行われる。
Each
各発電用エンジン25の排気経路27は、ファンネル4まで延びていて外部に直接連通している。前述の通り、発電用エンジン25は三基あるため、排気経路27は三本存在する。各排気経路27には、排気ガス移動方向上流側から順に、排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気フィルタ装置62、排気ガスにNOx還元用の還元剤を供給する還元剤供給装置60、排気ガス中のNOxの還元を促す選択触媒還元装置61、並びに、発電用エンジン25からの廃熱(熱媒体である排気ガスの熱)を電気エネルギーに変換する熱電発電装置30を配置している。各発電用エンジン25から放出された排気ガスは、排気フィルタ装置62、還元剤供給装置60、選択触媒還元装置61及び熱電発電装置30を介して船舶1外に放出される。各発電用エンジン25を配置した第3甲板15よりも上方に、排気フィルタ装置62、選択触媒還元装置61、還元剤供給装置60及び熱電発電装置30を配置している。この場合、排気フィルタ装置62及び還元剤供給装置60は、機関室11の上部側(機関室11上段の第2甲板14上)に配置している。選択触媒還元装置61及び熱電発電装置30は、上甲板13よりも上方のファンネル4内に配置している。
The
排気フィルタ装置62は、ハニカム構造のスートフィルタ68を耐熱金属材料製で略筒状のフィルタケーシング70内に複数内蔵したものである。図6に詳細に示すように、フィルタケーシング70の内部は、左右一対の仕切り壁71,72によって三室73,74,75に区画している。フィルタケーシング70の内面と上流仕切り壁71との間の空間は、発電用エンジン25の排気ガスが流入する流入室73になっている。上流仕切り壁71と下流仕切り壁72との間の空間は、スートフィルタ68を配置する浄化室74になっている。下流仕切り壁72とフィルタケーシング70の内面との間の空間は、浄化室74を通過した排気ガスが通過する流出室75になっている。
The
流入室73の排気ガス移動方向最上流側には、排気経路27のうち発電用エンジン25から延びる浄化入口管76を連結している一方、流出室75の排気ガス移動方向最下流側(上端側)には、排気経路27のうち選択触媒還元装置61に向けて延びる浄化出口管77を連結している。左右両仕切り壁71,72の間には、流入室73と流出室75とをつなぐ複数の連通管78を設けている。各連通管78の排気ガス移動方向上流側は上流仕切り壁71を貫通し、各連通管78の排気ガス移動方向下流側は下流仕切り壁72を貫通している。スートフィルタ68は各連通管78内に収容している。
A
フィルタケーシング70の流入室73の下端側には、スート排出管86を介して粒子状物質を収集するダストボックス87を連結している。フィルタケーシング70の流出室75側には、各スートフィルタ68の排気ガス移動方向下流側の端面に対峙する逆洗用ノズル89を取り付けている。各逆洗用ノズル89はエアチャンバー88に接続している。エアチャンバー88には送風機(図示省略)を接続している。送風機からの高圧空気をエアチャンバー88経由で各逆洗用ノズル89に供給し、各スートフィルタ68の排気ガス移動方向下流側に吹き付けるように構成している。発電用エンジン25の排気ガス中に含まれる粒子状物質は、スートフィルタ68に捕集され、各逆洗用ノズル89からの高圧空気逆洗によって断続的にダストボックス87に捕集される。
A
還元剤供給装置60は、還元剤としての尿素水溶液(以下、尿素水という)を貯留する尿素水タンク80と、尿素水タンク80から尿素水を吸い上げるフィードポンプ81と、フィードポンプ81を駆動させる電動モータ82と、フィードポンプ81に尿素水噴射管83を介して接続した供給口部としての尿素水噴射ノズル64とを備えている(図6参照)。尿素水噴射ノズル64は、フィルタケーシング70における流出室75の排気ガス移動方向最上流側(下端側)に、噴射台座84を介して取り付けている。フィードポンプ81の駆動によって尿素水タンク80から尿素水噴射ノズル64に尿素水を送り、尿素水噴射ノズル64からフィルタケーシング70の流出室75内に尿素水を噴射するように構成している。この場合、尿素水噴射ノズル64の取付位置から明らかなように、尿素水は、尿素水噴射ノズル64から、排気ガス移動方向に沿う鉛直方向(下から上方向)に向けて噴射される。つまり、フィルタケーシング70における流出室75の排気ガス移動方向長さLを、少なくとも尿素水を拡散、蒸発、熱分解させる排気経路距離として利用している。
The reducing
選択触媒還元装置61は、耐熱金属材料製で略筒状の触媒ケーシング内に、排気ガス中のNOxの還元を促進させるNOx触媒65と、余分に供給された還元剤(この場合は加水分解後のアンモニア)の酸化処理を促進させるスリップ処理触媒66とを、排気ガス移動方向に直列に並べて収容したものである。NOx触媒65及びスリップ処理触媒66は、多孔質な(ろ過可能な)隔壁にて区画された多数個のセルからなるハニカム構造になっていて、例えばアルミナ、ジルコニア、バナジア/チタニア又はゼオライト等の触媒金属を有している。NOx触媒65は、尿素水噴射ノズル64からの尿素水の加水分解にて生じたアンモニアを還元剤として排気ガス中のNOxを選択還元することによって、選択触媒還元装置61内に送られた排気ガスを浄化する。また、スリップ処理触媒66は、NOx触媒65から流出した未反応(余剰)のアンモニアを酸化して無害な窒素にする。従って、各発電用エンジン25から放出された排気ガスは、排気フィルタ装置62を経由して浄化処理されたのち、還元剤供給装置60及び選択触媒還元装置61を経由して浄化処理された上で、熱電発電装置30経由で船舶1外に放出される。
The selective
図3〜図5に示すように、各排気経路27の中途部に設けた熱電発電装置30は、熱媒体としての排気ガスが内部を流れる略筒状の配管31と、低温側と高温側との温度差によって発電する平板状の熱電モジュール33を有する複数の熱電ユニット32とを備えていて、各熱電モジュール33の高温側を排気ガスで加熱するように構成している。熱電発電装置30の配管31を挟んだ両側に、排気経路27を構成する上流側排気管34と下流側排気管35とが振り分けて位置している。上流側排気管34の排気下流側の開口端部に、外周方向に突出する上流フランジ36を取り付けている。下流側排気管の排気上流側の開口端部に、外周方向に突出する下流フランジ37を取り付けている。配管31の排気方向両端側の開口端部には、外周方向に突出する連結フランジ38を取り付けている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
上流側排気管34と下流側排気管35との間に配管31を介挿している。ガスケット(図示省略)を介して上流フランジ36と排気上流側の連結フランジ38とを突き合わせ、両フランジ36,38をボルト39及びナット40の複数組で締結している。また、ガスケット(図示省略)を介して下流フランジ37と排気下流側の連結フランジ38とを突き合わせ、両フランジ37,38をボルト39及びナット40の複数組で締結している。その結果、上流側排気管34、配管31及び下流側排気管35が着脱可能に連結される。各発電用エンジン25から放出された熱媒体としての排気ガスは、排気経路27において上流側排気管34から熱電発電装置30の配管31を経て下流側排気管35に流れる。
A
図4に示すように、各熱電発電装置30の配管31は断面多角形状に形成している。実施形態の配管31は、断面四角形状の筒体のコーナ部を面取りしたような断面八角形状の形態である。換言すると、実施形態の配管31は、広幅の平面部41と面取り部42とを交互に連ねた断面八角形の筒形状になっている。配管31の各平面部41には熱電ユニット32群を取り付けている。
As shown in FIG. 4, the
この場合、各平面部41には、板厚方向に貫通する矩形状の開口穴43を、排気方向に長い二列並列のマトリクス状に並べて形成している。各平面部41の外面側には、各開口穴43の外周側を取り囲む取付枠44を溶接等によって設けている。実施形態の取付枠44は、周方向に隣り合う二つの開口穴43の外周側を取り囲むように8字形状に形成している。そして、平面部41の各開口穴43を塞ぐように、熱電ユニット32を各取付枠44に装着している。
In this case, rectangular opening holes 43 penetrating in the plate thickness direction are formed in each
実施形態では、二列並列の開口穴43を各平面部41に形成し、一つの平面部41に複数の取付枠44を固定している。取付枠44に熱電ユニット32を装着している。従って、四平面に配置された熱電ユニット32によって、熱電発電装置30を構成している。各熱電ユニット32は、低温側と高温側との温度差によって発電する熱電モジュール33と、低温側部材としての冷却ケース45と、高温側部材としての集熱フィン46とを備えている。冷却ケース45は内部に冷却水等の冷媒を循環させる通路を有している。各熱電ユニットの冷却ケース45は、冷却パイプ(図示省略)を介して例えば各発電用エンジン25の熱交換器に接続している。冷却ケース45内の通路に熱交換器からの冷媒を流通させることによって、冷却ケース45が冷却される。
In the embodiment, two rows of parallel opening holes 43 are formed in each
熱電モジュール33は、例えばBi2Te3等からなるp型とn型との二種類の半導体を電極によって交互に電気的に直列接続し、隣り合う電極間を絶縁したものである。各熱電モジュール33は並列又は直列に接続され、そして、電気配線を介して電気的負荷に接続される。熱電モジュール33の広幅一側面を冷却ケース45内の冷媒で冷却し、熱電モジュール33の広幅他側面を排気ガスに接触する集熱フィン46からの熱で加熱することによって、熱電モジュール33に起電力が発生し発電電力が取り出される。
The
集熱フィン46は、取付枠44における開口穴43との対応箇所に被さる広幅な矩形平板状の基台47に多数のフィン部48を突設したものである。実施形態の集熱フィン46は、アルミ合金、銅合金又はステンレス鋼等の熱伝導性が良好な金属の他、AlNやSiCといった高熱伝導性のセラミクスで形成される。熱電モジュール33と集熱フィン46との間には、必要に応じて矩形平板状の断熱部材49を介在させている。実施形態の断熱部材49は、金属板又はセラミクス板を複数枚重ねて形成したものであり、例えば平均して350〜400℃程度の排気ガスが当たる集熱フィン46から熱電モジュール33に伝達される熱を200℃以下に抑制するように構成している。
The
各熱電ユニット32を配管31に装着する際は、取付枠44を介して各熱電ユニット32の集熱フィン46のフィン部48を開口穴43に挿入して、配管31内に集熱フィン46のフィン部48を突出させる。そして、集熱フィン46の基台47を取付枠44に重ね合わせてボルト締結する。配管31内に排気ガスが流入すると、各集熱フィン46における配管31内のフィン部48に排気ガスが接触して、廃熱(排気ガスの熱)が集熱フィン46で集熱される。各集熱フィン46からの熱移動によって、各熱電モジュール33の広幅他側面(高温側)が加熱される。各冷却ケース45内には冷媒が流入して各熱電モジュール33の広幅一側面(低温側)を冷却する。その結果、各熱電モジュール33の低温側と高温側との間に温度差が生じて、各熱電モジュール33に起電力が発生し発電する。
When attaching each
図4及び図5に示すように、配管31内には、熱媒体である排気ガスを各集熱フィン46側に送り込む熱媒体案内部材としての遮蔽体50を配管31の内周面から適宜離して配置している。実施形態の遮蔽体50は、配管31内部の断面積を狭める役割を担っていて、遮蔽体50の基部を断面四角状に形成している。遮蔽体50基部における四つの平坦部51の外周面は、配管31の四つの平面部41の内周面にそれぞれ対峙している。配管31と遮蔽体50とは、両者31,50間の狭隘通路52内に適宜隔てて配置した複数のブリッジ体53を介して一体的に連設している。すなわち、配管31と遮蔽体50とは二重筒構造になっている。配管31の各平面部41の内周面とこれに対峙する遮蔽体50基部の平坦部51の外周面とは排気方向に沿って平行状に並んでいる。配管31の各平面部41の内周面とこれに対峙する遮蔽体50基部の平坦部51の外周面との間に、各集熱フィン46のフィン部48を位置させている。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the
この場合、配管31の各平面部41の内周面とこれに対峙する遮蔽体50基部の平坦部51の外周面とを排気方向に沿って平行状に並べているため、各熱電ユニット32の集熱フィン46の突出長さを一定にする場合に、配管31の各平面部41の内周面とこれに対峙する遮蔽体50基部の平坦部51の外周面との間で各集熱フィン46のフィン部48をできるだけ延ばして密に配置し易い。換言すると、各集熱フィン46ひいては各熱電ユニット32の構造を簡単に共通化できる。なお、遮蔽体50の断面形状は配管31の断面形状に対応させるのが好ましい。配管31の各平面部41の内周面とこれに対峙する遮蔽体50基部の平坦部51の外周面とを排気方向に沿って平行状に設定し易いからである。
In this case, since the inner peripheral surface of each
遮蔽体50の排気上流側は、上流先端部に近付くに連れて先窄まり状の錐体部54になっている。実施形態の遮蔽体50の錐体部54は、基部が断面四角形状であるため、四角錐状である。配管31内に単に遮蔽体50を配置しただけでは、排気ガスの流れ抵抗が増加するが、遮蔽体50の排気上流側に錐体部54を形成しているため、錐体部54によって配管31と遮蔽体50との間の狭隘通路52に排気ガスをスムーズに案内でき、遮蔽体50による排気ガスの流れ抵抗の増加が抑制される。錐体部54の形状は遮蔽体50の断面形状に対応させれば足りる。つまり、錐体部54は四角錐状に限らず、その他多角錐状でも構わない。なお、遮蔽体50の排気上流側は錐体部54に構成するに限らず、狭隘通路52に排気ガスをスムーズに案内できるものであれば、静翼や可動翼を設けてもよいし、螺旋形状のスクリュー体を設けてもよい。
The exhaust upstream side of the
以上の説明から明らかなように、実施形態では、排気ガスが流れる配管31と、低温側と高温側との温度差によって発電する平板状の熱電モジュール33を有する複数の熱電ユニット32とを備え、前記各熱電モジュール33の高温側を前記排気ガスで加熱する熱電発電装置30において、前記配管31を断面多角形状に形成し、前記配管31の各平面部41に前記熱電ユニット32群を取り付けているから、断面多角形状の前記配管31の外周面に前記複数の熱電ユニット32を密に配置できる。このため、前記排気ガスからの集熱効率を向上でき、ひいては、前記熱電発電装置30全体での発電効率を向上できる。
As is clear from the above description, the embodiment includes a
また、前記配管31内には、前記各熱電モジュール33の高温側に設けた集熱フィン46を突出させると共に、前記排気ガスを前記各集熱フィン46側に送り込む熱媒体案内部材としての遮蔽体50を配置しているから、前記遮蔽体50の存在によって、前記各集熱フィン46側に前記排気ガスを積極的に供給でき、前記排気ガスの熱(廃熱)を効率よく前記各集熱フィン46に伝達できる。前記排気ガスから前記各集熱フィン46への集熱効率が高く、発電効率を向上できる。
Further, the
また、前記配管31内には、前記各熱電モジュール33の高温側に設けた集熱フィン46を突出させると共に、前記配管31内部の断面積を狭める遮蔽体50を前記配管31の内周面から適宜離して配置し、前記配管31の内周面と前記遮蔽体50の外周面との間に前記各集熱フィン46を位置させるから、前記配管31の内周面と前記遮蔽体50の外周面との間に前記排気ガスを積極的に送ることになり、簡単な構成でコスト抑制を可能でありながら、前記排気ガスから前記各集熱フィン46への集熱効率をより一層向上でき、発電効率向上に貢献する。
A
その上、前記配管31の前記各平面部41の内周面とこれに対峙する前記遮蔽体50の外周面とを平行状に設定しているから、前記各熱電ユニット32の前記集熱フィン46の突出長さを一定にする場合に、前記配管31の前記各平面部41の内周面とこれに対峙する前記遮蔽体50の外周面との間で、前記各集熱フィン46をできるだけ延ばして密に配置し易い。すなわち、前記各集熱フィン46ひいては前記各熱電ユニット32の構造を共通化でき、前記各熱電ユニット32の汎用性向上に貢献する。
In addition, since the inner peripheral surface of each of the
しかも、前記遮蔽体50の上流側を上流先端部に近付くに連れて先窄まり状の錐体部54に形成しているから、前記錐体部54によって前記配管31と前記遮蔽体50との間の狭隘通路52に前記排気ガスをスムーズに案内でき、前記遮蔽体50による前記排気ガスの流れ抵抗の増加を抑制できる。
In addition, since the upstream side of the
ところで、一般に排気ガス中で還元剤(尿素水の加水分解で生じたアンモニア)を拡散させるには、還元剤供給装置60から選択触媒還元装置61までの排気経路距離を十分に取る必要がある。この点、実施形態のように、船舶1に搭載した内燃機関25の排気経路27に、排気ガス移動方向上流側から順に、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気フィルタ装置62、前記排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置60、前記排気ガス中のNOxの還元を促す選択触媒還元装置61、前記排気ガスの熱を利用した温度差によって発電する熱電発電装置30を配置する構成を採用すると、一般的な船舶1の内燃機関25搭載構造を踏襲した上で、前記排気経路距離(フィルタケーシング70の流出室75)を簡単に確保できる。熱電発電装置30に利用する排気ガスの温度は前記熱電発電装置30の種類によってはあまり高過ぎてもいけないが、前記熱電発電装置30を最下流側に配置して前記内燃機関25からある程度離すことによって、適温の排気ガスを利用でき、前記熱電発電装置30の構造を簡単化できる。前記選択触媒還元装置61よりも排気ガス移動方向上流側に前記排気フィルタ装置62を位置させるから、前記選択触媒還元装置61の目の粗さを小さくでき、前記選択触媒還元装置61のコンパクト化を図れる。
By the way, generally, in order to diffuse the reducing agent (ammonia generated by hydrolysis of urea water) in the exhaust gas, it is necessary to take a sufficient exhaust path distance from the reducing
また、前記排気フィルタ装置62に対して、前記還元剤供給装置60の供給口部64から前記排気ガス移動方向に沿う鉛直方向に向けて還元剤を供給するように構成しているので、例えば排気フィルタ装置62と選択触媒還元装置61とをつなぐ配管77内に還元剤を供給する場合に比べて、前記配管77を延長させたりすることなく、還元剤が拡散、蒸発、熱分解するだけの排気経路距離(フィルタケーシング70の流出室75)を十分且つ確実に確保できる。
Further, the
特に実施形態によると、前記船舶1の船体2内に設けた機関室11及びファンネル4を複数の甲板13〜16にて上下に仕切り、前記内燃機関25を配置した甲板15より上方側に、前記排気フィルタ装置62、前記還元剤供給装置60、前記選択触媒還元装置61及び前記熱電発電装置30を配置しているから、前記還元剤供給装置60から前記選択触媒還元装置61までの排気経路距離(フィルタケーシング70の流出室75)を十分に確保した上で、前記内燃機関25から前記ファンネル4までの間に、前記排気フィルタ装置62、前記還元剤供給装置60、前記選択触媒還元装置61及び前記熱電発電装置30を効率よく配置できる。
In particular, according to the embodiment, the
その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば本願の熱電発電装置30を主エンジン21の排気経路に配置してもよい。
In addition, the structure of each part is not limited to embodiment of illustration, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, the
1 船舶
2 船体
4 ファンネル
11 機関室
21 主エンジン
23 発電装置
24 ディーゼル発電機
25 発電用エンジン
27 排気経路
30 熱電発電装置
60 還元剤供給装置
61 選択触媒還元装置
62 排気フィルタ装置
64 尿素水噴射ノズル
65 NOx触媒
66 スリップ処理触媒
68 スートフィルタ
70 フィルタケーシング
73 流入室
74 浄化室
75 流出室
80 尿素水タンク
81 フィードポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
船舶における排気ガス浄化システム。 An exhaust filter device that collects particulate matter in the exhaust gas in order from the upstream side in the exhaust gas movement direction to the exhaust path of the internal combustion engine mounted on the ship, a reducing agent supply device that supplies the reducing agent to the exhaust gas, A selective catalytic reduction device that promotes the reduction of NOx in the exhaust gas, and a thermoelectric power generation device that generates electric power by a temperature difference using the heat of the exhaust gas,
Exhaust gas purification system for ships.
請求項1に記載の船舶における排気ガス浄化システム。 The exhaust filter device is configured to supply a reducing agent from a supply port of the reducing agent supply device in a vertical direction along the exhaust gas movement direction.
The exhaust gas purification system for a ship according to claim 1.
請求項1又は2に記載の船舶における排気ガス浄化システム。
The engine room and funnel provided in the hull of the ship are vertically divided by a plurality of decks, and the exhaust filter device, the reducing agent supply device, and the selective catalyst reduction device are disposed above the deck on which the internal combustion engine is disposed. And arranging the thermoelectric generator,
The exhaust gas purification system for a ship according to claim 1 or 2.
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