JP2015086726A - Exhaust emission control system and ship equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、船舶搭載用のエンジンから排出される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、及び、これを備えた船舶に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification system that removes harmful components in exhaust gas discharged from an engine mounted on a ship, and a ship equipped with the same.
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、空調その他の機器類の消費する電力量が膨大であり、これらの電気系統に電力を供給するために、ディーゼルエンジンと、当該ディーゼルエンジンの駆動にて発電する発電機とを組み合わせてなるディーゼル発電機を備えている(例えば特許文献1等参照)。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つであることが知られており、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。 Conventionally, in a ship such as a tanker or a transport ship, the amount of electric power consumed by various auxiliary machines, cargo handling devices, lighting, air conditioning and other equipment is enormous. In order to supply electric power to these electric systems, diesel A diesel generator is provided that combines an engine and a generator that generates electricity by driving the diesel engine (see, for example, Patent Document 1). Diesel engines are known to be 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.
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、主に燃料である重油に由来して生成されるものであり、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。従って、例えば船舶のように、ディーゼル発電機を駆動させる機械では、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。 Diesel engine exhaust gas contains a large amount of nitrogen oxides, sulfur oxides, particulate matter and the like in addition to carbon dioxide. These are mainly derived from heavy oil, which is a fuel, and 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 also considered to cause acid rain. Accordingly, it is understood that a machine that drives a diesel generator, such as a ship, has a very large amount of NOx emission and a large burden on the global environment.
NOxを大幅に浄化する後処理の手段としては、還元剤に尿素を使用した選択触媒還元法(以下、SCR法という)が一般化している。SCR法では一般に、Ti等の酸化物の担体にVやCr等の活性成分を担持させた材料からなるハニカム構造のNOx触媒を用いている。NOx触媒の上流側に還元剤水溶液としての尿素水を噴霧すると、尿素水が排気ガスの熱で加水分解されてアンモニアが生成し、アンモニアが還元剤としてNOxに作用し、NOxを無害な窒素と水とに分解する。 A selective catalytic reduction method (hereinafter referred to as an SCR method) using urea as a reducing agent has been generalized as a post-treatment means for greatly purifying NOx. In general, the SCR method uses a NOx catalyst having a honeycomb structure made of a material in which an active component such as V or Cr is supported on an oxide carrier such as Ti. When urea water as a reducing agent aqueous solution is sprayed on the upstream side of the NOx catalyst, the urea water is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to generate ammonia, which acts on NOx as a reducing agent, and converts NOx into harmless nitrogen. Decomposes into water.
地球環境に配慮すれば、排気ガス中のNOxを可及的に除去することが必要であり、公海領海を問わず一律に規制するのが好ましいが、現状では、ディーゼルエンジンに関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、NOxに関して規制海域を設ける予定になっている。前述のように、NOx触媒はハニカム構造であるため、排気ガス中のすすや微粒子によって閉塞するおそれがある。また、NOx触媒は、排気ガス中の硫黄成分やこれに由来する生成物によって性能が劣化する。NOx触媒の寿命を可及的に延ばして、ランニングコスト低減と規制海域での確実な規制遵守とを図るには、規制海域外の航行中はNOx触媒を排気ガスに晒さないようにすることが考えられる。 In consideration of the global environment, it is necessary to remove NOx in the exhaust gas as much as possible, and it is preferable to regulate it uniformly regardless of the high seas territorial waters. As a result of this, a regulatory sea area will be established for NOx. As described above, since the NOx catalyst has a honeycomb structure, it may be clogged with soot and fine particles in the exhaust gas. Further, the performance of the NOx catalyst is degraded by sulfur components in the exhaust gas and products derived therefrom. In order to extend the life of the NOx catalyst as much as possible to reduce running costs and ensure compliance with regulations in the regulated sea area, it is necessary not to expose the NOx catalyst to exhaust gas during navigation outside the regulated sea area. Conceivable.
そこで、本願出願人は従前、エンジンの排気経路中に、NOx触媒を収容する浄化ケーシングを設け、排気経路のうち浄化ケーシングの上流側から、NOx触媒を通過せずに排気ガスを迂回させるバイパス経路を分岐させることを提案した(例えば特開2010−71149号公報等参照)。この場合、規制海域内の航行中は排気ガスを浄化ケーシング側に送り、規制海域外の航行中は排気ガスをバイパス経路側に送る。このため、NOx触媒を長寿命化させることが可能になり、ランニングコスト低減や長時間の浄化性能維持が可能という利点がある。 Therefore, the applicant of the present application has previously provided a purification casing that accommodates the NOx catalyst in the exhaust path of the engine, and bypasses the exhaust gas from the upstream side of the purification casing in the exhaust path without bypassing the NOx catalyst. Has been proposed (see, for example, JP 2010-71149 A). In this case, exhaust gas is sent to the purification casing side during navigation in the restricted sea area, and exhaust gas is sent to the bypass path side during navigation outside the restricted sea area. For this reason, it becomes possible to extend the life of the NOx catalyst, and there is an advantage that the running cost can be reduced and the purification performance can be maintained for a long time.
しかし、前記従来の構成では、NOx触媒を迂回するバイパス経路を排気経路や浄化ケーシングとは別に設けるため、バイパス経路の配管距離を長く取らざるを得ず、製造コストが嵩むという問題があった。また、浄化ケーシングとは別に、バイパス経路の設置スペースを確保しなければならないから、例えば船舶等の機関室が狭い場合、バイパス経路の設置が難しくなるおそれもあった。 However, in the conventional configuration, since the bypass path that bypasses the NOx catalyst is provided separately from the exhaust path and the purification casing, there is a problem that the piping distance of the bypass path must be increased, and the manufacturing cost increases. In addition, since it is necessary to secure an installation space for the bypass path separately from the purification casing, for example, when the engine room of a ship or the like is narrow, it may be difficult to install the bypass path.
本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施した排気ガス浄化システム並びにこれを備えた船舶を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system that has been improved by examining the current situation as described above, and a ship equipped with the exhaust gas purification system.
請求項1の発明に係る排気ガス浄化システムは、船舶搭載用のエンジンの排気経路として、外部に連通するメイン経路と、前記メイン経路の中途部から分岐したバイパス経路とを備える一方、前記メイン経路と前記バイパス経路との両方を連通させる複合ケーシングを備え、前記複合ケーシング内の前記メイン経路側に、前記エンジンの排気ガス中にあるNOxの還元を促す選択触媒還元装置を収容し、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部には、排気ガス移動方向を前記メイン経路と前記バイパス経路とに切り換える経路切換部材を配置し、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体を配置しているというものである。
The exhaust gas purification system according to the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の排気ガス浄化システムにおいて、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、前記還元剤噴射体よりも排気ガス移動方向下流側に、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーを配置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 according to the first aspect, between the path switching member and the composite casing in the main path, the exhaust gas movement direction is downstream of the reducing agent injector. On the side, an exhaust mixer for mixing the exhaust gas and the reducing agent is arranged.
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の排気ガス浄化システムにおいて、前記複合ケーシング内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板によって、前記メイン経路側と前記バイパス経路側とに区画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 according to the first or second aspect, the inside of the composite casing is divided into the main path side and the bypass path side by a partition plate extending along the exhaust gas movement direction. It is a division.
請求項4の発明は、請求項1〜3のうちいずれかに記載の排気ガス浄化システムにおいて、前記複合ケーシングの出口部において、前記メイン経路と前記バイパス経路とを合流させているというものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification system according to any one of the first to third aspects, the main path and the bypass path are merged at an outlet portion of the composite casing. .
請求項5の発明は、船舶に係るものであり、エンジンを複数基搭載し、前記各エンジンに対して請求項1〜4のうちいずれかに記載の排気ガス浄化システムを一対一対応させているというものである。
The invention of claim 5 relates to a ship, and a plurality of engines are mounted, and the exhaust gas purification system according to any one of
請求項1の発明によると、船舶搭載用のエンジンの排気経路として、外部に連通するメイン経路と、前記メイン経路の中途部から分岐したバイパス経路とを備える一方、前記メイン経路と前記バイパス経路との両方を連通させる複合ケーシングを備え、前記複合ケーシング内の前記メイン経路側に、前記エンジンの排気ガス中にあるNOxの還元を促す選択触媒還元装置を収容し、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部には、排気ガス移動方向を前記メイン経路と前記バイパス経路とに切り換える経路切換部材を配置し、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体を配置しているから、前記メイン経路と前記バイバス経路とを別々のケーシングに分けて設ける場合に比べて、前記バイパス経路の形成が簡単であり、排気ガスの効率よい処理と前記選択触媒還元装置の長寿命化とを可能なものでありながら、製造コストの低減を図れる。 According to the first aspect of the present invention, the exhaust path of the ship-mounted engine includes a main path communicating with the outside and a bypass path branched from a midway portion of the main path, while the main path and the bypass path And a selective catalytic reduction device that promotes reduction of NOx in the exhaust gas of the engine is accommodated on the main path side in the composite casing, and the main path and the bypass path In the branch portion, a path switching member that switches the exhaust gas movement direction between the main path and the bypass path is disposed, and exhaust gas is disposed between the path switching member and the composite casing in the main path. Since the reducing agent supply body of the reducing agent supply device for supplying the reducing agent is arranged, the main path and the bypass path are separated from each other by a separate case. In comparison with the case where the bypass path is provided separately, the formation of the bypass path is simple, and the exhaust gas can be efficiently treated and the life of the selective catalytic reduction device can be extended, while reducing the manufacturing cost. I can plan.
また、前記還元剤供給装置の前記還元剤噴射体を前記複合ケーシング外に位置させることになるから、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間の経路を、還元剤が分散して排気ガスと適正に混合できるだけの長さに設定するのが容易になる。前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間に、前記還元剤噴射体を位置させるから、仮に前記経路切換部材に故障等の不具合が発生したとしても、前記バイパス経路側に尿素水を供給するおそれがなく、未使用のアンモニアを船外にそのまま排出する問題をなくせる。 In addition, since the reducing agent injector of the reducing agent supply device is positioned outside the composite casing, the reducing agent is dispersed in the path between the path switching member and the composite casing in the main path. Thus, it is easy to set the length so that it can be properly mixed with the exhaust gas. Since the reducing agent injector is positioned between the path switching member and the composite casing in the main path, even if a malfunction such as a failure occurs in the path switching member, urea is disposed on the bypass path side. There is no fear of supplying water, and the problem of discharging unused ammonia as it is out of the ship can be eliminated.
請求項2の発明によると、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、前記還元剤噴射体よりも排気ガス移動方向下流側に、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーを配置しているから、前記排気ミキサーによって排気ガスと還元剤とをできるだけ均一に混合でき、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間の経路をより短尺に構成して、前記排気経路全体をコンパクトに構成できる。更に、前記複合ケーシングの小型化を図って設置スペースを小さくできる。このため、例えば船舶等において狭い機関室への前記複合ケーシングの搭載が容易になる。
According to the invention of
請求項3の発明によると、前記複合ケーシング内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板によって、前記メイン経路側と前記バイパス経路側とに区画しているから、前記仕切板を付加するという簡単な構成だけで、前記複合ケーシング内に二系統の経路を容易に形成できる。従って、前記選択触媒還元装置を収容する前記複合ケーシングの製造コストを低減できる。 According to invention of Claim 3, since the inside of the said composite casing is divided into the said main path | route side and the said bypass path | route side by the partition plate extended along an exhaust gas moving direction, it is said that the said partition plate is added. With only a simple configuration, two paths can be easily formed in the composite casing. Therefore, the manufacturing cost of the composite casing that houses the selective catalytic reduction device can be reduced.
請求項4の発明によると、前記複合ケーシングの出口部において、前記メイン経路と前記バイパス経路とを合流させているから、前記メイン経路を通って浄化した排気ガスと、前記バイパス経路を通過した排気ガスとの両方を、前記複合ケーシングの前記出口部につながる前記排気経路の下流側に送り込める。従って、排気構造を簡単化して製造コストの低減に寄与する。 According to the invention of claim 4, since the main path and the bypass path are merged at the outlet of the composite casing, the exhaust gas purified through the main path and the exhaust gas that has passed through the bypass path Both the gas and the gas are sent to the downstream side of the exhaust path connected to the outlet portion of the composite casing. Therefore, the exhaust structure is simplified and the manufacturing cost is reduced.
ところで、エンジンである補機関(例えば発電用エンジン)を複数基搭載した船舶の場合、従来構造であれば前記メイン経路と前記パイパス経路とを別々に有するため、排気経路としては前記エンジンの基数の2倍の本数が必要であると共に、前記バイパス経路は造船所で組み付けねばならず、作業工数がかかる。これに対して請求項5の発明によると、前記メイン経路と前記パイパス経路とを前記複合ケーシングでひとまとめにするため、排気経路としては前記エンジンの基数と同じ本数で済むことになる。また、造船所でのバイパス経路組み付け作業が不要になる。作業工数を削減してコスト低減を図れる。 By the way, in the case of a ship equipped with a plurality of auxiliary engines (for example, power generation engines) which are engines, since the main path and the bypass path are separately provided in the conventional structure, the exhaust path has a radix of the engine. Twice the number is required, and the bypass route must be assembled at the shipyard, which requires work man-hours. On the other hand, according to the invention of claim 5, since the main path and the bypass path are combined in the composite casing, the number of exhaust paths may be the same as the number of the engines. Also, the bypass route assembly work at the shipyard is not necessary. Costs can be reduced by reducing work man-hours.
以下に、本願発明を具体化した実施形態を、船舶に搭載されたディーゼル発電機に適用した場合の図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings when applied to a diesel generator mounted on a ship.
(1).船舶の概要
まず始めに、図1を参照しながら、船舶1の概要について説明する。実施形態の船舶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。
(1). Outline of Ship First, an outline of the
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、ディーゼル発電機24を複数基(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、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とを組み合わせて構成される。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。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。
As illustrated in FIG. 2, the
(2).発電装置の排気系統
次に、図2〜図6を参照しながら、発電装置23の排気系統について説明する。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30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。
(2). Next, an exhaust system of the
各発電用エンジン25の排気経路30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30は三本存在する。各発電用エンジン25の排気経路30は、ファンネル4まで延びたメイン経路31と、メイン経路31の中途部から分岐したバイパス経路32と、メイン経路31とバイパス経路32との両方に連通する複合ケーシング33とを備えている。すなわち、実施形態では発電用エンジン25を複数基搭載し、各発電用エンジン25に対して、メイン経路31、バイパス経路32及び複合ケーシング33等からなる排気ガス浄化システムを一対一対応させている。
The
複合ケーシング33は、耐熱金属材料製で略筒状(実施形態では角筒状)に構成していて、各発電用エンジン25を配置した第3甲板15よりも上方に配置している。この場合、複合ケーシング33は機関室11の上部側(機関室11上段の第2甲板14上)に位置している。複合ケーシング33内のメイン経路31側には、発電用エンジン25の排気ガス中にあるNOxの還元を促す選択触媒還元装置としてのNOx触媒34及びスリップ処理触媒35(詳細は後述する)を収容している。バイパス経路32は、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を通さずに排気ガスを迂回させるための経路である。複合ケーシング33の排気出口部42(スリップ処理触媒35より排気ガス移動方向下流側(以下、単に下流側という))では、メイン経路31とバイパス経路32とを合流させている。なお、選択触媒還元装置としては、スリップ処理触媒35をなくしてNOx触媒34のみにしたものでもよい。
The
複合ケーシング33外にあるメイン経路31とバイパス経路32との分岐部には、排気ガス移動方向をメイン経路31とバイパス経路32とに切り換える経路切換部材として、気体作動式のメイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38を設けている。メイン側切換バルブ37は、メイン経路31における複合ケーシング33への入口側に設けている。バイパス側切換バルブ38は、バイパス経路32における複合ケーシング33への入口側に設けている。
At a branch portion between the
各切換バルブ37,38は排気ガスの通過する経路を選択するためのものであり、気体供給源(図示省略)からの圧縮気体(空気)によって一方を開けば他方を閉じるという関係に構成している。メイン側切換バルブ37を開いてバイパス側切換バルブ38を閉じた状態では、排気経路30中の排気ガスは、複合ケーシング33内のメイン経路31側にあるNOx触媒34及びスリップ処理触媒35を通過して浄化処理をされてから、船舶1外に放出される。バイパス側切換バルブ38を開いてメイン側切換バルブ37を閉じた状態では、排気経路30中の排気ガスは、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を迂回して浄化処理をすることなく、船舶1外に放出される。
Each of the switching
(3).複合ケーシングの構造
次に、図3〜図10を参照しながら、複合ケーシング33の構造について説明する。前述の通り、複合ケーシング33はメイン経路31とバイパス経路32との両方に連通している。複合ケーシング33内のメイン経路31側は、排気ガス移動方向上流側(以下、単に上流側という)から順に、排気ガス中のNOxの還元を促進させるNOx触媒34と、余分に供給された還元剤(尿素水(尿素水溶液)、より詳しく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35とを直列に並べて収容している。各触媒34,35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おり、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。
(3). Next, the structure of the
NOx触媒34は、後述する尿素水噴射ノズル61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、複合ケーシング33内のメイン経路31側に送られた排気ガスを浄化する。また、スリップ処理触媒35は、NOx触媒34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。この場合、複合ケーシング33内のメイン経路31側では、下記の反応式:
(NH2)2CO+H2O → 2NH3+CO2(加水分解)
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O(NOx触媒34での反応)
4NH3+3O2 → 2N2+6H2O(スリップ処理触媒35での反応)
が生ずる。
The
(NH 2 ) 2 CO + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 (hydrolysis)
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O (reaction at NOx catalyst 34)
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (reaction with slip treatment catalyst 35)
Will occur.
図6に詳細に示すように、複合ケーシング33内には、メイン経路31とバイパス経路32との両方を並べて設けている。この場合、複合ケーシング33内には、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板40を配置している。仕切板40の存在によって、複合ケーシング内33をメイン経路31側とバイパス経路32側とに区画している。仕切板40で複合ケーシング33内を区画することによって、排気ガスがバイパス経路32を通過する際に、排気ガスの熱を用いて、メイン経路31側にあるNOx触媒34及びスリップ処理触媒35を暖機することが可能である。このため、排気ガスを浄化するか否かに拘らず、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を常時暖機して、活性化状態の維持を簡単に行える。メイン側経路31を排気ガスが通過する際は暖機運転が不要になるから、早急な排気ガス浄化が可能になる。
As shown in detail in FIG. 6, both the
仕切板40の上流側端部は、複合ケーシング33内のメイン経路31側のうちNOx触媒62より上流側にある排気入口部41の前部内面に突き合わせて固着している。複合ケーシング33内のメイン経路31側の排気入口部41は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するような先窄まりのテーパー状(錐形状)に形成している。これに対して仕切板40の下流側端部は、複合ケーシング33のうちスリップ処理触媒35より下流側にある排気出口部42内で途切れている。このため、複合ケーシング33の排気出口部42において、メイン経路31側とバイパス経路32側とが合流する。
The upstream end of the
複合ケーシング33の一側面には、NOx触媒34の上流側とスリップ処理触媒35の上流側とに、噴気体としての噴気ノズル43を複数個取り付けている。実施形態では、NOx触媒34の上流側に三個の噴気ノズル43を複合ケーシング33の一側面に設け、スリップ処理触媒35の上流側にも三個の噴気ノズル43を複合ケーシング33の一側面に設けている。各噴気ノズル43によって、気体供給源(図示省略)からの圧縮気体(空気)をNOx触媒34やスリップ処理触媒35に向けて吹き付ける。噴気ノズル43の作用によって、使用中に複合ケーシング33内のメイン経路31側に溜まった煤塵を強制的に除去できる。
On one side of the
複合ケーシング33の他側面には、複数の点検開口窓44(実施形態では三箇所)を形成している。各点検開口窓44は、複合ケーシング33内部や、噴気ノズル43、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35の点検、並びにメンテナンスのために形成したものである。各点検開口窓44は通常、蓋カバー45によって開閉可能に塞いでいる。各蓋カバー45は、対応する点検開口窓44の周縁部にボルトによって着脱可能に締結している。
A plurality of inspection opening windows 44 (three places in the embodiment) are formed on the other side surface of the
複合ケーシング33の排気入口部41前面側には、メイン側流入口47とバイパス側流入口48とを形成している。メイン側流入口47が複合ケーシング33内のメイン経路31側に連通し、バイパス側流入口48が複合ケーシング33内のバイパス経路32側に連通している。複合ケーシング33の排気入口部41の前部外面側には、メイン側流入口47に連通するメイン側導入管51と、バイパス側流入口48に連通するバイパス側導入管52とを設けている。メイン側導入管51とバイパス側導入管52とは、それぞれ中継管55,56を介して二股配管53に連結している。この場合、二股配管53のメイン側出口部57に、フランジを介してメイン側中継管55の入口側を締結している。メイン側中継管55の他端側は、メイン側導入管51に連通している。二股配管53のバイパス側出口部58には、フランジを介してバイパス側中継管56の入口側を締結している。バイパス側中継管56の出口側は、長さ調節用である蛇腹構造の調節管69を介してバイパス側導入管52を締結している。調節管69の存在によって熱膨張による導入管51,52や中継管55,56の延びを吸収している。調節管69はメイン側かバイパス側かの一方にあれば足りる。メイン側もバイパス側も二股配管53に連結しているからである。
A
詳細な図示は省略するが、二股配管53の入口部59は、メイン経路31の上流側にフランジを介して連結している。二股配管53は、メイン経路31とバイパス経路32との分岐部に相当する。複合ケーシング33内のメイン経路31側に連通する二股配管53のメイン側出口部57内に、メイン側切換バルブ37を設けている。複合ケーシング33内のバイパス経路32側に連通する二股配管53のバイパス側出口部58内に、バイパス側切換バルブ38を設けている。メイン側切換バルブ37を切換駆動させるメイン側バルブ駆動器67を、メイン側中継管55及び二股配管53のメイン側出口部57の外周側に設けている。バイパス側切換バルブ38を切換駆動させるバイパス側バルブ駆動器68は、バイパス側中継管56及び二股配管53のバイパス側出口部58の外周側に設けている。両バルブ駆動器67,68は、両中継管55,56と同様に並列状に並んでいる。複合ケーシング33の排気出口部42後面側に、流出口49をメイン経路31側に寄せて形成している。複合ケーシング33の排気出口部42の後部外面側に、流出口49に連通する排気排出管60を設けている。排気排出管60は、メイン経路31の下流側にフランジを介して連結している。
Although not shown in detail, the
メイン経路31のうちメイン側切換バルブ37と複合ケーシング33に連結したメイン側導入管51との間には、上流側から順に、排気ガスに還元剤である尿素水を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体としての尿素水噴射ノズル61と、排気ガスと尿素水とを混合させる排気ミキサー62とを配置している。還元剤供給装置は、尿素水を貯留する尿素水タンク(図示省略)と、尿素水タンクから尿素水を吸い上げるフィードポンプ(図示省略)と、メイン側中継管55に設けた尿素水噴射ノズル61とを備えている。フィードポンプの駆動によって尿素水タンクから尿素水噴射ノズル61に尿素水を送り、尿素水噴射ノズル61からメイン側中継管55内に尿素水を霧状に噴射するように構成している。
Between the main
なお、メイン側中継管55において尿素水噴射ノズル61の近傍には、尿素水噴射ノズル61の点検及びメンテナンス等のためのノズル点検窓63を設けている。ノズル点検窓63も、前述の各点検開口窓44と同様に、通常は蓋カバー64によって開閉可能に塞いでいる。蓋カバー64は、ノズル点検窓63の周縁部にボルトによって着脱可能に締結している。
A
メイン側中継管55とメイン側導入管51との間に排気ミキサー62を設けている。排気ミキサー62は、メイン側中継管55に設けた尿素水噴射ノズル61から所定距離だけ下流側に位置している。この場合の所定距離は、尿素水噴射ノズル61から噴射した尿素水を、メイン側中継管55内でアンモニアに加水分解させるのに必要な距離である。図7〜図10に示すように、実施形態の排気ミキサー62は、メイン側中継管55及びメイン側導入管51と同一内径に形成した筒状のミキサー管体71と、ミキサー管体71の内周側に設けた複数枚の混合フィン72(実施形態では四枚)と、ミキサー管体71の軸芯に位置する軸芯体73とを備えていて、混合フィン72群及び軸芯体73によって、排気ミキサー62を通過する排気ガス及び霧状の尿素水に旋回流を生じさせるように構成している。
An
各混合フィン72は、排気ガスの流れを旋回流にするための部材であり、ミキサー管体71の内周側に軸芯体73を中心として放射状に配置している。この場合、各混合フィン72の半径方向内側の側端面を軸芯体73に固着し、各混合フィン72の半径方向外側の側端面をミキサー管体71の内周面に固着している。各混合フィン72は、ミキサー管体72の円周方向に沿って等角度ごとに位置している(軸芯体73を中心とする点対称状に位置している)。なお、混合フィン72の枚数は実施形態の四枚に限るものではない。
Each mixing
各混合フィン72の上流側と下流側とは、排気ガス移動方向(ミキサー管体71等の軸芯方向)に対してそれぞれ所定角度をなすように構成している。すなわち、各混合フィン72は排気ガス移動方向の中途部で屈曲している。この場合、排気ガス移動方向に対する上流側フィン板部72aの角度を傾斜角θ1とし、排気ガス移動方向に対する下流側フィン板部72bの角度を傾斜角θ2とするように、各混合フィン72を屈曲させている。下流側フィン板部72bの傾斜角θ2を上流側フィン板部72aの傾斜角θ1よりも大きく設定している。すなわち、各フィン板部72a,72bの傾斜角θ1,θ2は、上流側よりも下流側のほうが大きくなっている。換言すると、各フィン板部72a,72bの傾斜角θ1,θ2は、上流側から下流側に向かうに連れて連続的又は段階的に大きくなっている。
The upstream side and the downstream side of each mixing
各混合フィン72の半径方向内側の側端面を支持する軸芯体73の上流側先端部は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するような先窄まりのテーパー状(錐形状)に形成している。また、軸芯体73の下流側基端部は、下流側に向かうに連れて断面積を縮小するような後窄まりのテーパー状(錐形状)に形成している。このため、ミキサー管体71の軸芯付近に流れ込む排気ガスは、軸芯体73のテーパー状の上流側先端部によって半径方向外側の各混合フィン72に向けて案内される。
The upstream tip portion of the
図4及び図5に示すように、複合ケーシング33のメイン経路31側の排気入口部41には、複合ケーシング33内のメイン経路31側に流入する排気ガスの温度を検出するメイン側入口温度センサ65aを配置している。バイパス側中継管56には、複合ケーシング33内のバイパス経路32側に流入する排気ガスの温度を検出するバイパス側入口温度センサ65bを配置している。複合ケーシング33の排気排出管60には、メイン経路31側又はバイパス経路32側を通過した排気ガスの温度を検出する出口温度センサ65cを配置している。
As shown in FIGS. 4 and 5, a main side inlet temperature sensor that detects the temperature of exhaust gas flowing into the
図3〜図5に示すように、複合ケーシング33の上部外周側には、複数の吊り上げ用金具66を一体的に設けている。この場合、略角筒状である複合ケーシング33の互いに平行な位置関係にある二側面の上部側に、二個ずつの吊り上げ用金具66(計四個)を取り付けている。船舶1の組立工場等において、例えばチェンブロックのフック(図示省略)に吊り上げ用金具66群を係止し、チェンブロックによって複合ケーシング33を昇降させ、機関室11の上部側(機関室11上段の第2甲板14上)に複合ケーシング33を簡単に組み付けできる。
As shown in FIGS. 3 to 5, a plurality of lifting
以上の構成において、メイン側切換バルブ37を開いてバイパス側切換バルブ38を閉じた場合、排気ガスは終始、メイン経路31を通過する。すなわち、二股配管53のメイン側出口部57、メイン側中継管55、排気ミキサー62、メイン側導入管51及びメイン側流入口47を経由して複合ケーシング33内のメイン経路31側に流入し、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を通過して浄化処理をされる。
In the above configuration, when the
この場合、尿素水噴射ノズル61から噴射した霧状の尿素水を含む排気ガスは、メイン側中継管55を通じて排気ミキサー62に案内される。各混合フィン72の上流側フィン板部72aが排気ガス移動方向を傾斜角θ1の方向に変更してから、下流側フィン板部72bが排気ガス移動方向を更に傾斜角θ2の方向に変更する結果、ミキサー管体71の内周面に向けて尿素水を含む排気ガスが流れ、ミキサー管体71の内周面に沿った円周方向に移動する。このため、複合ケーシング33内のメイン経路31側の排気入口部41に排気ガスの旋回流が形成され、排気ガスと尿素水とがスムーズに効率よく混合される。複合ケーシング33内のメイン経路31側の排気入口部41は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するような先窄まりのテーパー状(錐形状)であるため、排気ガスの旋回流の旋回径が大きくなる。その結果、排気ガスは、尿素水とより一層均一に混合されながら、複合ケーシング33内のメイン経路31側にあるNOx触媒34に行き渡ることになる。
In this case, the exhaust gas containing the atomized urea water injected from the urea
実施形態では、各混合フィン72の上流側フィン板部72aと下流側フィン板部72bとの傾斜角θ1,θ2を異ならせ、下流側フィン板部72bの傾斜角θ2を上流側フィン板部72aの傾斜角θ1よりも大きく設定しているから、各混合フィンによって排気ガスに加わる流れ抵抗を抑制しながら、大きな旋回流を形成し易くなる。なお、前述した通り、ミキサー管体71の軸芯付近に流れ込む排気ガスは、軸芯体73のテーパー状の上流側先端部によって半径方向外側の各混合フィン72に向けて案内されるので、この点でも、排気ガスと尿素水との混合効率を向上できる。
In the embodiment, the inclination angles θ1 and θ2 of the upstream
浄化処理後の排気ガスは、複合ケーシング33の排気出口部42の流出口49から排気排出管60を経て、排気経路30の下流側に流入し、複合ケーシング33外ひいては船舶1外に放出される。
The exhaust gas after the purification treatment flows from the
逆に、バイパス側切換バルブ38を開いてメイン側切換バルブ37を閉じた場合、排気ガスはメイン経路31からバイパス経路32に移動する。すなわち、二股配管53のバイパス側出口部58、バイパス側中継管56、バイパス側導入管52及びバイパス側流入口48を経由して複合ケーシング33内に流入し、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を迂回して浄化処理をすることなく、バイパス経路32を通過する。バイパス経路32通過後の排気ガスは、複合ケーシング33の排気出口部42の流出口49から排気排出管60を経て、排気経路30の下流側に流入し、複合ケーシング33外ひいては船舶1外に放出される。
Conversely, when the bypass
従って、両切換バルブ37,38の切換作動によって、排気ガスの浄化処理が必要な場合(例えば規制海域内での航行中)と、浄化処理が不要な場合(例えば規制海域外での航行中)とにおいて、排気ガスの通過する経路を簡単に選択できる。従って、浄化処理の要不要に応じて排気ガスを効率よく処理できる。
Therefore, when the switching operation of both switching
なお、実施形態の排気ミキサー62はメイン側中継管55の尿素水噴射ノズル61から所定距離だけ下流側に位置しているが、このような位置関係に限定するものではない。例えば図11に示すように、尿素水噴射ノズル61の上流側に排気ミキサー62を配置して、尿素水噴射前に予め排気ガスを旋回流にしておいてもよい。図12に示すように、尿素水噴射ノズル61を挟んで上流側と下流側との両方に、排気ミキサー62を配置することも可能である。上流側と下流側との排気ミキサー62の構造は共通であってもよいし、異なっていてもよい。このように構成すると、より一層旋回流を形成し易くなり、排気ガスと霧状の尿素水との混合状態の更なる均一化を図れる。
In addition, although the
(4).作用及び効果
以上の構成によると、船舶1搭載用のエンジン25の排気経路30として、外部に連通するメイン経路31と、前記メイン経路31の中途部から分岐したバイパス経路32とを備える一方、前記メイン経路31と前記バイパス経路32との両方を連通させる複合ケーシング33を備え、前記複合ケーシング33内の前記メイン経路31側に、前記エンジン25の排気ガス中にあるNOxの還元を促す選択触媒還元装置34,35を収容し、前記メイン経路31と前記バイパス経路32との分岐部53には、排気ガス移動方向を前記メイン経路31と前記バイパス経路32とに切り換える経路切換部材37,38を配置し、前記メイン経路31のうち前記経路切換部材37と前記複合ケーシング33との間には、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体61を配置しているから、前記メイン経路31と前記バイバス経路32とを別々のケーシングに分けて設ける場合に比べて、前記バイパス経路32の形成が簡単であり、排気ガスの効率よい処理と前記選択触媒還元装置34,35の長寿命化とを可能なものでありながら、製造コストの低減を図れる。
(4). According to the above configuration, the
また、前記還元剤供給装置の前記還元剤噴射体61と前記排気ミキサー62とを前記複合ケーシング33外に位置させることになるから、前記メイン経路31のうち前記経路切換部材37と前記複合ケーシング33との間の経路を、還元剤が分散して排気ガスと適正に混合できるだけの長さに設定するのが容易になる。前記メイン経路31のうち前記経路切換部材37と前記複合ケーシング33との間に、前記還元剤噴射体61を位置させるから、仮に前記経路切換部材37,38に故障等の不具合が発生したとしても、前記バイパス経路32側に尿素水を供給するおそれがなく、未使用のアンモニアを船外にそのまま排出する問題をなくせる。
In addition, since the reducing
実施形態において、前記メイン経路31のうち前記経路切換部材37と前記複合ケーシング33との間には、前記還元剤噴射体61よりも排気ガス移動方向下流側に、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサー62を配置しているから、前記排気ミキサー62によって排気ガスと還元剤とをできるだけ均一に混合でき、前記メイン経路31のうち前記経路切換部材37と前記複合ケーシング33との間の経路をより短尺に構成して、前記排気経路30全体をコンパクトに構成できる。更に、前記複合ケーシング33の小型化を図って設置スペースを小さくできる。このため、例えば船舶1等において狭い機関室11への前記複合ケーシング33の搭載が容易になる。
In the embodiment, between the
また、前記複合ケーシング33内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板40によって、前記メイン経路31側と前記バイパス経路32側とに区画しているから、前記仕切板40を付加するという簡単な構成だけで、前記複合ケーシング33内に二系統の経路31,32を容易に形成できる。従って、前記選択触媒還元装置34,35を収容する前記複合ケーシング33の製造コストを低減できる。
Further, since the inside of the
更に、前記複合ケーシング33の出口部42において、前記メイン経路31と前記バイパス経路32とを合流させているから、前記メイン経路31を通って浄化した排気ガスと、前記バイパス経路32を通過した排気ガスとの両方を、前記複合ケーシング33の前記出口部42につながる前記排気経路30の下流側に送り込める。従って、排気構造を簡単化して製造コストの低減に寄与する。
Further, since the
ところで、エンジン25である補機関(例えば発電用エンジン)を複数基搭載した船舶1の場合、従来構造であれば前記メイン経路31と前記パイパス経路32とを別々に有するため、排気経路30としては前記エンジン25の台数の2倍の本数が必要であると共に、前記バイパス経路32は造船所で組み付けねばならず、作業工数がかかる。これに対して実施形態によると、前記メイン経路31と前記パイパス経路32とを前記複合ケーシング33でひとまとめにするため、排気経路30としては前記エンジン25の台数と同じ本数で済むことになる。また、造船所でのバイパス経路32組み付け作業が不要になる。作業工数を削減してコスト低減を図れる。
By the way, in the case of the
(5).その他
なお、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。上記の各実施形態では、発電用エンジン25の排気経路30中に設ける排気ガス浄化システムに、本願発明を適用したが、これに限らず、例えば主エンジン21の排気系統中の排気ガス浄化システムに適用してもよい。
(5). 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. In each of the above-described embodiments, the present invention is applied to the exhaust gas purification system provided in the
1 船舶
11 機関室
21 主エンジン
22 減速機
23 発電装置
24 ディーゼル発電機
25 発電用エンジン
26 発電機
30 排気経路
31 メイン経路
32 バイパス経路
33 複合ケーシング
34 NOx触媒
35 スリップ処理触媒
37 メイン側切換バルブ
38 バイパス側切換バルブ
40 仕切板
61 尿素水噴射ノズル(還元剤噴射体)
62 排気ミキサー
DESCRIPTION OF
62 Exhaust mixer
Claims (5)
前記複合ケーシング内の前記メイン経路側に、前記エンジンの排気ガス中にあるNOxの還元を促す選択触媒還元装置を収容し、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部には、排気ガス移動方向を前記メイン経路と前記バイパス経路とに切り換える経路切換部材を配置し、
前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体を配置している、
排気ガス浄化システム。 A composite casing that communicates both the main path and the bypass path, as the exhaust path of the ship-mounted engine, including a main path that communicates with the outside and a bypass path that branches off from a middle portion of the main path. Prepared,
A selective catalytic reduction device that promotes reduction of NOx in the exhaust gas of the engine is accommodated on the main path side in the composite casing, and an exhaust gas moving direction is provided at a branch portion between the main path and the bypass path. A path switching member that switches between the main path and the bypass path,
A reducing agent injector of a reducing agent supply device that supplies a reducing agent to exhaust gas is disposed between the route switching member and the composite casing in the main route.
Exhaust gas purification system.
請求項1に記載の排気ガス浄化システム。 An exhaust mixer that mixes the exhaust gas and the reducing agent is disposed between the path switching member and the composite casing in the main path on the downstream side in the exhaust gas movement direction from the reducing agent injector. ,
The exhaust gas purification system according to claim 1.
請求項1又は2に記載の排気ガス浄化システム。 The inside of the composite casing is partitioned into the main path side and the bypass path side by a partition plate extending along the exhaust gas movement direction.
The exhaust gas purification system according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のうちいずれかに記載の排気ガス浄化システム。 In the outlet portion of the composite casing, the main path and the bypass path are merged,
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 3.
船舶。 A plurality of engines are mounted, and the exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 4 is made to correspond to each engine on a one-to-one basis.
Ship.
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