JP5915023B2

JP5915023B2 - 脱硝装置および脱硝方法

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Publication number: JP5915023B2
Application number: JP2011181747A
Authority: JP
Inventors: 敬之山田; 中島　勇人; 勇人中島
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: JP2013044265A

Description

本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元する脱硝装置および脱硝方法に関する。

近年、国際海事機関（ＩＭＯ：International Maritime Organization）が、船舶から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量規制を制定しており、一般海域においてＮＯｘの排出量を所定値までに制限し（２次規制）、大気汚染物質放出規制海域（ＥＣＡ：Emission Control Area、以下、ＥＣＡと称する）においては、ＮＯｘの排出量を、２次規制より低い排出量を上限として制限することが決まっている（３次規制）。

ＥＣＡにおいては、２次規制の範囲よりＮＯｘの排出制限が厳しい３次規制に対応するため、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するための脱硝装置を船舶に設置する必要がある。しかし、脱硝装置に用いられる脱硝触媒は、所定温度（例えば、２７０℃程度）以下であるとＮＯｘの還元効率が低下してしまうので、所定温度以上に維持しなければならないという問題がある。

そこで、過給機のタービンの上流の高温の排気ガスを分流して脱硝触媒に導入することで、脱硝触媒の温度を高温にする技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、脱硝触媒の上流に配された排気管をヒータで加熱し、その排気管を通過した排気ガスで脱硝触媒を温める技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

特許第２９１５６８７号特許第３９２４０４６号

ところで、２次規制の対象となる一般海域においては、脱硝装置を用いなくとも、ＮＯｘの排出量を規制値以下に抑えることができるので、脱硝触媒の無用な劣化を回避するために、排気ガスは脱硝触媒を通過しない流路で排出する。しかし、特許文献１の技術では、このように脱硝触媒を回避する流路がないため一般海域において脱硝触媒が排気ガスに晒され、粉塵が堆積する等して脱硝触媒の劣化が進んでしまう。

そこで、例えば、船舶が一般海域と３次規制の対象となるＥＣＡとを行き来する際、脱硝触媒を経由する流路と経由しない流路とで、排気ガスを排出する流路を切り換える構成が考えられる。しかし、このような排気ガスの流路の切り換えを前提とした場合、船舶が一般海域からＥＣＡへ入る際、脱硝触媒には何ら昇温する手段がないのでＮＯｘを還元可能な十分高い温度に到達していないことが多い。そのため、船舶では、脱硝触媒を暖機する必要が生じる。

しかし、一般海域からＥＣＡへ入る際の暖機に、例えば、特許文献２の技術を利用すると、ヒータ等の別途の加熱装置が必要となり、無駄な電力を消費することとなっていた。

本発明は、このような課題に鑑み、別途の加熱装置を利用せずとも、使用前の脱硝触媒を暖機することが可能な脱硝装置および脱硝方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の他の脱硝装置は、エンジンの排気ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、エンジンとタービンとの間における排気路から分岐し、脱硝触媒に伝熱可能に構成され、脱硝触媒の下流における排気路に連通する第１バイパス管と、タービンと、脱硝触媒との間における排気路から分岐し、脱硝触媒とに伝熱可能に構成され、脱硝触媒の下流における排気路に連通する第３バイパス管と、第１バイパス管を流れる排気ガスの流量を調節する第１バルブ、および第３バイパス管を流れる排気ガスの流量を調節する第３バルブそれぞれの開閉を制御するバルブ制御部と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の脱硝方法は、エンジンの排気ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、エンジンとタービンとの間における排気路から分岐し、脱硝触媒に伝熱可能に構成され、脱硝触媒の下流における排気路に連通する第１バイパス管と、タービンと、脱硝触媒との間における排気路から分岐し、脱硝触媒とに伝熱可能に構成され、脱硝触媒の下流における排気路に連通する第３バイパス管とを備える脱硝装置を用いて、脱硝触媒の未使用時に、第３バイパス管に排気ガスを流し、脱硝触媒の暖機時に、第１バイパス管に排気ガスを流し、脱硝触媒の使用時に、第３バイパス管の排気ガスの流れを止めることを特徴とする。

本発明は、別途の加熱装置を利用せずとも、使用前の脱硝触媒を暖機することが可能となる。

第１の実施形態における脱硝システムを説明するための説明図である。エンジンにおけるエンジン負荷と排気ガスの温度との関係を説明するための説明図である。第２の実施形態における脱硝システムを説明するための説明図である。第３の実施形態における脱硝システムを説明するための説明図である。第３の実施形態における脱硝装置を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

コンテナ船やタンカー等の大型船舶では、熱効率がよく、低質燃料油（重油）が使用できるためコスト面で有利である、ユニフロー型の２サイクルエンジン（２ストロークエンジン）が広く使用されている。このようなエンジンにおいて、化石燃料、例えば、ガソリン、軽油、重油、液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquefied Natural Gas）、および液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquefied Petroleum Gas）等の燃料を燃焼させると、その結果生じる排気ガスには、ＮＯｘが含まれる。上述したように、船舶は、ＥＣＡにおいて、２次規制の範囲よりＮＯｘの排出制限が厳しい３次規制に対応するため、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するための脱硝装置を用いる必要がある。

以下、エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘを還元する脱硝システム１００ａ、１００ｂ、１００ｃについて説明する。なお、以下の実施形態において、脱硝システム１００ａ、１００ｂ、１００ｃに用いるエンジンとしてユニフロー型の２ストロークエンジンを例に挙げて説明するが、他の形式のエンジンに脱硝システム１００ａ、１００ｂ、１００ｃを採用することもできる。

（第１の実施形態：脱硝システム１００ａ）
図１は、第１の実施形態における脱硝システム１００ａを説明するための説明図である。図１に示すように、脱硝システム１００ａは、エンジン１１０と、過給機１２０と、脱硝装置２００とを含んで構成される。図１中、物質（排気ガス、還元剤）の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを一点鎖線の矢印で示す。

エンジン１１０は、シリンダ１１０ａと、ピストン１１０ｂと、排気弁１１０ｃと、排気集合管１１２とを含んで構成される。エンジン１１０は、掃気、圧縮、燃焼、排気といった行程を通じて、クロスヘッド（図示せず）に連結されたピストン１１０ｂがシリンダ１１０ａ内を摺動自在に、図１中白抜き矢印に示す方向に往復移動する。このようなクロスヘッド型のピストン１１０ｂでは、シリンダ１１０ａ内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン１１０ｂに作用する側圧をクロスヘッドが受けるため、２ストロークエンジンの高出力化を図ることができる。さらに、シリンダ１１０ａとクロスヘッドが収まるクランク室とが隔離されるので、低質燃料油を用いる場合においても汚損劣化を防止することができる。排気集合管１１２は、エンジン１１０に設けられた複数の排気弁１１０ｃそれぞれを通じてシリンダ１１０ａと連通する複数の排気路を集約する。

過給機１２０は、タービン１２２と、タービン１２２と同軸の圧縮機１２４とを含んで構成される。タービン１２２は、エンジン１１０から排出された排気ガスＸ１によって回転し、圧縮機１２４は、タービン１２２の回転を利用し、外部から導入される活性ガス（酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気（例えば空気））を圧縮してエンジン１１０への掃気圧を高める。こうすることで、エンジン１１０の出力を向上させることができる。

脱硝装置２００は、排気ガスＸ１にアンモニアを作用させることで、排気ガスＸ１中に含まれるＮＯｘを窒素に還元する。このように、エンジン１１０から排出された排気ガスＸ１は、脱硝装置２００に導入され、ＮＯｘが還元されて、排気ガスＸ２として外部に排出される。

ところで、２次規制の対象となる一般海域においては、ＮＯｘの還元が不要、すなわち、脱硝触媒を要さないので、脱硝触媒の劣化を回避するために、排気ガスは脱硝触媒を通過しない流路（経路）で排出される。しかし、脱硝システム１００ａを搭載した船舶（以下、単に船舶と称す）が一般海域からＥＣＡへ入る際、脱硝触媒の温度を、ＮＯｘを還元可能な温度に上昇させるため暖機が必要となる。

第１の実施形態では、別途の加熱装置を利用せずとも、使用前の脱硝触媒を暖機することが可能な脱硝装置２００を提供することを目的とする。以下、脱硝装置２００の具体的な構成について説明する。

（脱硝装置２００）
第１の実施形態にかかる脱硝装置２００では、排気ガスＸ１に還元剤を導入し、還元剤の導入位置の下流にある、脱硝触媒で、排気ガスＸ１中に含まれるＮＯｘを還元して窒素を生成する選択式触媒還元方式（Selective Catalytic Reduction）を採用している。

図１に示すように、脱硝装置２００は、還元剤導入部２１０と、脱硝触媒２１２と、第１バルブ２１４と、第１バイパス管２１６と、第２バルブ２１８と、第２バイパス管２２０と、バルブ制御部２２２とを含んで構成される。

還元剤導入部２１０は、タービン１２２から脱硝触媒２１２の間の排気路２０２ａ中、第２バルブ２１８と脱硝触媒２１２との間に還元剤（尿素水）を導入（噴霧）する。

脱硝触媒２１２は、バナジウム、タングステン、モリブデン等の金属またはその酸化物と酸化チタン等で構成され、還元剤導入部２１０が導入した還元剤によって、過給機１２０のタービン１２２を通過した排気ガス中のＮＯｘを還元する。

第１バルブ２１４は、エンジン１１０からタービン１２２までの間の排気路２０２ｂに配置され、後述するバルブ制御部２２２の制御に応じて、第１バイパス管２１６を流れる排気ガスＸ１の流量を調節する。具体的に、第１バルブ２１４は、排気路２０２ｂから第１バイパス管２１６に分流する排気ガスの流量を、その開度によって調整する。

第１バイパス管２１６は、エンジン１１０とタービン１２２との間における排気路２０２ｂから分岐し、脱硝触媒２１２の筐体と一部が隣接して脱硝触媒２１２に伝熱可能に構成され、脱硝触媒２１２の下流における排気路２０２ｃに連通する。

本実施形態において、脱硝触媒２１２は２重管構造となっており、第１バイパス管２１６は、２重管の外周側管２１６ａも担い、この外周側管２１６ａから、脱硝触媒２１２が設けられた内周側管に熱が伝導する。

第２バルブ２１８は、第２バイパス管２２０を流れる排気ガスＸ１の流量を調節する。具体的に、第２バルブ２１８は、脱硝触媒２１２を通過する流路および第２バイパス管２２０を通過する流路それぞれについて、開度が設定される。ここでは、第２バルブ２１８は流路の切換弁であり、バルブ制御部２２２の制御に応じて、排気ガスＸ１の流路を、脱硝触媒２１２を通過する流路（排気路２０２ｃ）と、第２バイパス管２２０を通過する流路とで排他的に切り換える。すなわち、第２バルブ２１８は、脱硝触媒２１２を通過する流路への開度を１００％、第２バイパス管２２０を通過する流路への開度を０％、または、脱硝触媒２１２を通過する流路への開度を０％、第２バイパス管２２０を通過する流路への開度を１００％、のいずれかの状態とする。

第２バイパス管２２０は、タービン１２２と、脱硝触媒２１２との間における排気路２０２ａから分岐し、脱硝触媒２１２の下流における排気路２０２ｃに連通しており、脱硝触媒２１２の上流の排気ガスＸ１を脱硝触媒２１２の下流にバイパスさせる。

バルブ制御部２２２は、第１バルブ２１４および第２バルブ２１８それぞれの開閉（開度）を制御する。

（一般海域航行時）
船舶がＥＣＡ以外の一般海域内を航行している場合、バルブ制御部２２２は、例えば、乗組員の操作に応じて、第２バルブ２１８を制御し、排気ガスＸ１の送出先を第２バイパス管２２０に切り換える。また、バルブ制御部２２２は、第１バルブ２１４を閉じ第１バイパス管２１６に排気ガスＸ１が流れないようにする。

このように、一般海域を航行中、脱硝装置２００は、排気ガスＸ１に、脱硝触媒２１２を迂回して第２バイパス管２２０を通過させるため、脱硝触媒２１２に粉塵が堆積する等して劣化する事態を回避することが可能となる。

（暖機時）
船舶が一般海域内を航行している際、脱硝触媒２１２による還元処理が必要となる所定時間前（例えば、数十時間前）に、例えば、乗組員が操作スイッチ（図示せず）を、暖機の指示を示す暖機指示状態とすると、バルブ制御部２２２は、排気ガスＸ１の送出先を第２バイパス管２２０としたまま、第１バルブ２１４を開き第１バイパス管２１６に排気ガスＸ１が流れるようにする。

図２は、エンジン１１０におけるエンジン負荷と排気ガスＸ１の温度との関係を説明するための説明図である。図２中、タービン１２２の入口（上流）の排気ガスＸ１の温度を実線で、タービン１２２の出口（下流）の排気ガスＸ１の温度を破線で示す。

図２に示すように、タービン１２２の上流の排気ガスの温度は、タービン１２２の下流の排気ガスの温度よりも５０〜１５０度程度高い。脱硝装置２００は、第１バイパス管２１６において、このタービン１２２の上流の温度の高い排気ガスＸ１をバイパスさせ脱硝触媒２１２と熱交換させることにより、脱硝触媒２１２の温度を上昇させる。

このように、脱硝装置２００は、脱硝触媒２１２による還元処理が必要となると、別途の加熱装置を用いることなく、タービン１２２に流入する前の高温の排気ガスの一部を用いて迅速に脱硝触媒２１２の暖機を行うことが可能となる。また、脱硝装置２００では、脱硝触媒２１２による還元処理が不要な期間や脱硝触媒２１２の暖機中、排気ガスが脱硝触媒２１２に導入されることがないため、排気ガスに含まれる粉塵が燃焼せずに脱硝触媒２１２に堆積してしまう事態を回避できる。

（ＥＣＡ航行時）
船舶がＥＣＡを航行している場合、バルブ制御部２２２は、例えば、乗組員の操作に応じて、第２バルブ２１８を制御し、排気ガスＸ１の送出先を、脱硝触媒２１２を通過する流路とする。また、バルブ制御部２２２は、第１バルブ２１４を閉じ第１バイパス管２１６に排気ガスＸ１が流れないようにする。一般海域からＥＣＡへ入る際、上述したように脱硝触媒２１２は暖機されているため、脱硝装置２００はスムーズにＮＯｘを還元可能となる。

このように、ＥＣＡを航行中、脱硝装置２００は、排気ガスＸ１を脱硝触媒２１２で還元し、還元された排気ガスＸ２として排出する。かかる構成により、船舶は３次規制に対応することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、タービン１２２上流の高温の排気ガスを利用して、脱硝触媒２１２の暖機を行う脱硝装置２００について説明した。第２の実施形態では、タービン１２２の出力に影響を与えず、脱硝触媒２１２の暖機を行うことが可能な脱硝装置３００について説明する。

図３は、第２の実施形態における脱硝システム１００ｂを説明するための説明図である。図３に示すように、脱硝システム１００ｂは、エンジン１１０と、過給機１２０と、脱硝装置３００とを含んで構成される。エンジン１１０、過給機１２０については、第１の実施形態の脱硝システム１００ａと実質的に機能が等しいので詳細な説明は省略し、ここでは脱硝装置３００について説明する。

（脱硝装置３００）
図３に示すように、脱硝装置３００は、還元剤導入部２１０と、脱硝触媒２１２と、バルブ制御部３２２と、第３バルブ３２４と、第３バイパス管３２６と、ヒータ３２８とを含んで構成される。還元剤導入部２１０、脱硝触媒２１２については、第１の実施形態の脱硝装置２００と実質的に機能が等しいので詳細な説明は省略し、ここではバルブ制御部３２２、第３バルブ３２４、第３バイパス管３２６、ヒータ３２８について説明する。

バルブ制御部３２２は、第３バルブ３２４を制御する。第３バルブ３２４は、第３バイパス管３２６を流れる排気ガスの流量を調節する。具体的に、第３バルブ３２４は、脱硝触媒２１２を通過する流路および第３バイパス管３２６を通過する流路それぞれについて、開度が設定される。ここでは、第３バルブ３２４は、エンジン１１０の排気ガスの流路を、脱硝触媒２１２を通過する流路と、第３バイパス管３２６を通過する流路とで排他的に切り換える。すなわち、第３バルブ３２４は、脱硝触媒２１２を通過する流路への開度を１００％、第３バイパス管３２６を通過する流路への開度を０％、または、脱硝触媒２１２を通過する流路への開度を０％、第３バイパス管３２６を通過する流路への開度を１００％、のいずれかの状態とする。

第３バイパス管３２６は、脱硝触媒２１２の上流において排気路２０２ａから分岐され、脱硝触媒２１２の筐体と一部が隣接して伝熱可能に構成され、脱硝触媒２１２の下流における排気路２０２ｃに連通する。

本実施形態において、脱硝触媒２１２は２重管構造となっており、第３バイパス管３２６は、２重管の外周側管２１６ａも担い、この外周側管２１６ａから、脱硝触媒２１２が設けられた内周側管に熱が伝導する。

ヒータ３２８は、例えば、通電することで発熱する電熱ヒータで構成され、脱硝触媒２１２を加熱する。

（一般海域航行時）
船舶がＥＣＡ以外の一般海域内を航行している場合、バルブ制御部３２２は、例えば、乗組員の操作に応じて、第３バルブ３２４を制御し、排気ガスＸ１の送出先を第３バイパス管３２６に切り換える。

このように、一般海域を航行中、脱硝装置３００は、排気ガスＸ１に、脱硝触媒２１２を迂回して第３バイパス管３２６を通過させるため、脱硝触媒２１２に粉塵が堆積する等して劣化する事態を回避することが可能となる。

（暖機時）
船舶が一般海域内を航行している際に暖機をする場合、脱硝触媒２１２による還元処理が必要となる所定時間前に、乗組員がヒータ３２８に通電させると、ヒータ３２８が脱硝触媒２１２を加熱する。このとき、バルブ制御部３２２は、排気ガスＸ１の送出先を第３バイパス管３２６のままとしておく。

第２の実施形態の脱硝触媒２１２は、排気ガスに晒されることなく、排気ガスの熱によって常に温められる。そのため、脱硝装置３００は、別途の加熱装置を用いることなく、排気されるすべての排気ガスの熱を利用して脱硝触媒２１２の暖機を行うことが可能となる。また、脱硝装置３００では、第１の実施形態と同様、脱硝触媒２１２による還元処理が不要な期間や脱硝触媒２１２の暖機中、排気ガスが脱硝触媒２１２に吹き付けることがないため、排気ガスに含まれる粉塵が燃焼せずに脱硝触媒２１２に堆積してしまう事態を回避できる。

（ＥＣＡ航行時）
船舶がＥＣＡを航行している場合、バルブ制御部３２２は、例えば、乗組員の操作に応じて、第３バルブ３２４を制御し、排気ガスＸ１の送出先を、脱硝触媒２１２を通過する流路に切り換える。一般海域からＥＣＡへ入る際、上述したように脱硝触媒２１２は暖機されているため、脱硝装置３００はスムーズにＮＯｘを還元可能となる。

このように、ＥＣＡを航行中、脱硝装置３００は、排気ガスＸ１を脱硝触媒２１２で還元し、還元された排気ガスＸ２として排出する。かかる構成により、船舶は３次規制に対応することができる。

（第３の実施形態）
続いて、第１の実施形態における脱硝装置２００と、第２の実施形態における脱硝装置３００とをそれぞれを組み合わせ、より効率的に脱硝触媒２１２の暖機を行うことができる脱硝装置４００について第３の実施形態で説明する。

図４は、第３の実施形態における脱硝システム１００ｃを説明するための説明図である。図４に示すように、脱硝システム１００ｃは、エンジン１１０と、過給機１２０と、脱硝装置４００とを含んで構成される。エンジン１１０、過給機１２０については、第１の実施形態の脱硝システム１００ａと実質的に機能が等しいので詳細な説明は省略し、ここでは脱硝装置４００について説明する。

図４に示すように、脱硝装置４００は、還元剤導入部２１０と、脱硝触媒２１２と、第１バルブ２１４と、第１バイパス管２１６と、第３バルブ３２４と、第３バイパス管３２６と、バルブ制御部４２２とを含んで構成される。還元剤導入部２１０、脱硝触媒２１２、第１バルブ２１４、第１バイパス管２１６、第３バルブ３２４、第３バイパス管３２６については、上述した実施形態の脱硝装置２００、３００と実質的に機能が等しいので詳細な説明は省略し、ここではバルブ制御部４２２について説明する。

バルブ制御部４２２は、第１バイパス管２１６を流れる排気ガスの流量を調節する第１バルブ２１４、および第３バイパス管３２６を流れる排気ガスの流量を調節する第３バルブ３２４それぞれの開閉を制御する。

（一般海域航行時）
船舶がＥＣＡ以外の一般海域内を航行している場合、バルブ制御部４２２は、例えば、乗組員の操作に応じて、第３バルブ３２４を制御し、排気ガスＸ１の送出先を第３バイパス管３２６とする。また、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４を閉じ第１バイパス管２１６に排気ガスＸ１が流れないようにする。

このように、一般海域を航行中、脱硝装置４００は、排気ガスＸ１に、脱硝触媒２１２を迂回して第３バイパス管３２６を通過させるため、脱硝触媒２１２に粉塵が堆積する等して劣化する事態を回避することが可能となる。

（暖機時）
船舶が一般海域内を航行している際、脱硝触媒２１２による還元処理が必要となる所定時間前（例えば、数十時間前）に、例えば、乗組員が操作スイッチ（図示せず）を、暖機の指示を示す暖機指示状態とすると、バルブ制御部４２２は、排気ガスＸ１の送出先を第３バイパス管３２６としたまま、第１バルブ２１４を開き第１バイパス管２１６に排気ガスＸ１が流れるようにする。

第３の実施形態の脱硝装置４００は、脱硝触媒２１２による還元処理が不要な期間、タービン１２２の下流の排気ガスによって脱硝触媒２１２の暖機を継続的に行い、脱硝触媒２１２は常時ある程度（例えば、２００度程度）に温められている。そして、乗組員の暖機を指示する操作があると、タービン１２２の上流の高温の排気ガスによって脱硝触媒２１２をさらに昇温する。かかる構成により、脱硝装置４００は、タービン１２２の上流の排気ガスを用いる時間をより短時間に抑えてタービン１２２の出力への影響を抑制しつつ、より迅速に暖機を行うことが可能となる。

（ＥＣＡ航行時）
船舶がＥＣＡを航行している場合、バルブ制御部４２２は、例えば、乗組員の操作に応じて、第３バルブ３２４を制御し、排気ガスＸ１の送出先を、脱硝触媒２１２を通過する流路に切り換える。また、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４を閉じ第１バイパス管２１６に排気ガスＸ１が流れないようにする。一般海域からＥＣＡへ入る際、上述したように脱硝触媒２１２は暖機されているため、脱硝装置４００はスムーズにＮＯｘを還元可能となる。

このように、ＥＣＡを航行中、脱硝装置４００は、排気ガスＸ１を脱硝触媒２１２で還元し、還元された排気ガスＸ２として排出する。かかる構成により、船舶は３次規制に対応することができる。

（脱硝方法）
図５は、第３の実施形態にかかる脱硝装置４００を用いた脱硝方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示すように、バルブ制御部４２２は、船舶が現在航行している海域が、一般海域であるか否かを判定する（Ｓ５００）。一般海域である場合（Ｓ５００におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第３バルブ３２４の排気ガスの送出先が脱硝触媒２１２を通過する流路か否かを判定する（Ｓ５０２）。脱硝触媒２１２を通過する流路である場合（Ｓ５０２におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第３バルブ３２４の排気ガスの送出先を第３バイパス管３２６を通過する流路に切り換える（Ｓ５０４）。

そして、バルブ制御部４２２は、例えば、操作スイッチが暖機の指示を示す暖機指示状態であるか否かを判定する（Ｓ５０６）。暖機指示状態でなかった場合（Ｓ５０６におけるＮＯ）、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４が開いているか否かを判定する（Ｓ５０８）。第１バルブ２１４が開いている場合（Ｓ５０８におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４を閉じる（Ｓ５１０）。そして、海域判定ステップＳ５００に戻る。

暖機指示状態である場合（Ｓ５０６におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４が閉じているか否かを判定する（Ｓ５１２）。第１バルブ２１４が閉じている場合（Ｓ５１２におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４を開く（Ｓ５１４）。そして、海域判定ステップＳ５００に戻る。

海域判定ステップＳ５００において、船舶が現在航行している海域が一般海域でなくＥＣＡである場合（Ｓ５００におけるＮＯ）、バルブ制御部４２２は、第３バルブ３２４の排気ガスの送出先が、第３バイパス管３２６であるか否かを判定する（Ｓ５１６）。第３バイパス管３２６である場合（Ｓ５０２におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第３バルブ３２４の排気ガスの送出先を第３バイパス管３２６から脱硝触媒２１２を通過する流路に切り換える（Ｓ５１８）。

続いて、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４が開いているか否かを判定する（Ｓ５２０）。第１バルブ２１４が開いている場合（Ｓ５２０におけるＹＥＳ）、バルブ制御部４２２は、第１バルブ２１４を閉じる（Ｓ５２２）。そして、海域判定ステップＳ５００に戻る。

上述したように、第３の実施形態にかかる脱硝方法によれば、別途の加熱装置を利用せず、使用前の脱硝触媒２１２を暖機させることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した第１〜３の実施形態において、暖機時に、エンジン１１０や過給機１２０の制御によって、排気ガスの温度を昇温することで、脱硝触媒２１２の暖機時間を短縮してもよい。

また、上述した第１〜３の実施形態では、船舶の乗組員が操作スイッチを暖機指示状態とすると、脱硝触媒２１２の暖機が開始されるとしたが、かかる場合に限定されず、例えば、脱硝装置２００、３００、４００は、船舶に備えられたＧＰＳ（Global Positioning System）レーダによって導出された船舶の位置や速度に基づいて、船舶が一般海域からＥＣＡに入るまでの時間を予測して、その時間が所定時間内になると、脱硝触媒２１２の暖機を開始するとしてもよい。

また、上述した実施形態において、タービン１２２および脱硝触媒２１２を迂回する管を第１バイパス管２１６、脱硝触媒２１４を迂回する管を第２バイパス管２２０、第３バイパス管３２６として表現したが、タービン１２２や脱硝触媒２１２があることを前提にしているものではない。例えば、第２バイパス管２２０（この場合、厳密にはバイパスしていない）があることを前提として、第２バイパス管２２０の上流の排気ガスを分岐して脱硝触媒２１２を通過させ、排気路に戻したりする場合も本発明の実施形態の範囲に含まれる。すなわち、２つの系統（流路）のいずれを主系統（メイン）または副系統（サブ）とするかは任意に設定することができる。

なお、本明細書の脱硝方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元する脱硝装置および脱硝方法に利用することができる。

１１０ …エンジン
１２２ …タービン
２００、３００、４００ …脱硝装置
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ …排気路
２１２ …脱硝触媒
２１４ …第１バルブ
２１６ …第１バイパス管
２１８ …第２バルブ
２２０ …第２バイパス管
２２２、３２２、４２２ …バルブ制御部
３２４ …第３バルブ
３２６ …第３バイパス管

Claims

エンジンの排気ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、
前記エンジンとタービンとの間における排気路から分岐し、前記脱硝触媒に伝熱可能に構成され、該脱硝触媒の下流における該排気路に連通する第１バイパス管と、
前記タービンと、前記脱硝触媒との間における排気路から分岐し、該脱硝触媒とに伝熱可能に構成され、該脱硝触媒の下流における該排気路に連通する第３バイパス管と、
前記第１バイパス管を流れる排気ガスの流量を調節する第１バルブ、および前記第３バイパス管を流れる排気ガスの流量を調節する第３バルブそれぞれの開閉を制御するバルブ制御部と、
を備えることを特徴とする脱硝装置。
エンジンの排気ガス中の窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、
前記エンジンとタービンとの間における排気路から分岐し、前記脱硝触媒に伝熱可能に構成され、該脱硝触媒の下流における該排気路に連通する第１バイパス管と、
前記タービンと、前記脱硝触媒との間における排気路から分岐し、該脱硝触媒とに伝熱可能に構成され、該脱硝触媒の下流における該排気路に連通する第３バイパス管とを備える脱硝装置を用いて、
前記脱硝触媒の未使用時に、前記第３バイパス管に排気ガスを流し、
前記脱硝触媒の暖機時に、前記第１バイパス管に排気ガスを流し、
前記脱硝触媒の使用時に、前記第３バイパス管の排気ガスの流れを止めることを特徴とする脱硝方法。