JP6151657B2 - Ship exhaust gas purification system - Google Patents
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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 a ship-mounted engine.
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。ここで、浄化ケーシング側及びバイパス経路側に経路切換バルブを設けて排気ガスの経路を切換えるものがある。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. Here, there is one that switches a path of exhaust gas by providing a path switching valve on the purification casing side and the bypass path side. 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.
ここで、効率よく排気ガス中のNOxを還元して除去しようとすると、排気ガスと還元剤とを効率よく混合する必要がある。このため、従来の排気ガス浄化システムでは、排気経路内に専用の排気ミキサーを設けているものがある。しかしながら、専用の排気ミキサーを設けると、排気経路内の構造が複雑になってしまい、部品点数が増加し、製造コストが増大してしまうという問題がある。 Here, in order to efficiently reduce and remove NOx in the exhaust gas, it is necessary to efficiently mix the exhaust gas and the reducing agent. For this reason, some conventional exhaust gas purification systems are provided with a dedicated exhaust mixer in the exhaust path. However, when a dedicated exhaust mixer is provided, there is a problem that the structure in the exhaust path becomes complicated, the number of parts increases, and the manufacturing cost increases.
本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施した船舶の排気ガス浄化システムを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a ship exhaust gas purification system which has been improved by examining the above-described present situation.
本願発明に係る船舶の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に、排気経路を開閉する切換バルブを配置している排気ガス浄化システムにおいて、前記切換バルブの弁体に、前記切換バルブの開状態で前記排気経路内を流通する排気ガスの流れを乱流にするミキシングフィンを設けており、前記弁体の一方及び他方それぞれに複数枚の前記ミキシングフィンが形成されるとともに、前記弁体の一方側及び他方側それぞれに形成された前記ミキシングフィンが互いに交差するように構成されているというものである。 An exhaust gas purification system for a ship according to the present invention is an exhaust gas purification system in which a switching valve that opens and closes an exhaust path is disposed in an exhaust path of an engine mounted on a ship. A mixing fin for turbulent flow of the exhaust gas flowing in the exhaust path in the open state of the valve, and a plurality of the mixing fins are formed on one and the other of the valve body, The mixing fins formed on one side and the other side of the valve body are configured to intersect each other .
上記排気ガス浄化システムにおいて、前記排気経路として、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ており、前記メイン経路と前記バイパス経路との両方に切換バルブを配置し、前記メイン経路側の切換バルブの弁体に、前記切換バルブの開状態で前記排気経路内を流通する排気ガスの流れを乱流にする前記ミキシングフィンが設けられており、前記メイン経路側の切換バルブの下流側に還元剤噴射ノズルを配置しているものとしてもよい。 In the above exhaust gas purification system, as the exhaust path, a main path communicating with the outside, said has a bypass passage which branches off from a middle portion of the primary path, the switching valve to both said bypass passage and said main path was placed, the valve body of the main path side of the switching valve, wherein is mixing fin is provided for the flow of exhaust gas flowing through the said exhaust path in an open state of the switching valve in turbulence, the main It is good also as what has arrange | positioned the reducing agent injection nozzle in the downstream of the switching valve of the path | route side.
本願発明によると、前記切換バルブの弁体に、前記切換バルブの開状態で排気経路内を流通する排気ガスの流れを乱流にするミキシングフィンを設けているので、切換バルブを開状態にするだけで排気ガスの流れを乱流にでき、前記排気経路に専用の排気ミキサーを設ける必要がない。したがって、部品点数の削減を図ることができ、構成を簡素化して製造コストの低減に寄与できる。 According to the present invention, the switching valve is opened because the switching valve is provided with mixing fins that turbulently flow the exhaust gas flowing in the exhaust passage when the switching valve is open. Thus, the flow of exhaust gas can be made turbulent, and there is no need to provide a dedicated exhaust mixer in the exhaust path. Therefore, the number of parts can be reduced, the configuration can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
本願発明によると、前記メイン経路側の切換バルブの弁体に、前記ミキシングフィンを設け、前記メイン経路側の切換バルブの下流側に前記還元剤噴射ノズルを配置しているので、前記ミキシングフィンにより乱流にされた排気ガスに還元剤が噴射されるので、排気ガスと還元剤とを効率よく混合できる。したがって、排気ガス中のNOxを効率よく還元することができ、排気ガス中のNOxを可及的に除去することができる。 According to the present invention, the mixing fin is provided in the valve body of the switching valve on the main path side, and the reducing agent injection nozzle is disposed on the downstream side of the switching valve on the main path side. Since the reducing agent is injected into the turbulent exhaust gas, the exhaust gas and the reducing agent can be mixed efficiently. Therefore, NOx in the exhaust gas can be efficiently reduced, and NOx in the exhaust gas can be removed as much as possible.
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、第1実施形態における船舶1の概要について説明する。第1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 ship 1 in the first embodiment will be described with reference to FIG. The ship 1 according to the first embodiment is provided in 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(第1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。第1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(第1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(第1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 shown 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、第1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(第1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、流体作動式の切換バルブである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。本実施形態のメイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38は、単作動式の切換えバルブにより構成している。流体作動式の単作動切換バルブの一例として、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38を空気作動式バタフライバルブにより構成することが考えられる。そして、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。また、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 the branch portion between the
次に、図3〜図6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。
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
(NH2) 2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (hydrolysis)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (reaction at NOx catalyst 34)
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (reaction at the 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34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。第1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(第1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 locations in the first 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。
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。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、第1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(第1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71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の枚数は第1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
(3).排気経路切換動作
各排気経路30におけるメイン経路31とバイパス経路32には、それぞれを開閉する開閉部材として、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38が設けられている(実施形態では3組、計6個)。これらメイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38は、排気ガスの通過する経路を選択するために、一方を開けば他方を閉じるという関係になっている。また、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38は、それぞれ対応する発電用エンジン25の状態及び使用燃料の種類に応じて開閉させるように構成されている。
(3). Exhaust path switching operation The
バイパス側切換バルブ38が閉じてメイン側切換バルブ37が開いた状態では、膨張行程後の排気行程において、複数台の発電用エンジン25から各メイン経路31に送られた排気ガスが、各メイン経路31を経由してNOx触媒34及びスリップ処理触媒35を経由して浄化処理をされた後、船舶1外に放出される。メイン側切換バルブ37が閉じてバイパス側切換バルブ38が開いた状態では、排気ガスが各バイパス経路32を経由して(NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を通過せずに)、直接船舶1外に放出される。
In a state where the bypass
このように、各排気経路30におけるメイン経路31とバイパス経路32とに、各排気路31,32を開閉する開閉部材としてのメイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38が設けられていると、例えば規制海域内の航行時と規制海域外の航行時のように、排気ガスの浄化処理が必要な場合と不要な場合とにおいて、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38の開閉状態を切り換えるだけで、排気ガスの通過する経路を適宜選択できる。従って、排気ガスの効率よい処理が可能になる。また、例えば排気ガスの浄化処理が不要な場合は、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35を避けて外部に直接連通するバイパス経路32側に排気ガスを誘導できる。このため、排気ガスの浄化処理が不要な場合は、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35が排気ガスにさらされないから、NOx触媒34及びスリップ処理触媒35の寿命延長にも寄与するのである。
Thus, when the main
前述の通り、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38は流体作動式のものであり、流体の供給がない場合は開き状態に保持される(ノーマリーオープン形式)ものである。そして、それぞれ単作動型の空気圧式シリンダにより構成された、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と、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とが設けられている。メイン側バルブ駆動器67は、メイン側中継管55の外周側に、メイン側中継管55の長手方向に沿って並列状に並んで設けられている。バイパス側バルブ駆動器68は、バイパス側中継管56の外周側に、バイパス側中継管56の長手方向に沿って並列状に並んで設けられている。
As described above, the main-
メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38のバルブ駆動器67,68は、図11に示すように、それぞれ流体流通配管80を介して流体供給源81に接続されている。流体供給源81は、バルブ駆動器67,68作動用(メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38作動用)の圧縮流体である空気を供給するためのものである。メイン側及びバイパス側それぞれの流体流通配管80の中途部には、上流側から順に、フィルタレギュレータ82と、バルブ駆動器67,68に流体を供給するか否かを切換える電磁弁83と、閉側調整部及び開側調整部を有する流量調整部84とが設けられている。各電磁弁83は、制御情報に基づいて作動し、対応する切換バルブ37、38のバルブ駆動器67,68に圧縮流体を供給したり停止したりするように構成されている。また、各バルブ駆動器67,68には、切換バルブ37,38の開閉状態を検出するリミットスイッチ85が設けられており、各バルブ駆動器67,68にはサイレンサ86が接続され、各電磁弁83には、サイレンサ87が接続されている。
The
そして、排気ガスの通過する経路を切り換える場合には、メイン側及びバイパス側両方の電磁弁83が流体供給停止状態となり、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38への流体供給を停止する。メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38は、前述したようにノーマリーオープン形式であるので、流体供給が停止すると、両バルブ駆動器67,68により駆動されて開状態になる。その後、排気ガスを通過させない側の電磁弁83が流体供給状態になり、流体が供給された側のバルブが閉状態になる。ここで、排気ガスを通過させたい側の電磁弁83は流体供給停止状態のままであり、切換バルブが開状態のままである。以上のように、排気ガスの通過する経路の切換えを行う。メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38の動作の一例としては、メイン側切換バルブ37を閉じてバイパス側切換バルブ38を開いた状態(図12(a)参照)から、一旦メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38の両方を開いた状態(図12(b)参照)にして、その後、バイパス側切換バルブ38を閉じてメイン側切換バルブ37を開いた状態(図12(c)参照)になる。
When switching the path through which the exhaust gas passes, both the main-side and bypass-side
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、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 main
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
(4).第1実施形態の作用及び効果
以上の構成によると、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38を、ノーマリーオープン式の単作動切換バルブにより構成しているので、エンジン25が作動している状態での排気ガス経路切換え時等、流体供給がオフの状態であっても、メイン経路31及びバイパス経路32の両経路が同時に閉状態になることがない。したがって、仮に経路切換バルブ37、38が故障した場合でも、エンジン25が作動している状態で両方の経路切換バルブ37、38が同時に閉状態になることを防止できる。
(4). Operation and Effect of First Embodiment According to the above configuration, the
また、第1実施形態では、排気ガスの通過する経路を各経路31,32の一方から他方に切り換える場合は、一旦メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38への流体供給をオフにし、一度メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38を開状態にしてから、閉状態にする一方の単作動切換バルブに流体供給するように構成している。したがって、仮に経路切換バルブ37、38が故障した場合でも、排気ガスの経路切換え時にメイン経路31及びバイパス経路32の両経路が同時に閉状態になることがなく、エンジン25が作動している状態で排気ガス経路が閉塞してしまうことを確実に防止することができる。
In the first embodiment, when switching the path through which the exhaust gas passes from one of the
以上のように両方の経路切換バルブ37、38が同時に閉状態になることを防止できるので、発電用エンジン25が停止してディーゼル発電機24による発電が停止することを防止して、船舶1の電気系統に確実に電力が供給できるようになり、例えば各種補機、荷役装置、照明、空調その他の機器類が使用不能になることを確実に防止できる。
As described above, since both the
(5).第2実施形態における排気経路切換動作
次に、図13及び図14を参照しながら、第2実施形態における発電装置23の排気系統について説明する。第2実施形態では、メイン側切換バルブ37とバイパス側切換バルブ38とがリンク機構90を介して一方を開放すると他方を閉止するように連動連結している。具体的には、リンク機構90は、メイン側切換バルブ37のメイン側駆動軸93と、バイパス側切換バルブ38のバイパス側駆動軸94との間に介在している。このリンク機構90は、二重化されており、メイン側駆動軸93及びバイパス側駆動軸94の上方に配置される上リンクレバー91と、メイン側駆動軸93及びバイパス側駆動軸94の上方に配置される下リンクレバー92とを有する。ここで、メイン側切換バルブ37のメイン側弁体95と、バイパス側切換バルブ38のバイパス側弁体96とは、一方を開放すると他方を閉止するように設けられている。具体的には、メイン側弁体95とバイパス側弁体96とが、正面視において排気ガスの通気方向に対する角度(取付け位相)が90°異なるように設けられている。また、第2実施形態では、メイン側駆動軸93とバイパス側駆動軸94との間にリンク機構90を設けているので、バルブ駆動器は1台あれば良く、メイン側又はバイパス側のいずれか一方に直結させれば良い。本実施形態では、バイパス側駆動軸94に直結するバルブ駆動器68だけで両切換バルブ37、38を駆動している。その他の構成は第1実施形態と略同様である。
(5). Exhaust path switching operation in the second embodiment Next, an exhaust system of the
(6).第2実施形態の作用及び効果
第2実施形態の構成では、メイン側切換バルブ37及びバイパス側切換バルブ38が、リンク機構90を介して一方を開放すると他方を閉止するように連動連結しているので、両切換バルブ37、38のいずれか一方を必ず開いた状態にでき、メイン経路31及びバイパス経路32の両経路が全閉になるのを防止することができる。したがって、エンジン25が作動している状態で排気ガス経路が閉塞してしまうことがなく、排気ガスの逃げ道が無くなってエンジン25が停止することを防止できる。また、第2実施形態の構成では、リンク機構90が上リンクレバー91と、下リンクレバー92とを有する二重化構造であるので、仮に一方のリンクレバーが破損または故障等したりしても、残る他方のリンクレバーで両切換バルブを作動でき、両経路が同時に完全閉塞するのを確実に防止できる。また、リンク機構90の作動時に生じる負荷が、上リンクレバー91と、下リンクレバー92とに分散するので、リンクレバー91、92の寿命を長くすることができ、両切換バルブ37、38の連動構造について冗長性向上を図れる。さらに、リンク機構90を設けることにより、バルブ駆動器が1台あれば両切換バルブ37、38を駆動できるので、バルブ駆動器を複数設ける必要がなく、構成を簡素化して製造コストの低減に寄与できる。なお、第2実施形態では、バルブ駆動器としてノーマリーオープン単動式を必ずしも使う必要はなく、複動式のバルブ駆動器を使用してもよい。
(6). Operation and Effect of Second Embodiment In the configuration of the second embodiment, the main-
(7).第3実施形態における排気経路切換動作
次に、図15を参照しながら、第3実施形態における発電装置23の排気系統について説明する。第3実施形態では、メイン側切換バルブ37とバイパス側切換バルブ38とを、単一の回動軸97に軸支している。具体的には、メイン側切換バルブ37のメイン側弁体95と、バイパス側切換バルブ38のバイパス側弁体96とが、ともに回動軸97に軸支されている。したがって、メイン側切換バルブ37(メイン側弁体95)とバイパス側切換バルブ38(バイパス側弁体96)とは回動軸97により連動して駆動される。ここで、第3実施形態では、メイン側切換バルブ37とバイパス側切換バルブ38とは、回動軸97に対して取付け位相を90°異ならせている。具体的には、メイン側弁体95と、バイパス側弁体96との回動軸97に対する取付け位相を90°異ならせている。例えば、図15に示すように、メイン側切換バルブ37を開放した状態であれば、バイパス側切換バルブ38は閉止した状態となる。また、第3実施形態では、メイン側切換バルブ37とバイパス側切換バルブ38とを、単一の回動軸97に軸支しているので、バルブ駆動器は1台あれば良い。第3実施形態では、バルブ駆動器68だけで両切換バルブ37、38を駆動している。その他の構成は第1実施形態と略同様である。
(7). Exhaust path switching operation in the third embodiment Next, an exhaust system of the
(8).第3実施形態の作用及び効果
第3実施形態の構成では、メイン側切換バルブ37とバイパス側切換バルブ38とを、単一の回動軸97に軸支しているので、両切換バルブ37、38を回動軸97だけで連動でき、両切換バルブ37、38それぞれに回動軸を設ける必要が無くなるとともに、バルブ駆動器が1台あれば両切換バルブ37、38を駆動できるので、バルブ駆動器を複数設ける必要がなく、構成を簡素化して製造コストの低減に寄与できる。また、メイン側切換バルブ37とバイパス側切換バルブ38とを、回動軸97に対して取付け位相を90°異ならせているので、両切換バルブ37、38を連動させるにあたり、一方を開放すると他方を閉止することになり、両切換バルブ37、38のいずれか一方を必ず開いた状態にでき、メイン経路31及びバイパス経路32の両経路が全閉になるのを防止することができる。したがって、エンジン25が作動している状態で排気ガス経路が閉塞してしまうことがなく、排気ガスの逃げ道が無くなってエンジン25が停止することを防止できる。
(8). Operation and effect of the third embodiment In the configuration of the third embodiment, the main-
(9).第4実施形態における排気経路切換動作
次に、図16及び図17を参照しながら、第4実施形態における発電装置23の排気系統について説明する。第4実施形態では、メイン側切換バルブ37のメイン側弁体95に、メイン側切換バルブ37(メイン側弁体95)の開状態で排気経路30内を流通する排気ガスの流れを乱流にする複数枚のミキシングフィン98(第4実施形態では4枚)を設けている。このミキシングフィン98は、メイン側弁体95と一体的に構成されたものであり、排気ガス通過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。この場合、メイン側弁体95を挟んで、一方及び他方にそれぞれ2枚のミキシングフィン98が形成されており、メイン側弁体95の一方側、他方側に形成されたミキシングフィン98の角度は、それぞれ互いに交差するように構成されている。なお、ミキシングフィン98の枚数は第4実施形態の4枚に限るものではない。また、図17に示すように、排気経路30におけるメイン側切換バルブ37の下流側に、尿素水噴射ノズル(還元剤噴射ノズル)61が配置されている。第4実施形態の尿素水噴射ノズル61は、ミキシングフィン98により乱流にされた排気ガスに尿素水を噴射するものである。したがって、ミキシングフィン98が設けられている場合は、尿素水噴射ノズル61の上流側で排気ガスが乱流にされているので、排気ガスと尿素水とを混合させる専用の排気ミキサー62を設ける必要がなく、第4実施形態では排気ミキサー62を設けていない。その他の構成は第1実施形態と略同様である。また、メイン側切換バルブ37は、第2実施形態のようにバイパス側切換バルブ38とリンク機構により連動するものであっても良いし、第3実施形態のようにバイパス側切換バルブ38と軸連動するものであっても良い。
(9). Exhaust path switching operation in the fourth embodiment Next, an exhaust system of the
(10).第4実施形態の作用及び効果
第4実施形態の構成では、メイン側切換バルブ37のメイン側弁体95に、排気経路30内を流れる排気ガスを乱流にする複数枚のミキシングフィン98を設けているので、排気経路30内に専用の排気ミキサー62を設ける必要がない。したがって、部品点数の削減を図ることができ、構成を簡素化して製造コストの低減に寄与できる。また、ミキシングフィン98が設けられたメイン側切換バルブ37の下流側に尿素水噴射ノズル61を配置しており、ミキシングフィン98により乱流にされた排気ガスに還元剤が噴射されるので、排気ガスと還元剤とを効率よく混合できる。したがって、簡単な構成で排気ガス中のNOxを効率よく還元することができ、排気ガス中のNOxを可及的に除去することができる。
(10). Operation and Effect of Fourth Embodiment In the configuration of the fourth embodiment, the main-
(11).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。
(11). 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
80 流体流通配管
81 流体供給源
82 フィルタレギュレータ
83 電磁弁
84 流量調整部
85 リミットスイッチ
95 メイン側弁体
96 バイパス側弁体
98 ミキシングフィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
62
Claims (2)
前記切換バルブの弁体に、前記切換バルブの開状態で前記排気経路内を流通する排気ガスの流れを乱流にするミキシングフィンを設けており、
前記弁体の一方及び他方それぞれに複数枚の前記ミキシングフィンが形成されるとともに、前記弁体の一方側及び他方側それぞれに形成された前記ミキシングフィンが互いに交差するように構成されている、
船舶の排気ガス浄化システム。 In the exhaust gas purification system in which a switching valve for opening and closing the exhaust path is arranged in the exhaust path of the engine for mounting on a ship,
The switching valve is provided with a mixing fin that turbulently flows the exhaust gas flowing in the exhaust path when the switching valve is open .
A plurality of the mixing fins are formed on one and the other of the valve body, respectively, and the mixing fins formed on the one side and the other side of the valve body are configured to intersect each other.
Ship exhaust gas purification system.
前記メイン経路と前記バイパス経路との両方に切換バルブを配置し、前記メイン経路側の切換バルブの弁体に、前記切換バルブの開状態で前記排気経路内を流通する排気ガスの流れを乱流にする前記ミキシングフィンが設けられており、前記メイン経路側の切換バルブの下流側に還元剤噴射ノズルを配置している、
請求項1に記載の船舶の排気ガス浄化システム。 The exhaust path includes a main path communicating with the outside, and a bypass path branched from a middle portion of the main path ,
A switching valve is arranged in both the main path and the bypass path, and the flow of the exhaust gas flowing through the exhaust path in the open state of the switching valve is turbulently flowed to the valve body of the switching valve on the main path side. the mixing fin is provided to, and arranged a reducing agent injection nozzle on the downstream side of the switching valve of the main path side,
The ship exhaust gas purification system according to claim 1 .
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