JP7017572B2 - 選択的触媒還元システム - Google Patents

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Description

本発明の実施例は、選択的触媒還元システムに関し、より詳しくは、排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるための選択的触媒還元システムに関する。
一般に、選択的触媒還元システムは、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させる。具体的には、選択的触媒還元システムでは、排ガスに還元剤が噴射されることで、還元剤と混合された排ガスが、触媒を通過して窒素又は水として排出される。
なお、排ガス中には、硫黄酸化物が含まれている。具体的には、燃料の燃焼によって動力を生成するエンジンからの排ガスには、窒素酸化物だけでなく、硫黄酸化物が含まれている。
このような排ガス中の硫黄酸化物は、エンジン動作の中止時に低くなる排気流路の温度によって排ガスが露点に到達する場合に生成される水と結合し、排気流路の内部が腐食されるという問題を引き起こす。また、反応器が腐食されるという問題点もある。
このような排気流路及び反応器の腐食によって、排気流路及び反応器の寿命が低下し、その入れ替えに多大な費用及び時間を要するという問題点がある。また、このような硫酸が外部に排出される場合は、人体及び外部環境に深刻な損傷を及ぼす。
本発明の実施例は、還元剤の供給ラインに残留する還元剤及び反応器と再循環流路の内に残留する排ガスを除去することができる、選択的触媒還元システムを提供する。
本発明の一実施例によれば、排ガス中の窒素酸化物を除去するための選択的触媒還元システムは、前記排ガスが通過するメイン流路と、前記メイン流路の上に設けられ、内部に触媒が設置された反応器と、前記反応器の後方のメイン流路から分岐され、前記反応器を通過した排ガスが前記反応器の前方のメイン流路に流入されるように再循環させる再循環流路と、前記再循環流路に設けられ、前記反応器を通過した排ガスを前記再循環流路に流入させる再循環ブロワと、前記再循環流路に還元剤を供給する還元剤供給ラインと、前記還元剤供給ラインに向けて洗浄水を供給する洗浄水供給部と、前記還元剤供給ラインへの還元剤の供給を遮断した後、前記洗浄水供給部を制御して前記還元剤供給ラインに残留する還元剤又は異物を除去する第１の制御モードと、前記再循環ブロワを作動させて前記反応器及び前記再循環流路の内部に残留する排ガスを除去する第２の制御モードとを含み、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを順に行う制御部と、を含む。
また、上述の選択的触媒還元システムは、前記反応器又は前記再循環流路に空気を供給させる空気供給部をさらに含むことができる。
また、前記制御部は、前記第２の制御モードの完了後、前記空気供給部を動作させ、前記反応器及び前記再循環流路の内部圧力を、予め設定された圧力に維持させる、流路ベント制御モードをさらに含むことができる。
また、上述の選択的触媒還元システムは、前記還元剤供給ラインに洗浄空気を供給する洗浄空気供給部をさらに含むことができ、前記制御部は、前記第１の制御モードである時、前記洗浄水供給部の動作後、前記空気供給部を制御し、前記還元剤供給ラインに残留する洗浄水又は異物を除去することができる。
また、上述の選択的触媒還元システムは、前記再循環流路に設けられ、前記還元剤供給ラインを介して還元剤が噴射される分解チャンバと、前記制御部により制御され、前記還元剤供給ラインに供給される洗浄水の供給を制御する洗浄水制御弁と、前記制御部により制御され、前記還元剤供給ラインに供給される洗浄空気の供給を制御する洗浄空気制御弁とをさらに含むことができる。
また、上述の選択的触媒還元システムは、前記反応器の前方のメイン流路から分岐され、前記排ガスを、前記反応器を迂回して前記反応器の後方のメイン流路に合流させる迂回流路と、前記迂回流路への排ガスの流入を選択的に遮蔽可能な迂回弁と、前記反応器の前方のメイン流路に設けられた第１の弁と、前記反応器の後方のメイン流路に設けられた第２の弁とをさらに含むことができ、前記制御部は、前記第２の制御モードである時、前迂回弁を開放し、前記第１の弁を閉鎖し、前記第２の弁を一部開放した後、前記再循環ブロワを作動させることができる。
また、前記制御部は、前記再循環ブロワの作動時に、前記空気供給部を動作させ、前記反応器の前方及び前記再循環流路の上に残留する排ガスを、前記反応器を通過して前記反応器の後方のメイン流路に排出させることができる。
また、前記制御部は、前記再循環ブロワを、予め設定された再循環ブロワ動作時間の間に動作させた後、前記再循環ブロワの動作を中止させ、前記第２の弁を閉鎖し、前記空気供給部の動作を停止させた後、前記第２の制御モードを完了することができる。
また、上述の選択的触媒還元システムは、閉鎖された前記第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の前記メイン流路又は前記再循環流路の内部圧力を検出する圧力検出センサをさらに含むことができる。
また、上述の選択的触媒還元システムは、前記再循環流路の上に設けられ、前記再循環流路を通過する排ガスを昇温可能な加熱部材をさらに含むことができる。
また、前記空気供給部は、前記加熱部材の燃焼時に必要な外気を供給する燃焼空気供給部材、及び、前記再循環流路に供給された還元剤の微粒化又は前記加熱部材に噴射される燃料の微粒化を行うための空気を供給する微粒化空気供給部材のうちのいずれか１つであることができる。
また、前記空気供給部は、前記反応器内の触媒に向けて流体を供給するスートブロワ、又は、前記再循環流路に新気を供給する新気供給弁のうちのいずれか１つであることができる。
さらに、本発明の他の実施例に係る排ガス中の窒素酸化物を除去するための選択的触媒還元システムは、前記排ガスが通過するメイン流路と、前記メイン流路の上に設けられ、内部に触媒が設置された反応器と、前記反応器の後方のメイン流路から分岐され、前記反応器を通過した排ガスが前記反応器の前方のメイン流路に流入されるように再循環させる再循環流路と、前記再循環流路に設けられ、前記反応器を通過した排ガスを前記再循環流路に流入させる再循環ブロワと、前記再循環流路に還元剤を供給する還元剤供給ラインと、前記還元剤供給ラインに向けて洗浄水を供給する洗浄水供給部と、前記反応器又は前記再循環流路に空気を供給させ、かつ、前記反応器内の触媒に向けて流体を供給するスートブロワ、又は前記再循環流路に新気を供給する新気供給弁のうちのいずれか１つを含む空気供給部と、前記還元剤供給ラインへの還元剤の供給を遮断した後、前記洗浄水供給部を制御して前記還元剤供給ラインに残留する還元剤又は異物を除去する第１の制御モードと、前記再循環ブロワを動作させて前記反応器及び前記再循環流路の内部に残留する排ガスを除去する第２の制御モードと、前記空気供給部を動作させて前記反応器又は前記再循環流路の内部圧力を増大させる流路ベント制御モードとを含み、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードと前記流路ベント制御モードとを順に行う制御部と、を含む。
本発明の実施例によれば、選択的触媒還元システムは、還元剤供給ラインに残留する還元剤を効果的に除去することで、反応器の外部にアンモニアが排出されるのを効果的に防止することができ、反応器及び再循環流路の内部に残留する排ガスを除去することで、反応器及び再循環流路の内部が腐食するのを効果的に防止することができる。
本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システムにおいて排ガス中の窒素酸化物を低減させる選択的触媒還元動作を示す図である。 図１に示された選択的触媒還元システムにおいて還元剤ファジー制御モードを行う様子を示す図である。 図１に示された選択的触媒還元システムにおいて流路ファジー制御モードを行う様子を示す図である。 図１に示された選択的触媒還元システムにおいて流路ベント制御モードを行う様子を示す図である。 本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システムにおける制御部の動作を示すフローチャートである。 図５に示された制御部の動作を具体的に示すフローチャートである。
以下、添付の図面に基づいて、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施し得るように本発明を詳述する。本発明は、種々の形態に変更して実施することができ、以下の実施例に限定されるものではない。
図面においては、各構成要素を理解し易くするために縮尺を適宜調節して示しており、図面に示される各構成要素の縮尺と実際の構成要素の縮尺とは必ずしも一致していない。２つ以上の図面において同じ構成要素又は部材には、類似した特性を有することを示すため、同じ参照符号が付してある。
本発明の実施例は、本発明の好適な実施例を具体的に示す。そして、図解の様々な変形が予想される。従って、実施例は、図示した領域の特定の形態に局限されず、例えば、製造による形態の変形が含まれる。
以下、図１～図４を参照して、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１について説明する。
選択的触媒還元システム１０１は、図１に示されるように、メイン流路１００と、反応器２００と、再循環流路３５０と、再循環ブロワ４００と、還元剤供給ライン６３０と、洗浄水供給部６４０と、制御部９００と、を含んでなる。
メイン流路１００は、排ガスが通過する。具体的には、メイン流路１００は、図１に示されるように、エンジン１０と連結され、エンジン１０からの排ガスが外部に排出されるように案内する。
反応器２００は、内部に触媒が配置される。具体的には、触媒は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させ得る選択的還元触媒であることができる。また、反応器２００は、メイン流路１００の上に設けられる。従って、メイン流路１００を通過した排ガスは、反応器２００を通過して排出されるようになる。
迂回流路３００は、反応器２００前方のメイン流路１００から分岐され、排ガスが反応器２００を迂回して反応器２００後方のメイン流路１００に合流するように働く。具体的には、迂回流路２００の分岐点は、反応器２００前方のメイン流路１００に連結され、迂回流路３００の合流点は、反応器２００後方のメイン流路１００に連結されている。
再循環流路３５０は、反応器２００後方のメイン流路１００から分岐され、反応器２００を通過した排ガスが反応器２００前方のメイン流路１００に流入されるように案内する。具体的には、再循環流路３５０の分岐点は、反応器２００後方のメイン流路１００と迂回流路３００との合流点の間であり、再循環流路３５０の合流点は、反応器２００前方のメイン流路１００と迂回流路３００との分岐点の間である。言い換えれば、再循環流路３５０の一側は、反応器２００前方のメイン流路１００と迂回流路３００一側との間のメイン流路１００に連結され、再循環流路３５０の他側は、反応器２００後方のメイン流路１００と迂回流路３００他側との間のメイン流路１００に連結されている。
再循環ブロワ４００は、再循環流路３５０の上に設けられる。また、再循環ブロワ４００は、反応器２００を通過した排ガスを、再循環流路３５０に流入させる。具体的には、再循環ブロワ４００は、再循環流路３５０内の流体の流れを形成し、反応器２００を通過した排ガスが再循環流路３５０に流入され、再循環流路３５０に沿って移動し、反応器２００の前方に供給されるように働く。
還元剤供給ライン６３０は、再循環流路３５０に還元剤を供給する。具体的には、還元剤供給部６００は、還元剤貯蔵部６２０と還元剤供給ライン６３０とを含むことができる。還元剤貯蔵部６２０には、還元剤が貯蔵される。還元剤貯蔵部６２０に貯蔵された還元剤は、還元剤供給ライン６２０に沿って移動し、再循環流路３５０に供給される。即ち、還元剤供給ライン６３０の一端は、還元剤噴射ノズル（図示せず）に連結されている。従って、還元剤供給ライン６３０は、還元剤貯蔵部６２０に貯蔵された還元剤が還元剤噴射ノズルに供給されるように案内する。
洗浄水供給部６４０は、還元剤供給ライン６３０に洗浄水を供給する。また、洗浄水供給部６４０から供給された洗浄水は、還元剤供給ライン６３０及び還元剤噴射ノズルに沿って移動し、還元剤供給ライン６３０と還元剤噴射ノズルの内部に残留する還元剤及び異物を除去することができる。例えば、洗浄水としては、水が挙げられる。
制御部９００は、還元剤ファジー制御モードと流路ファジー制御モードとを含み、還元剤ファジー制御モードと流路ファジー制御モードとを順に行う。
制御部９００は、還元剤ファジー制御モードである時、図２に示されるように、洗浄水供給部６４０を動作させて還元剤供給ライン６３０に洗浄水を供給させる。この時、還元剤供給ライン６３０への還元剤の供給が遮断された状態である。即ち、制御部９００は、還元剤ファジー制御モードである時、還元剤供給ライン６３０への還元剤の供給を遮断した後、洗浄水供給部６４０を動作させ、還元剤供給ライン６３０に洗浄水が供給されるように働く。
また、制御部９００は、流路ファジー制御モードである時、図３に示されるように、再循環ブロワ４００を動作させ、反応器２００及び再循環流路３５０の内部に残留する排ガスを除去する。具体的には、制御部９００は、再循環ブロワ４００を動作させ、再循環流路３５０の内部に残留する排ガスが、反応器２００を通過して反応器２００の後方に排出されるように、再循環ブロワ４００を作動させる制御を行う。
なお、制御部９００は、還元剤ファジー制御モードの完了後、流路ファジー制御モードを行うことで、還元剤ファジーモードと流路ファジー制御モードとを順に行う。
従って、制御部９００が還元剤ファジー制御モードである時、還元剤供給ライン６３０に残留する還元剤は、洗浄水供給部６４０から供給された洗浄水によって、再循環流路３５０に希釈されて供給され、このような再循環流路３５０に供給された還元剤は、流路ファジー制御モードである時、反応器２００を通過した後、外部に排出されるようになる。
即ち、制御部９００は、還元剤供給ライン６３０に残留する還元剤が反応器２００を通過することなく外部に排出される場合に起こる、アンモニアなどが人体に有害な影響を与えるという問題を効果的に防止することができる。また、制御部９００は、流路ファジー制御モードである時、反応器２００と再循環流路３５０の上に残留する排ガスが反応器２００又は再循環流路３５０の低温によって凝縮して発生する水と排ガス中の硫黄化合物との結合時に発生する硫黄による、反応器２００及び再循環流路３５０の腐食を効果的に防止することができる。
また、本発明の一実施例に係る選択的還元システム１０１は、図３及び図４に示されるように、空気供給部５５０をさらに含むことができる。
空気供給部５５０は、反応器２００又は再循環流路３５０に空気を供給させることができる。具体的には、空気供給部５５０は、反応器２００の内部に外気を供給することができる。又は、空気供給部５５０は、再循環流路３５０の内部に外気を供給することができる。
さらに、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、図４に示されるように、流路ファジー制御モードの完了後、空気供給部５５０を動作させる、流路ベント制御モードをさらに含むことができる。
制御部９００は、流路ファジー制御モードの完了後に、流路ベント制御モードを行う。従って、制御部９００は、還元剤ファジー制御モード、流路ファジー制御モード、及び流路ベント制御モードを順次行うことができる。
制御部９００は、空気供給部５５０を動作させ、反応器２００及び再循環流路３５０の内部圧力を設定圧力に維持することができる。具体的には、制御部９００には、圧力の範囲が予め設定されている。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、図２に示されるように、洗浄空気供給部５５０をさらに含むことができる。
洗浄空気供給部５５０は、還元剤供給ライン６３０に洗浄空気を供給することができる。一例として、洗浄空気供給部５５０は、還元剤供給ライン６３０の内部に圧縮空気を供給することで、還元剤供給ライン６３０の内部に残留する洗浄水又は異物を除去することができる。
制御部９００は、還元剤ファジー制御モードである時、洗浄水供給部６４０の動作後、これを停止させ、次に、洗浄空気供給部５５０を動作させることで、還元剤供給ライン６３０に残留する洗浄水又は異物を効果的に洗浄することができる。具体的には、洗浄空気供給部５５０の動作完了後、洗浄空気供給部５５０を動作させることで、還元剤供給ライン６３０に洗浄空気を供給することができる。従って、洗浄空気供給部５５０は、還元剤供給ライン６３０及び還元剤ノズルに残存する洗浄水及び異物の除去を効果的に行うことができる。
また、制御部９００は、洗浄水供給部６４０の動作後、洗浄空気供給部５５０を動作させることができ、異物が還元剤供給ライン６３０又は還元剤ノズルに残存する場合、その残存異物を洗浄水で吸収した後、洗浄空気を供給することで、再循環流路３５０中に吹き出すことができる。
さらに、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、分解チャンバ６１０と、洗浄水制御弁６４２と、洗浄空気制御弁６５２とを含むことができる。
分解チャンバ６１０は、再循環流路３５０の上に設けられる。具体的には、分解チャンバ６１０は、再循環ブロワ４００より再循環流路３５０の合流点に相対的に隣接した位置に配置されている。
分解チャンバ６１０は、再循環流路３５０を通過した排ガスの熱エネルギーを用いて、還元剤供給ライン６３０を通過して噴射された還元剤を、アンモニアで分解させることができる。従って、本発明では、排ガス中の窒素酸化物を低減させるため、還元剤供給ライン６３０を通過するウレア（Ｕｒｅａ）を、分解チャンバ６１０の内部でアンモニアにより分解させ、排ガスに噴射させることができる。具体的には、反応器２００前方のメイン流路１００には、アンモニア注入グリッド（ＡＩＧ）６８０が設けられ、これと再循環流路３５０の分岐点とを連結することができる。即ち、再循環流路３５０を通過したアンモニアを、アンモニア注入グリッド６８０を介して排ガスに噴射することができる。
洗浄水制御弁６４２は、制御部９００により動作される。具体的には、洗浄水供給部６４０は、洗浄水供給ライン６４１と洗浄水制御弁６４２とを含むことができる。洗浄水供給ライン６４１は、洗浄水が予め貯蔵された洗浄水貯蔵部（図示せず）から洗浄水を還元剤供給ライン６３０に供給されるように案内することができる。洗浄水制御弁６４２は、洗浄水供給ライン６１４の上に設けられ、洗浄水供給ライン６４１に供給される洗浄水の流入及び流量を調節することができる。従って、制御部９００が洗浄水供給部６４０を制御する時、洗浄水制御弁６４２の開閉又は開度量を制御することが可能である。
洗浄空気制御弁６５２は、制御部９００により動作される。具体的には、洗浄空気供給部５５０は、洗浄空気供給ライン６５１と洗浄空気制御弁６５２とを含むことができる。洗浄空気供給ライン６５１は、洗浄空気が予め貯蔵された洗浄空気貯蔵部（図示せず）から、又は外気を圧縮して、洗浄空気を還元剤供給ライン６３０に供給されるように案内することができる。洗浄空気制御弁６５２は、洗浄空気供給ライン６５１の上に設けられ、洗浄空気供給ライン６５１に供給される洗浄空気の流入及び流量を調節することができる。従って、制御部９００が洗浄空気供給部５５０を制御する時、洗浄空気制御弁６５２の開閉及び開度量を調節することが可能である。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、図１～図４に示されるように、迂回弁３１０と、第１の弁１１０と、第２の弁１２０とをさらに含むことができる。
迂回弁３１０は、迂回流路３００への排ガスの流入を選択的に遮蔽することができる。具体的には、迂回弁３１０は、迂回流路３００の上に設けられている。
即ち、迂回弁３１０が閉鎖されると、エンジン１０から排出される排ガスは、メイン流路１００を介して反応器２００の内部に流入されるようになる。又は、迂回弁３１０が開放されると、エンジン１０から排出される排ガスは、迂回流路３００に流入されるようになる。
第１の弁１１０は、反応器２００前方のメイン流路１００の上に設けられる。具体的には、第１の弁１１０は、迂回流路３００の分岐点と再循環流路３５０の合流点との間に設けることができる。具体的には、第１の弁１１０は、反応器２００内部への排ガスの流入を選択的に制御することができる。
第２の弁１２０は、反応器２００後方のメイン流路１００の上に設けられる。具体的には、第２の弁１２０は、迂回流路３００の合流点と再循環流路３５０の分岐点との間に設けることができる。具体的には、第２の弁１２０は、迂回流路３００を通過した排ガスが、反応器２００及び再循環流路３５０へ流入されるのを制御することができる。一例として、第２の弁１２０は、制御部９００により制御され、メイン流路１００内部の流路の開度量を制御することができる。
制御部９００は、流路ファジー制御モードである時、図３に示されるように、迂回弁３１０を開放することができる。具体的には、流路ファジー制御モードである時、排ガスは、迂回流路３００を通過することができる。
また、流路ファジー制御モードである時、制御部９００は、第１の弁を閉鎖することができる。具体的には、反応器２００への排ガスの流入が遮断される。即ち、流路ファジー制御モードである時、排ガスは、反応器２００を迂回することができる。
さらに、流路ファジー制御モードである時、図３に示されるように、制御部９００は、第２の弁１２０を、少なくとも一部（メイン流路１００の全面積の１％～４５％の範囲内）開放することができる。即ち、第２の弁１２０は、反応器２００を通過した排ガスがメイン流路１００に排出されるように、メイン流路１００内部の少なくとも一部のみを開放するように制御される。言い換えれば、第２の弁１２０は、メイン流路１００内部の少なくとも一部のみが開放され、残りのメイン流路１００を閉鎖するように制御される。
また、制御部９００は、再循環ブロワ４００を作動させることができる。従って、再循環流路３５０に沿って移動した残留排ガスは、反応器２００を通過した後、反応器２００後方のメイン流路１００を介して外部に排出される。即ち、制御部９００は、第１の弁１１０と第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０の間に残留する排ガスを、反応器２００を通過させた後、反応器２００の外部に効果的に排出させることができる。
なお、再循環ブロワ４００により反応器２００を通過した残留排ガスが、第２の弁１２０とメイン流路１００との間から吐出されることで、迂回流路３００を通過した排ガスが再循環流路３５０及び反応器２００に流入されるのを効果的に防止することができる。
即ち、第２の弁１２０の一部のみが開放された状態であるため、第２の弁１２０とメイン流路１００との間を通過する排ガスの流速が速くなって迂回流路３００を通過した排ガスが再循環流路３５０及び反応器へ流入されるような逆流を効果的に防止することができる。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１において、制御部９００は、再循環ブロワ４００の動作時に、空気供給部５５０を作動させることができる。
制御部９００は、流路ファジー制御モードである時、再循環ブロワ４００及び空気供給部５５０を動作させることができる。従って、反応器２００及び再循環流路３５０に残留する排ガス中の硫黄酸化物が反応器２００の外部に効果的に排出されるようになる。具体的には、空気供給部５５０の動作によって反応器２００又は再循環流路３５０に外気が流入された場合、排ガス中の硫黄酸化物の濃度を低減することができる。また、空気供給部５５０は、再循環ブロワ４００の動作と共に効果的に再循環流路３５０及び反応器２００の内部に残留する排ガスを反応器２００後方のメイン流路１００に排出させることができる。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１において、制御部９００は、図４に示されるように、再循環ブロワ４００の動作を中止させ、第２の弁１２０を閉鎖し、空気供給部５５０の動作を停止させることで、流路ファジー制御モードを完了することができる。
制御部９００に再循環ブロワの動作時間を予め設定することができる。従って、制御部９００は、タイマー（図示せず）又は再循環ブロワ４００を駆動させるシグナルに基づいて、再循環ブロワ４００の動作時間をカウントし、予め設定された再循環ブロワの動作時間と比較することができる。具体的には、制御部９００は、予め設定された再循環ブロワの動作時間に再循環ブロワ４００の動作時間が到達する場合、再循環ブロワ４００の動作を中止させることができる。
また、制御部９００は、再循環ブロワ４００の動作停止後、第２の弁１２０を閉鎖し、空気供給部５５０の動作を停止させることができる。具体的には、制御部９００は、第２の弁１２０がメイン流路１００を閉鎖するように制御することができる。さらに、制御部９００は、空気供給部５５０の動作を停止させることができる。
従って、制御部９００は、流路ファジー制御モードの完了時、再循環ブロワ４００と空気供給部５５０の動作を停止させ、第２の弁１２０がメイン流路１００を閉鎖し得るように制御することができる。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、流路ベント制御モードである時、再循環流路３５０の内部圧力を検出する圧力検出センサ７５０をさらに含むことができる。
制御部９００の流路ベント制御モードを行う時、第１の弁１１０と第２の弁１２０は閉、迂回弁３１０は開になった状態である。この時、空気供給部５５０によって反応器２００又は再循環流路３５０の内部に外気が流入されると、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の圧力が上昇する。
従って、第１の弁１１０又は第２の弁の反復使用によって気密異常が発生した場合でも、閉鎖された第１の弁１００と閉鎖された第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の内部圧力が、エンジン１０から排出された排ガス又は迂回流路３００を通過した排ガスの圧力より相対的に高いため、反応器２００及び再循環流路３５０に排ガスが逆流するのを効果的に防止することができる。
圧力検出センサ７５０は、閉鎖された第１の弁１１０と閉鎖された第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の内部圧力を検出することができる。制御部９００には、圧力の設定範囲が予め設定されている。具体的には、制御部９００には、第１の設定圧力と第２の設定圧力が予め設定されている。例えば、第１の設定圧力の値は、第２の設定圧力の値より高い値である。
従って、制御部９００は、予め設定された圧力設定範囲に基づいて、空気供給部５５０の動作を制御することができる。具体的には、圧力検出センサ７５０で検出した、閉鎖された第１の弁１１０と閉鎖された第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の内部圧力が第１の設定圧力より低い場合、制御部９００は、空気供給部５５０の動作を停止させることができる。
また、圧力検出センサ７５０で検出した、閉鎖された第１の弁１１０と閉鎖された第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の内部圧力が第２の設定圧力未満である場合、制御部９００は、空気供給部５５０を動作させ、閉鎖された第１の弁１１０と閉鎖された第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の内部圧力が、エンジン１０から排出された排ガスの圧力又は迂回流路３００を通過した排ガスの圧力より高く形成されるように制御することができる。
即ち、制御部９００は、圧力検出センサ７５０で検出した圧力に従って、閉鎖された第１の弁１１０と閉鎖された第２の弁１２０との間のメイン流路１００及び再循環流路３５０間の内部圧力が、第１の設定圧力と第２の設定圧力との間に形成されるように空気供給部５５０を動作させることができる。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、加熱部材５００をさらに含むことができる。
加熱部材５００の動作時には、燃料が供給され、再循環流路３５０を通過する排ガスを昇温させることができる。具体的には、分解チャンバ６１０の内部で噴射されたウレアを効果的にアンモニアに分解させるように加熱部材５００を作動させることができる。なお、加熱部材５００は、制御部９００により動作される。
また、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システムにおいて、空気供給部５５０は、燃焼空気供給部材５１０、還元剤微粒化又は燃料微粒化のための空気を供給する微粒化空気供給部材８００、スートブロワ（Ｓｏｏｔ Ｂｌｏｗｅｒ）７００、又は、新気供給弁４１０のうちのいずれか１であることができる。
燃焼空気供給部材５１０は、加熱部材５００の燃焼時に必要な外気を供給する。制御部９００は、流路ファジー制御モード又は流路ベント制御モードである時、加熱部材５００への燃料供給を中止したまま、燃焼空気供給部材５１０を作動させて加熱部材５００に外気を供給することで、再循環流路３５０を介して外気が流入されるように制御することができる。具体的には、燃焼空気供給部材５１０は、制御部９００により制御される外気供給弁５１２と外気供給ブロワ５１１とを含むことができる。
微粒化空気供給部材８００は、再循環流路３５０に供給される還元剤の微粒化、又は、加熱部材５００に噴射される燃料の微粒化のための圧縮空気を供給することができる。なお、微粒化空気供給部材８００は、制御部９００により動作される。具体的には、微粒化空気供給部材８００は、分解チャンバ６１０に噴射される還元剤の微粒化又は加熱部材５００に噴射される燃料の微粒化を助けることができる。なお、微粒化空気供給部材８００が空気供給部５５０として動作される場合、分解チャンバ６１０の内部には還元剤の噴射が中止され、加熱部材５００には燃料の供給が中止された状態であることができる。
従って、微粒化空気供給部材８００は、分解チャンバ６１０又は加熱部材５００に圧縮空気を供給し、再循環流路３５０を介して圧縮空気が流入されるように働く。
スートブロワ７００は、反応器２００内部の触媒に向けて流体を供給する。具体的には、スートブロワ７００を介して反応器２００の内部に供給される流体によって、触媒に付着した異物が反応器２００の外部に排出されるようになる。なお、スートブロワ７００は、制御部９００により動作される。具体的には、スートブロワ７００が空気供給部５５０として動作する場合、反応器２００の内部に流体を供給することができる。
新気供給弁４１０は、再循環流路３５０と連結される。具体的には、新気供給弁４１０は、再循環ブロワ４００より再循環流路３５０の分岐点に相対的に隣接した位置で連結されている。なお、新気供給弁４１０は、制御部９００により選択的に制御され、再循環流路３５０に新気（ｆｒｅｓｈ ａｉｒ）を供給させることができる。
従って、制御部９００が流路ファジー制御モードを行う時、空気供給部５５０が新気供給弁４１０である場合、再循環流路３５０に供給された新気を、再循環ブロワ４００が効果的に再循環流路３５０に沿って移送させることができる。即ち、再循環流路３５０の全領域にわたって供給された新気が移動することで、再循環流路３５０の内部に残留する排ガス中の硫黄酸化物を除去及び希釈することができる。
以下、図１及び図５を参照して、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１における制御部９００の動作過程について説明する。
制御部は、選択的触媒還元システムにおける排ガス中の窒素酸化物を低減させる選択的触媒還元（ＳＣＲ）動作を中止する。即ち、制御部は、還元剤の供給を中止させた後、下記のような過程を行う。
還元剤の供給が中止されたが、還元剤供給ラインに残留する還元剤を除去するための還元剤ファジー制御モードを行う（Ｓ１００）。即ち、還元剤供給ライン又はこれと連結された還元剤ノズルに付着した異物又は内部に残留する還元剤の除去を行う。
次に、反応器と再循環流路の内部に残留する排ガスを除去するための流路ファジー制御モードを行う（Ｓ２００）。即ち、反応器及び再循環流路の内部に残留する排ガス中の硫黄酸化物が残存する場合、ＳＣＲ動作の中止後、温度の低下による反応器及び再循環流路の内部の凝縮水との結合時に生成される硫酸によって、反応器及び再循環流路が腐食される。従って、流路ファジー制御モードでは、反応器及び再循環流路の内部に残留する排ガスが除去される。
次に、反応器及び再循環流路の内部を、エンジンから排出される排ガスの圧力より相対的に高く形成させる、流路ベント制御モードを行う（Ｓ３００）。具体的には、流路ベント制御モードの実行前又は流路ファジー制御モードの完了後は、反応器の前方及び後方が閉鎖され、反応器と再循環流路との間は、閉ループ状態となる。
従って、流路ベント制御モードでは、閉ループとなった反応器及び再循環流路の内部圧力が外部の排ガスの圧力より相対的に高く形成されるようにして、閉ループの内部に排ガスが流入されるのを防止する。
以下、図１～図６に基づいて、上述の選択的触媒還元システム１０１における制御部９００の動作過程を、より具体的に説明する。
船舶に設けられる選択的触媒還元システム１０１の制御部は、排ガスの排出規制海域に進入する場合、排ガス中の窒素酸化物を除去するために選択的触媒還元（ＳＣＲ）動作を行う。しかし、船舶の運転中止時、又は、排ガスの排出規制がない海域を通過する時は、制御部は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）動作を中止する。
以下、選択的触媒還元（ＳＣＲ）動作が中止された後の選択的触媒還元システム１０１の動作過程について説明する。
制御部における還元剤ファジー制御モード（Ｓ１００）を優先して、その過程について順次説明する。
還元剤の噴射を停止させる（Ｓ１００）。具体的には、排ガスに混合され、窒素酸化物を低減させ得る還元剤の噴射を停止する。
洗浄水供給弁を開放する（Ｓ１２０）。具体的には、制御部は、還元剤供給ラインに洗浄水を供給することで、還元剤供給ライン又はこれと連結された還元剤ノズルに残留する還元剤を除去する。また、還元剤供給ライン及び還元剤ノズルを通過した洗浄水は、分解チャンバを介して再循環流路に供給される。従って、残留する還元剤を外部に排出させるのではなく、再循環流路に供給させることができるため、再循環流路及び反応器の内部に残留する排ガスと混合されて反応器を通過した後、外部に排出することができる。
洗浄水供給弁の開放時間が、予め設定された洗浄水供給弁の開放時間に到達するか否かを判断する（Ｓ１３０）。制御部の内に貯蔵された洗浄水供給弁の開放時間に到達するまで、制御部は、洗浄水供給弁の開放時間を継続してカウントする。
洗浄水供給弁の開放時間が、予め設定された洗浄水供給弁の開放時間に到達していない場合は、洗浄水供給弁の開放を維持する。
又は、洗浄水供給弁の開放時間が、予め設定された洗浄水供給弁の開放時間を超過する場合は、洗浄水供給弁を閉鎖する（Ｓ１４０）。
洗浄空気供給弁を開放する（Ｓ１５０）。具体的には、制御部は、還元剤供給ラインに洗浄空気を供給することで、還元剤供給ライン又はこれに連結された還元剤ノズルに残留する洗浄水又は異物を除去する。即ち、還元剤供給ラインに洗浄空気を供給することで、還元剤供給ライン又はこれに連結された還元剤ノズルの内部を乾燥させることができる。
洗浄空気供給弁の開放時間が、予め設定された洗浄空気供給弁の開放時間に到達するか否かを判断する（Ｓ１６０）。制御部の内に貯蔵された洗浄空気供給弁の開放時間に到達するまで、制御部は、洗浄空気供給弁の開放時間を継続してカウントする。
洗浄空気供給弁の開放時間が、予め設定された洗浄空気供給弁の開放時間に到達していない場合は、洗浄空気供給弁の開放を維持する。
又は、洗浄空気供給弁の開放時間が、予め設定された洗浄空気供給弁の開放時間を超過する場合は、洗浄空気供給弁を閉鎖する（Ｓ１７０）。
これによって、制御部は、還元剤ファジー制御モード（Ｓ１００）の動作を完了する。以後、流路ファジー制御モード（Ｓ２００）を行う。
以下、流路ファジー制御モード（Ｓ２００）について説明する。また、流路ファジー制御モード（Ｓ２００）の動作過程を順次説明する。
迂回弁を開放する（Ｓ２１０）。具体的には、制御部は、迂回弁を開放し、エンジンから排出される排ガスが迂回流路を通過するように制御する。
第１の弁を閉鎖する（Ｓ２２０）。従って、エンジンから排出される排ガスは、反応器を迂回して迂回流路を介して排出される。また、反応器前方への排ガスの流入が制限される。
反応器又は再循環流路に空気を供給する（Ｓ２３０）。このように反応器又は再循環流路に供給された空気によって、反応器及び再循環流路の内部に残留する排ガス中の硫黄酸化物の濃度が低減される。
第２の弁の一部を開放する（Ｓ２４０）。制御部は、反応器の後方に迂回流路を通過した排ガスが再流入されることなく、再循環流路及び反応器に残留する排ガスが、供給された空気と共に反応器の後方から排出されるように、第２の弁の一部を開放する。
再循環ブロワを動作させる（Ｓ２５０）。従って、再循環流路と反応器との間に供給された空気及び残留する排ガスは、再循環ブロワの作動によって、再循環流路から反応器の前方への流れを有するようになる。即ち、反応器と再循環流路との間に残留する排ガスが、反応器を通過した後、反応器の外部に排出される。
再循環ブロワの動作時間が、予め設定された再循環ブロワの動作時間に到達するか否かを判断する（Ｓ２６０）。制御部の内に貯蔵された再循環ブロワの動作時間に到達するまで、制御部は、再循環ブロワの動作時間を継続してカウントする。
再循環ブロワの動作時間が、予め設定された再循環ブロワの動作時間に到達していない場合は、再循環ブロワの動作を維持する。
又は、再循環ブロワの動作時間が、予め設定された再循環ブロワの動作時間を超過する場合は、再循環ブロワの動作を中止させる（Ｓ２７０）。
第２の弁を閉鎖する（Ｓ２８０）。また、反応器又は再循環流路への空気の供給を中止させる（Ｓ２９０）。
これによって、制御部は、流路ファジー制御モード（Ｓ２００）の動作を完了する。以後、流路ベント制御モード（Ｓ３００）を行う。
以下、流路ベント制御モード（Ｓ３００）について説明する。また、流路ベント制御モード（Ｓ３００）の動作過程を順次説明する。上述のように、流路ベント制御モード（Ｓ３００）を行う前には、第１の弁と第２の弁とが閉になった状態である。
閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部に空気を供給する（Ｓ３１０）。この時、供給される空気によって、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部圧力は、迂回流路を通過してメイン流路を通過する排ガスの圧力より高く形成される。
圧力検出センサは、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部圧力を検出する（Ｓ３２０）。
検出された圧力と制御部に予め設定された第１の設定圧力との比較を行う（Ｓ３３０）。
検出された圧力が、第１の設定圧力未満である場合、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部に空気の供給を維持して、圧力を検出する。
又は、検出された圧力が第１の設定圧力を超過する場合、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部への空気供給を中止させる。
空気供給の中止後、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部圧力を再検出し、制御部に予め設定された第２の設定圧力との比較を行う（Ｓ３５０）。
再検出された圧力が第２の設定圧力を超過する場合、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部への空気供給の中止を維持する。
又は、再検出された圧力が第２の設定圧力未満である場合、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部への空気供給を再開する（Ｓ３１０）。
従って、制御部は、閉鎖された第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の反応器及び再循環流路の内部圧力が、１．１ｂａｒ～１．６ｂａｒを維持するように制御する。
このような流路ベント制御モード（Ｓ３００）は、オペレータにより動作が中止され、又は、船舶の場合、排ガスの規制海域に進入する時に中止されることがある。
上述のような構成によって、本発明の一実施例に係る選択的触媒還元システム１０１は、還元剤供給ラインに残留する還元剤及び反応器と再循環流路の内部に残留する排ガスを、効果的に除去することが可能である。従って、本発明の選択的触媒還元システム１０１は、反応器及び再循環流路の内部が腐食されるのを効果的に防止することが可能である。
以上、添付の図面に基づいて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須の要旨から逸脱することなく種々に変更して実施することができる。
そして、上述の実施例は、本発明の例示に過ぎないものであり、本発明の範囲は、後述の特許請求の範囲により示され、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。
本発明に係る選択的触媒還元システムによれば、還元剤供給ラインに残留する還元剤を効果的に除去し、反応器の外部にアンモニアが排出されるのを効果的に防止することができ、また、反応器及び再循環流路の内部に残留する排ガスを除去し、反応器及び再循環流路の内部が腐食されるのを効果的に防止することができる。
１００：メイン流路
１０１：選択的触媒還元システム
１１０：第１の弁
１２０：第２の弁
２００：反応器
３００：迂回流路
３１０：迂回弁
３５０：再循環流路
４００：再循環ブロワ
４１０：新気供給弁
５００：加熱部材
５１０：燃焼空気供給部材
５５０：新気供給部
６１０：分解チャンバ
６３０：還元剤供給ライン
６４０：洗浄水供給部
６５０：洗浄空気供給部
７００：スートブロワ
８００：微粒化空気供給部材
９００：制御部

Claims (13)

  1. 排ガス中の窒素酸化物を除去する選択的触媒還元システムであって、
    前記排ガスが通過するメイン流路と、
    前記メイン流路の上に設けられ、内部に触媒が設置された反応器と、
    前記反応器の後方のメイン流路から分岐され、前記反応器を通過した排ガスが前記反応器の前方のメイン流路に流入されるように再循環させる再循環流路と、前記再循環流路に設けられ、前記反応器を通過した排ガスを前記再循環流路に流入させる再循環ブロワと、
    前記再循環流路に還元剤を供給する還元剤供給ラインと、
    前記還元剤供給ラインに向けて洗浄水を供給する洗浄水供給部と、
    前記還元剤供給ラインへの還元剤の供給を遮断した後、前記洗浄水供給部を制御して前記還元剤供給ラインに残留する還元剤又は異物を除去する第１の制御モードと、前記再循環ブロワを動作させて前記反応器及び前記再循環流路の内部に残留する排ガスが前記反応器を通過した後に前記反応器の後方に排出されるように、前記排ガスを除去する第２の制御モードとを含み、前記第１の制御モードを行った後、前記第２の制御モードを行う制御部と、を含む、選択的触媒還元システム。
  2. 前記反応器又は前記再循環流路に空気を供給させる空気供給部をさらに含む、請求項１に記載の選択的触媒還元システム。
  3. 前記制御部は、
    前記第２の制御モードの完了後、前記空気供給部を動作させ、前記反応器及び前記再循環流路の内部圧力を、予め設定された圧力に維持させる、流路ベント制御モードをさらに含む、請求項２に記載の選択的触媒還元システム。
  4. 前記還元剤供給ラインに洗浄空気を供給する洗浄空気供給部をさらに含み、
    前記制御部は、
    前記第１の制御モードである時、前記洗浄水供給部の動作後、前記空気供給部を制御し、前記還元剤供給ラインに残留する洗浄水又は異物を除去することを特徴とする、請求項２に記載の選択的触媒還元システム。
  5. 前記再循環流路に設けられ、前記還元剤供給ラインを介して還元剤が噴射される分解チャンバと、
    前記制御部により制御され、前記還元剤供給ラインに供給される洗浄水の供給を制御する洗浄水制御弁と、
    前記制御部により制御され、前記還元剤供給ラインに供給される洗浄空気の供給を制御する洗浄空気制御弁と、を含む、請求項４に記載の選択的触媒還元システム。
  6. 前記反応器の前方のメイン流路から分岐され、前記排ガスを、前記反応器を迂回して前記反応器の後方のメイン流路に合流させる迂回流路と、
    前記迂回流路への排ガスの流入を選択的に遮蔽可能な迂回弁と、
    前記反応器の前方のメイン流路に設けられた第１の弁と、
    前記反応器の後方のメイン流路に設けられた第２の弁と、をさらに含み、
    前記制御部は、
    前記第２の制御モードである時、前記迂回弁を開放し、前記第１の弁を閉鎖し、前記第２の弁を一部開放した後、前記再循環ブロワを動作させることを特徴とする、請求項３に記載の選択的触媒還元システム。
  7. 前記制御部は、
    前記再循環ブロワの作動時に、前記空気供給部を動作させ、前記反応器の前方及び前記再循環流路の上に残留する排ガスを、前記反応器を通過して前記反応器の後方のメイン流路に排出させることを特徴とする、請求項６に記載の選択的触媒還元システム。
  8. 前記制御部は、
    前記再循環ブロワを、予め設定された再循環ブロワ動作時間の間に動作させた後、前記再循環ブロワの動作を中止させ、前記第２の弁を閉鎖し、前記空気供給部の動作を停止させた後、前記第２の制御モードを完了することを特徴とする、請求項７に記載の選択的触媒還元システム。
  9. 閉鎖された前記第１の弁と閉鎖された第２の弁との間の前記メイン流路又は前記再循環流路の内部圧力を検出する圧力検出センサをさらに含む、請求項８に記載の選択的触媒還元システム。
  10. 前記再循環流路の上に設けられ、前記再循環流路を通過する排ガスを昇温可能な加熱部材をさらに含む、請求項２に記載の選択的触媒還元システム。
  11. 前記空気供給部は、
    前記加熱部材の燃焼時に必要な外気を供給する燃焼空気供給部材、及び、前記再循環流路に供給された還元剤の微粒化又は前記加熱部材に噴射される燃料の微粒化を行うための空気を供給する微粒化空気供給部材のうちのいずれか１つであることを特徴とする、請求項１０に記載の選択的触媒還元システム。
  12. 前記空気供給部は、
    前記反応器内の触媒に向けて流体を供給するスートブロワ、又は、前記再循環流路に新気を供給する新気供給弁のうちのいずれか１つであることを特徴とする、請求項２に記載の選択的触媒還元システム。
  13. 排ガス中の窒素酸化物を除去する選択的触媒還元システムであって、
    前記排ガスが通過するメイン流路と、
    前記メイン流路の上に設けられ、内部に触媒が設置された反応器と、
    前記反応器の後方のメイン流路から分岐され、前記反応器を通過した排ガスが前記反応器の前方のメイン流路に流入されるように再循環させる再循環流路と、
    前記再循環流路に設けられ、前記反応器を通過した排ガスを前記再循環流路に流入させる再循環ブロワと、
    前記再循環流路に還元剤を供給する還元剤供給ラインと、
    前記還元剤供給ラインに向けて洗浄水を供給する洗浄水供給部と、
    前記反応器又は前記再循環流路に空気を供給させ、かつ、前記反応器内の触媒に向けて流体を供給するスートブロワ又は前記再循環流路に新気を供給する新気供給弁のうちのいずれか１つを含む空気供給部と、
    前記還元剤供給ラインへの還元剤の供給を遮断した後、前記洗浄水供給部を制御して前記還元剤供給ラインに残留する還元剤又は異物を除去する第１の制御モードと、前記再循環ブロワを動作させて前記反応器及び前記再循環流路の内部に残留する排ガスを除去する第２の制御モードと、前記空気供給部を動作させて前記反応器又は前記再循環流路の内部圧力を増大させる流路ベント制御モードとを含み、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードと前記流路ベント制御モードとを順に行う制御部と、を含む、選択的触媒還元システム。
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