JP7239645B2 - 選択的触媒還元反応器 - Google Patents
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Description
本発明は、選択的触媒還元反応器に関し、より詳しくは、排気ガスに含まれた窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的触媒還元反応により低減させる選択的触媒還元反応器に関する。
産業化の急速な進行に伴い、石油や石炭のような各種化石燃料の使用量が増加している。これによって、化石燃料の燃焼過程で排出される各種有害ガスが深刻な大気汚染を引き起こしている。代表例として、スモッグ（ｓｍｏｇ）現象や酸性雨などが挙げられる。
大気汚染の原因としては、車両や船舶のエンジン又は火力発電所や工場などから排出される排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）がある。
近年、環境保全意識が高まっており、このような硫黄酸化物や窒素酸化物に対する排出規制が導入されている。
特に、窒素酸化物を低減させるための設備としては、代表的に、選択的触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、「ＳＣＲ」）システムがある。選択的触媒還元システムは、触媒が内部に設けられた反応器に、排気ガスとともに還元剤を通過させながら、排気ガスに含まれた窒素酸化物と還元剤とを反応させることで、窒素と水蒸気とに還元する処理を行う。
このような選択的触媒還元システムが船舶に使用される場合、船舶用ディーゼルエンジンから排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が、国際海事機関（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）で規定した大気汚染防止のための第３次規制（ＩＭＯ Ｔｉｅｒ－ＩＩＩ）を満たす必要があるため、低コストかつ高効率の脱窒設備、及び効果的な運用方法が求められている。
なお、船舶は空間が限定しているため、船舶に使用される選択的触媒還元システムには、簡素化が求められている。
しかし、従来の選択的触媒還元システムでは、尿素水の形態で噴射される還元剤を、アンモニアに分解させ、又はアンモニア水の形態で噴射される還元剤を気化させるための気化器と、アンモニアと窒素酸化物との反応を促進させるための触媒が内蔵された反応器とが、別体に分離されている。
上述のように、気化器と反応器との分離設置によって、選択的触媒還元システムの全体的な設置スペースが増加してしまう。なお、気化器と反応器とをそれぞれ別にメンテナンスする必要があるため、気化器と反応器とを別にメンテナンスするための空間がさらに必要となる。また、気化器及び反応器のメンテナンスにかかる手間や時間が増えてしまう。
なお、配管を介して気化器の後端を反応器の前端に連結する必要があるが、設置スペースの制約によって、気化器及び反応器の設置に制約が生じたり、これらを連結するための配管が余分に長くなったり、複雑になったりするといった問題点がある。
また、従来使用されている反応器は、高圧の排気ガスに耐えるため、典型的な圧力容器形状である円筒形状を有している。しかし、このような円筒形状では、触媒を内部に積層配置する作業が難しく、また、通常直六面体の空間である船舶のエンジンルームに反応器を搭載する際、デッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を増加させるという問題点もある。
本発明の実施例は、空間活用度を高め、設置スペース、及び設置時に発生するデッドスペースを最小化することができる、選択的触媒還元反応器を提供する。
本発明の実施例によれば、排気ガスに含まれた窒素酸化物を低減させるための選択的触媒還元反応器は、互いに対向しかつ平らな第１側面及び第２側面、前記第１側面及び前記第２側面の両側の短辺にそれぞれ連結されかつ曲面で形成される第３側面及び第４側面、前記第１側面及び前記第２側面の一側の長辺にそれぞれ連結されかつ曲面で形成される第５側面、並びに前記第１側面及び前記第２側面の他側の長辺にそれぞれ連結されかつ前記第５側面より相対的に曲率半径が小さい凸状の曲面で形成される第６側面を含む容器形状本体部；前記本体部の前記第１側面の他側の長辺及び前記第２側面の他側の長辺の間に形成され、前記第６側面の内部空間を前記第１側面及び前記第２側面の間の空間と区分されるように区画され、一領域が開口された隔壁部；前記隔壁部により区画された前記本体部の前記第６側面の内部空間と連結された排気ガス流入部；及び、前記本体部の前記第３側面又は前記第４側面に連結された排気ガス排出部；を含む。
前記選択的触媒還元反応器は、前記本体部の前記第１側面と前記第２側面との間の空間に配置された触媒をさらに含むことができる。
前記本体部の前記第１側面又は前記第２側面に触媒入出ドア部が設けられる。
また、前記本体部の前記第４側面に触媒入出ドア部を設けることもできる。
また、前記本体部の前記第４側面に触媒入出ドア部を設けることもできる。
前記触媒入出ドア部は、円形、楕円形、又は四角形であることができる。
前記排気ガス流入部には、還元剤噴射部が取り付けられる。また、前記排気ガス流入部には、ミキサーが結合される。
前記排気ガス流入部は、前記第４側面より前記第３側面に相対的に隣接した前記第６側面の一領域に連結され、前記隔壁部の開口された一領域は、前記第３側面より前記第４側面に相対的に隣接した位置に形成され、前記排気ガス排出部は、前記第３側面に連結される。
また、前記排気ガス流入部は、前記第４側面より前記第３側面に相対的に隣接した前記第６側面の一領域に連結され、前記隔壁部の開口された一領域は、前記第４側面より前記第３側面に相対的に隣接した位置に形成され、前記排気ガス排出部は、前記第４側面に連結される。
また、前記排気ガス流入部に流入された排気ガスを前記第４側面の方向に移動させた後、移動方向を切り替えて前記隔壁部の開口された一領域に案内するガイドプレートが、前記第６側面の内部空間に設けられる。
前記ガイドプレートは、前記本体部の前記第６側面の内部空間の一部を２分割することができる。
また、前記ガイドプレートは、二重に設けられ、前記本体部の前記第６側面の内部空間の一部を３分割することもできる。
前記排気ガス排出部は、前記排気ガス流入部の開口方向と平行な方向に開口される。
また、前記排気ガス排出部は、前記排気ガス流入部の開口方向と交差する方向に開口することもできる。
前記選択的触媒還元反応器は、前記本体部を床面から離間して支持する支持フレームをさらに含むことができる。
前記本体部の前記第５側面が下部に位置し、前記第６側面が上部に位置することができる。
また、前記本体部の前記第５側面が上部に位置し、前記第６側面が下部に位置することもできる。
本発明の実施例によれば、選択的触媒還元反応器は、空間活用度を高め、設置スペース、及び設置時に発生するデッドスペースを最小化することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態について、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できるように詳しく説明する。本発明は、種々の異なる形態に具現可能であり、ここで説明する実施形態に何ら限定されない。
また、種々の実施例において、同様な構成を有する構成要素には、同様の符号を付するが、代表的に第１の実施例について説明し、その他の実施例においては、第１実施例と異なる構成についてのみ説明することとする。
図面は、大まかに示されており、縮尺に合わせて示されていないことに留意されたい。図示の部分の相対的な寸法及び比率は、図面における明確性及び便宜性のためにその大きさが誇張されたり縮小されたりしており、任意の寸法は、単なる例示的なものに過ぎず、限定的なものではない。なお、２以上の図面に示されている同一の構造物、要素又は部品には同じ参照符号が類似の特徴を示すために付される。
本発明の実施例は、本明細書において、本開示の理想的な実施例を具体的に示す。従って、図面は様々に解釈されることが予想される。そのため、本発明の実施例は、本明細書において示す領域の特定の形態に限定されるものと解釈されてはならず、例えば、製造による形態の変形を含む。
以下、図１～図１０を参照して、本発明の第１実施例に係る選択的触媒還元反応器１０１について説明する。
本発明の第１の実施例に係る選択的触媒還元反応器１０１は、動力装置から排出される排気ガスに含まれた窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるための選択的触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、「ＳＣＲ」）システムに適用される。一例として、動力装置は、船舶に推力を供給する主動力源として使用されるディーゼルエンジンが挙げられる。また、ディーゼルエンジンは、船舶用２行程低速ディーゼルエンジンであることができる。
しかし、本発明の第１実施例は、これらに限定されない。動力装置は、プラント用内燃機関あるいは車両用エンジンであることもできる。即ち、動力装置としては、当該技術分野で通常の知識を有する者に公知の種々のエンジンを使用することができる。
動力装置から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれた排気ガスは、排気流路を介して移動される。即ち、排気流路は、動力装置であるディーゼルエンジンの排気口と連結されてディーゼルエンジンの排気ガスを排出させ、また、選択的触媒還元反応器１０１に連結される。
図１～図４に示されるように、本発明の第１実施例に係る選択的触媒還元反応器１０１は、本体部３００、隔壁部４０１、排気ガス流入部５１０、及び排気ガス排出部５９１を含む。
また、本発明の第１実施例に係る選択的触媒還元反応器１０１は、触媒２００、触媒入出ドア部５５１、還元剤噴射部７００、ミキサー７５１、支持フレーム８００、及び支持ブラケット８５０をさらに含むことができる。
本体部３００は、四角筒と円筒とが混合された容器形状で形成される。
具体的に、本体部３００は、互いに対向しかつ平らな四角形状の第１側面３１０及び第２側面３２０、第１側面３１０及び第２側面３２０の両側の短辺にそれぞれ連結されかつ曲面で形成される第３側面３３０及び第４側面３４０、第１側面３１０及び第２側面３２０の一側の長辺にそれぞれ連結されかつ曲面で形成される第５側面３５０、並びに第１側面３１０及び第２側面３２０の他側の長辺にそれぞれ連結されかつ第５側面３５０より相対的に曲率半径が小さい凸状の曲面で形成される第６側面３６０を含むことができる。
即ち、四角形状の平面である第１側面３１０と第２側面３２０とが互いに対向し、第１側面３１０と第２側面３２０との各辺を連結する第３側面３３０、第４側面３４０、第５側面３５０、及び第６側面３６０は、曲面で形成される。このとき、第３側面３３０と第４側面３４０とが互いに対向し、第５側面３５０と第６側面３６０とが互いに対向するように配置することができる。また、第６側面３６０は、第５側面３５０より曲率半径が小さく、半円筒形状を有することができる。
また、第３側面３３０、第４側面３４０、第５側面３５０、及び第６側面３６０は、いずれも外側に膨らんだ曲面であることもできる。しかし、本発明の第１実施例は、これに限定されず、第６側面３６０を除く第３側面３３０、第４側面３４０、及び第５側面３５０のうちの選択された一部は、凹んだ曲面であることもできる。
上述のように、第３側面３３０、第４側面３４０、第５側面３５０、及び第６側面３６０は、半円筒形状であるか、湾曲した曲板形状を有することができる。
また、第３側面３３０と第５側面３５０との連結部位、第３側面３３０と第６側面３６０との連結部位、第４側面３４０と第５側面３５０との連結部位、また、第４側面３４０と第６側面３６０との連結部位は、それぞれ曲面で形成される。
さらに、本発明の第１実施例では、本体部３００の第５側面３５０が下部に位置し、第６側面３６０が上部に位置することができる。
隔壁部４０１は、本体部３００の第１側面３１０の他側の長辺と、第２側面３２０の他側の長辺との間に設けられる。図４に示されるように、隔壁部４０１は、第６側面３６０の内部空間を、第１側面３１０及び第２側面３２０間の空間と区分されるように区画するものの、一領域４１９が開口される。特に、本発明の第１実施例において、隔壁部４０１の開口された一領域４１９は、第３側面３３０より第４側面３４０に相対的に隣接した位置に形成される。このとき、第６側面３６０の内部空間は、第１側面３１０及び第２側面３２０の間の空間より相対的に小さく形成される。また、第１側面３１０及び第２側面３２０の間の空間は、後述の触媒２００の積層配置空間となる。
排気ガス流入部５１０は、隔壁部４０１により区画された本体部３００の第６側面３６０の内部空間と連結される。即ち、排気ガスは、排気ガス流入部５１０を介して第６側面３６０の内部空間に流入された後、隔壁部４０１の開口された一領域４１９を介して第１側面３１０と第２側面３２０との間の空間、即ち、触媒積層配置空間に移動するようになる。このように、第１側面３１０と第２側面３２０との間の空間には、後述の触媒２００が配置され、排気ガスは、触媒２００を経ることで排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減される。
また、本発明の第１実施例において、排気ガス流入部５１０は、 第４側面３４０より 第３側面３３０に相対的に隣接した 第６側面３６０の一領域に連結される。
また、図４において、排気ガス流入部５１０の一端部が本体部３００の内部に挿入された形態を呈しているが、本発明の第１実施例は、これに限定されない。即ち、排気ガス流入部５１０は、一端部が本体部３００の内部に挿入されることなく本体部３００に連結することができる。
排気ガス排出部５９１は、図１に示されたように、本体部３００の第３側面３３０又は第４側面３４０に連結されているが、本発明の第１実施例では、排気ガス排出部５９１を第３側面３３０に連結することができる。
このため、本発明の第１実施例では、排気ガス流入部５１０を介して 第４側面３４０より 第３側面３３０に相対的に隣接した 第６側面３６０の一領域に流入された排気ガスが、第６側面３６０の内部空間に沿って移動し、第３側面３３０より第４側面３４０に相対的に隣接した隔壁部４１０の開口された一領域４１９を介して第１側面３１０と第２側面３２０との間の空間に移動し、第１側面３１０と第２側面３２０との間の空間に配置された触媒２００を経由した後、第３側面３３０に連結された排気ガス排出部５９１を介して排出される。
このとき、本体部３００の第６側面３６０と第４側面３４０との連結部位は、同じく曲面で形成される。従って、第６側面３６０の内部空間に移動していた排気ガスが、第６側面３６０と第４側面３４０との連結部位の曲面にぶつかって自然に隔壁部４０１の開口された一領域４１９に誘導されるようになる。
また、本発明の第１実施例において、排気ガス排出部５９１は、排気ガス流入部５１０の開口方向と平行な方向に開口されている。
しかし、本発明の第１実施例は、これに限定されず、図５に示されるように、本発明の第１実施例の変形例によれば、排気ガス排出部５９２が、排気ガス流入部５１０の開口方向と交差する方向に開口されている。このように、排気ガス排出部５９１、５９２を様々な角度と方向に配設することで、選択的触媒還元反応器１０１を、限られた空間で使用する場合、様々な方向と角度で自由に配設することができる。即ち、選択的触媒還元反応器１０１の前後端を、排気流路と一方向にのみ連結することで、設置スペースの制約を解消することができる。
触媒２００は、図２に示されたように、本体部３００の第１側面３１０と第２側面３２０との間の空間に設けられた触媒積層配置空間に配設される。即ち、本体部３００において触媒２００の配設空間は、円筒形状ではなく、四角筒形状であるので、触媒２００の設置が容易であるだけでなく、円筒形状の空間に触媒２００を配設する場合に比べてデッドスペースを大幅に減少させることができる。
触媒２００は、モジュールの形態で配設され、複数の触媒モジュールが本体部３００の内部において排気ガスの移動方向に交差する方向に積層配置されることで、複数の触媒層が形成される。このような複数の触媒層は、本体部３００の内部において排気ガスの移動方向を基準に離間して配列することができる。
また、複数の触媒モジュールは、六面体で形成される。例えば、複数の触媒モジュールは、直六面体又は正六面体であることができる。このように、触媒モジュールが直六面体又は正六面体形状を有するため、触媒モジュールの積層配置が容易に行えると共に、触媒モジュールの交換及び運搬が容易であり、触媒モジュールに含まれた触媒２００の効率を極大化させることができる。
また、触媒２００は、ゼオライト（ｚｅｏｌｉｔｅ）、バナジウム（ｖａｎａｄｉｕｍ）、及び白金（ｐｌａｔｉｎｕｍ）などのように、当該技術分野の当業者に公知の各種素材で製造することができる。例えば、触媒２００は、摂氏２００度～摂氏５００度の範囲内の活性温度を有することができる。ここで、活性温度とは、触媒２００の被毒が生じることなく安定的に窒素酸化物を還元させ得る温度をいう。触媒２００が活性温度の範囲外で反応すると、触媒２００の被毒が生じ、効率が低下する。
例えば、摂氏１５０度以上、摂氏２５０度未満の相対的に低い温度で、排気ガスに含まれた窒素酸化物を低減させるための還元反応が起こる場合、排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）と還元剤であるアンモニア（ＮＨ３）とが反応し、触媒被毒物質が生成される。具体的に、触媒２００を被毒させる被毒物質には、硫酸アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ、（ＮＨ４）２ＳＯ４）、亜硫酸水素アンモニウム（Ａｍｍｏｎｉｕｍ ｂｉｓｕｌｆａｔｅ、ＮＨ４ＨＳＯ４）のうちのいずれか１つ以上が含まれる。このような触媒被毒物質は、触媒２００に吸着されて触媒２００の活性を低下させる。触媒被毒物質は、相対的に高い温度、即ち、摂氏３５０度～摂氏４５０度の範囲内の温度で分解するので、反応器中の触媒２００を昇温させ、被毒された触媒２００を再生することができる。
触媒入出ドア部５５１は、本体部３００の第１側面３１０又は第２側面３２０に設けられる。図１において、触媒入出ドア部５５１が円形状であるが、本発明の第１実施例は、これに限定されない。図６に示されるように楕円形又は長孔形である触媒入出ドア部５５２、又は図７に示されるように四角形状である触媒入出ドア部５５３を使用することもできる。
一方、図示は省略するが、触媒入出ドア部５５１を本体部３００の第４側面３４０に設けることもできる。船舶は空間が限られているため、本体部３００の第１側面３１０及び第２側面３２０に触媒入出ドア部５５１が設けられている場合でも、触媒２００の入出が容易でないことがあり得る。このような場合は、本体部３００の第４側面３４０に触媒入出ドア部５５１を設け、触媒２００の入出を行うことができる。
また、図示は省略するが、本体部３００の第１側面３１０又は第２側面３２０には、スートブロワを設けることができる。一例として、スートブロワは、本体部３００の内部に設けられた触媒２００に挟まった異物を除去するために使用される。
還元剤噴射部７００は、図８に示されるように、排気ガス流入部５１０に取り付けられる。
具体的に、還元剤噴射部７００は、排気ガス流入部に設けられ、排気ガス流入部５１０を介して本体部に流入される排気ガスに還元剤を噴射する。例えば、還元剤噴射部７００は、尿素（ｕｒｅａ、ＣＯ（ＮＨ２）２）水溶液を噴射することができる。触媒２００において窒素酸化物と直接反応する還元剤としては、アンモニア（ＮＨ３）が使用されるが、アンモニア自体が汚染物質であって保管と運搬が容易でないため、より安定的な尿素水溶液を使用するのが一般的である。即ち、尿素水溶液は、還元剤前駆体に該当する。還元剤噴射部７００から噴射された尿素（ｕｒｅａ、ＣＯ（ＮＨ２）２）水溶液は、本体部３００の第６側面３６０の内部空間に沿って移動しながら加水分解又は熱分解され、アンモニア（ＮＨ３）とイソシアン酸（Ｉｓｏｃｙａｎｉｃ ａｃｉｄ、ＨＮＣＯ）とを生成する。また、イソシアン酸（ＨＮＣＯ）は、またアンモニア（ＮＨ３）と二酸化炭素（ＣＯ２）とに分解する。即ち、尿素を分解させ、窒素酸化物と反応する還元剤であるアンモニアを生成するようになる。
しかし、本発明の第１実施例は、これに限定されず、還元剤噴射部７００は、アンモニア水溶液を噴射することもできる。還元剤噴射部７００がアンモニア水溶液を噴射すると、噴射されたアンモニア水溶液は、本体部３００の第６側面３６０の内部空間で移動しながら気化される。
上述のように、還元剤噴射部７００が還元剤を噴射すると、本体部３００の第６側面３６０の内部空間は、分解チャンバー又は気化器としての役割を果たすようになる。
従って、本発明の第１実施例によれば、分解チャンバー又は気化器を別途設ける必要がなくなるため、全体的な構成が簡素化され、設置スペースを削減することができる。
また、還元剤噴射部７００から尿素水溶液を噴射する場合、噴射された尿素水溶液は、まず、触媒２００において窒素酸化物と反応するアンモニアに分解する過程を経る必要がある。本発明の第１実施例によれば、排気ガス流入部５１０に流入された排気ガスと還元剤噴射部７００から噴射された還元剤とが、本体部３００の第６側面３６０の内部空間に沿って移動し、隔壁部４０１の開口された一領域４１９を経て本体部３００の第１側面３１０と第２側面３２０との間に位置する触媒２００に向かうことになる。
従って、還元剤噴射部７００から尿素水溶液が噴射された地点から、触媒２００に到達するまでの距離が長く確保できる。即ち、還元剤噴射部７００から噴射された尿素水溶液の熱分解又は加水分解のための滞在時間を安定的に確保することが可能となる。
また、本体部３００の内部は、円滑な還元反応のため、触媒２００の活性温度、例えば、摂氏２００度～摂氏５００度の範囲内の温度に維持される。従って、本体部３００の第６側面３６０の内部空間に、還元剤を分解させるための熱エネルギーを別途供給する必要がなく、本体部３００の内部温度にて還元剤噴射部７００から噴射された還元剤を分解又は気化させることもできる。
上述のように、本発明の第１実施例によれば、還元剤を分解するための熱エネルギーと、本体部３００の内部温度を触媒２００の活性温度に維持するための熱エネルギーとを別途供給することなく、本体部３００の内部温度を維持するだけで還元剤を分解又は気化させることも可能となる。このとき、隔壁部４０１は、本体部３００より熱伝導性が相対的に優れた素材で製造することができる。しかし、本発明の第１実施例は、これに限定されない。本体部３００及び隔壁部４０１を、同一の素材又は同一の熱伝導性を有する素材で製作することもでき、この場合は、本体部３００の内壁面又は外壁面に断熱材を配置することもできる。
ミキサー７５１は、排気ガス流入部５１０に設けられる。ミキサー７５１は、排気ガス流入部５１０に流入される排気ガスに旋回流又は渦流を発生させ、排気ガス流入部５１０において排気ガスと還元剤とを効果的に混合させることができる。図８において、ミキサー７５１が簡略に示されているが、ミキサー７５１は、ブレード（ｂｌａｄｅ）又はガイドベーン（ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ）を含むことができる。
また、ミキサー７５１は、図９に示されるように単管挿入方式で排気ガス流入部の内部に挿入して取り付けることができる。このときには、還元剤噴射部７００の一側がミキサー７５１の内部に位置することができる。
しかし、本発明の第１実施例は、これに限定されず、図１０に示されるように、ボルト（ｂｏｌｔ）で排気ガス流入部５１０の端部に締結されるミキサー７５２を使用することもできる。このときには、還元剤噴射部７００がミキサー７５２より後方に位置することができる。ここで、後方とは、排気ガスの移動方向を基準にして下流を意味する。
支持フレーム８００は、本体部３００を床面から離間して支持する。本発明の第１実施例では、本体部３００の第５側面３５０が下部に位置し、第６側面３６０が上部に位置しているため、支持フレーム８００は、本体部３００の第５側面３５０を支持することができる。
支持ブラケット８５０は、本体部３００の上部面、即ち、第１実施例では、第６側面３６０の外部に結合される。支持ブラケット８５０は、本体部３００を固定、又は本体部３００の外部に各種付属装置又はパイプを結合させるために使用される。
上述のような構成により、本発明の第１実施例に係る選択的触媒還元反応器１０１は、空間活用度を高め、設置スペース、及び設置時に発生するデッドスペースを最小化することができる。
具体的に、選択的触媒還元反応器１０１の本体部３００は、四角筒と円筒とが混合された容器形状で形成され、排気ガスの圧力にも安定的に耐えると共に、触媒２００の積層配置が容易であり、船舶のエンジンルームのような限定的な空間への設置時における空間活用に有用であるため、デッドスペースを最小化することができる。
また、本発明の第１実施例によれば、選択的触媒還元反応器１０１の内部に、分解チャンバー又は気化器としての役割を果たす空間を設けることで、還元剤を分解及び気化させるための分解チャンバー又は気化器を別途設ける必要がない。
また、本発明の第１実施例によれば、排気ガス流入部５１０に流入された排気ガスは、第６側面３６０の内部空間に沿って移動し、排気ガス流入部５１０の反対側に位置した隔壁部４０１の開口された一領域４１９を介して触媒２００に移動するようになる。従って、還元剤噴射部７００において尿素水溶液が噴射される地点から、触媒２００に到達するまでの距離が相対的に長く確保でき、還元剤噴射部７００から噴射される尿素水溶液の熱分解又は加水分解のための滞在時間を安定的に確保することができる。従って、噴射された還元剤の熱分解又は加水分解のための滞在時間を確保するため排気流路を余分に長く形成する必要がない。
また、本発明の第１実施例によれば、選択的触媒還元反応器１０１は、還元剤を分解又は気化させ、窒素酸化物を還元させるために消費される全体的な熱エネルギーの無駄を抑えることができる。
以下、図１１及び図１２を参照して、本発明の第２実施例について説明する。
図１１及び図１２に示されるように、本発明の第２実施例に係る選択的触媒還元反応器１０２では、排気ガス流入部５１０が、本体部３００の第４側面３４０より第３側面３３０に相対的に隣接した第６側面３６０の一領域に連結される。隔壁部４０２の開口された一領域４２９は、本体部３００の第４側面３４０より第３側面３３０に相対的に隣接した位置に形成される。また、排気ガス排出部５９３は、本体部３００の第４側面３４０に連結される。
また、本発明の第２実施例に係る選択的触媒還元反応器１０２は、本体部３００の第６側面３６０の内部空間に設けられたガイドプレート４６１をさらに含むことができる。
ガイドプレート４６１は、排気ガス流入部５１０に流入された排気ガスを本体部３００の第３側面３３０から第４側面３４０への方向に移動させた後、移動方向を切り替え、また第４側面３４０から第３側面３３０への方向に移動させた後、隔壁部４０２の開口された一領域４２９に案内することができる。
従って、還元剤噴射部７００から尿素水溶液が噴射された地点から、触媒２００に到達するまでの距離がさらに長く確保できる。即ち、還元剤噴射部７００から噴射された尿素水溶液の熱分解又は加水分解のための滞在時間をさらに長く確保することができる。
具体的に、ガイドプレート４６１は、二重に設けられ、本体部３００の第６側面３６０の内部空間の一部を３分割することができる。また、排気ガス流入部５１０は、ガイドプレート４６１により３分割された第６側面３６０の内部空間のうち、中央空間と連結され、排気ガス流入部５１０と連結された中央空間周辺の別の空間には、隔壁部４０２の一領域４２９が開口され、第１側面３１０及び第２側面３２０間の空間と連結される。
また、排気ガス流入部５１０が連結された 第３側面３３０に隣接した 第６側面３６０の一領域の反対側である 第４側面３４０に隣接した 第６側面３６０の他領域は、ガイドプレート４６１により分割されない。
従って、排気ガス流入部５１０に流入された排気ガスは、 第４側面３４０の方向に移動し、また 第３側面３３０の方向に移動し、隔壁部４０２の開口された一領域４２９を介して触媒２００に向かうようになる。そして、触媒２００を経た排気ガスは、本体部３００の第４側面３４０に設けられた排気ガス排出部５９３を介して排出される。
また、本発明の第２実施例において、排気ガス排出部５９３は、排気ガス流入部５１０の開口方向と平行な方向に開口されている。
しかし、本発明の第２実施例は、これに限定されず、図１３に示されるように、本発明の第２実施例の変形例によれば、排気ガス排出部５９４は、排気ガス流入部５１０の開口方向と交差する方向に開口することもできる。
上述のような構成により、本発明の第２実施例に係る選択的触媒還元反応器１０２は、空間活用度を高め、設置スペース、及び設置時に発生するデッドスペースを最小化することが可能となる。
具体的に、選択的触媒還元反応器１０２の本体部３００は、四角筒と円筒とが混合された容器形状で形成されることで、排気ガスの圧力にも耐えると共に、触媒２００の積層配置が容易であり、船舶のエンジンルームのような限定的な空間への搭載時における空間活用に有用であり、デッドスペースを最小化することが可能となる。
以下、図１４を参照して、本発明の第３実施例について説明する。
図１４に示されるように、本発明の第３実施例に係る選択的触媒還元反応器１０３では、ガイドプレート４６２が本体部３００の第６側面３６０の内部空間の一部を２分割することができる。
また、排気ガス流入部５１０は、ガイドプレート４６２により２分割された第６側面３６０の内部空間のうちのいずれか一空間と連結され、排気ガス流入部５１０に連結された空間と別の空間には、隔壁部４０２の一領域４２９が開口され、第１側面３１０及び第２側面３２０の間の空間と連結される。従って、排気ガス流入部５１０は、第６側面３６０の一方に偏った部位に連結される。
また、排気ガス流入部５１０が連結された第３側面３３０に隣接した第６側面３６０の一領域の反対側である第４側面３４０に隣接した第６側面３６０の他領域は、ガイドプレート４６２により分割されない。
従って、排気ガス流入部５１０に流入された排気ガスは、第４側面３４０の方向に移動し、また第３側面３３０の方向に移動し、隔壁部４０２の開口された一領域４２９を介して触媒２００に向かうことになる。そして、触媒２００を経た排気ガスは、本体部３００の第４側面３４０に設けられた排気ガス排出部５９３を介して排出される。
上述のような構成により、本発明の第３実施例に係る選択的触媒還元反応器１０３は、空間活用度を高め、設置スペース、及び設置時に発生するデッドスペースを最小化することが可能となる。
具体的に、選択的触媒還元反応器１０３の本体部３００は、四角筒と円筒とが混合された容器形状を有するため、排気ガスの圧力にも耐えると共に、触媒の積層配置が容易であり、船舶のエンジンルームのような限定的な空間への搭載時における空間活用に有用であり、デッドスペースを最小化することが可能となる。
以下、図１５を参照して、本発明の第４実施例について説明する。
図１５に示されるように、本発明の第４実施例に係る選択的触媒還元反応器１０４は、本体部３００の第５側面３５０が上部に位置し、第６側面３６０が下部に位置する。即ち、気化器又は分解チャンバーとして機能する第６側面３６０の内部空間が、触媒が積層配置される第１側面３１０と第２側面３２０との間の空間より下方に位置するようになる。
上述のような構成により、本発明の第４実施例に係る選択的触媒還元反応器１０４は、空間活用度を高め、設置スペース、及び設置時に発生するデッドスペースを最小化することが可能となる。
以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明してきたが、本発明が属する技術分野の当業者は、本発明がその技術的思想や必須要素を変更せずに他の具体的な形態で実施できることが理解されるだろう。
それで、以上で記述した実施例は、全ての面において例示的なものに過ぎず、限定的ではないものとして理解されるべきであり、本発明の範囲は、詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその等価概念から導出される全ての変更又は変形された形態が、本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
１０１、１０２、１０３、１０４：選択的触媒還元反応器
２００：触媒
３００：本体部
３１０：第１側面
３２０：第２側面
３３０：第３側面
３４０：第４側面
３５０：第５側面
３６０：第６側面
４０１、４０２：隔壁部
４１９、４２９：開口された一領域
４６１、４６２：ガイドプレート
５１０：排気ガス流入部
５５１、５５２、５５３：触媒入出ドア部
５９１、５９２、５９３、５９４：排気ガス排出部
７００：還元剤噴射部
７５１、７５２：ミキサー
８００：支持フレーム
８５０：支持ブラケット
２００：触媒
３００：本体部
３１０：第１側面
３２０：第２側面
３３０：第３側面
３４０：第４側面
３５０：第５側面
３６０：第６側面
４０１、４０２：隔壁部
４１９、４２９：開口された一領域
４６１、４６２：ガイドプレート
５１０：排気ガス流入部
５５１、５５２、５５３：触媒入出ドア部
５９１、５９２、５９３、５９４：排気ガス排出部
７００：還元剤噴射部
７５１、７５２：ミキサー
８００：支持フレーム
８５０：支持ブラケット
Claims (16)
- 互いに対向しかつ平らな第１側面及び第２側面、前記第１側面及び前記第２側面の両側の短辺にそれぞれ連結されかつ曲面で形成される第３側面及び第４側面、前記第１側面及び前記第２側面の一側の長辺にそれぞれ連結されかつ曲面で形成される第５側面、並びに前記第１側面及び前記第２側面の他側の長辺にそれぞれ連結されかつ前記第５側面より相対的に曲率半径が小さい凸状の曲面で形成される第６側面を含む容器形状本体部；
前記本体部の前記第１側面の他側の長辺及び前記第２側面の他側の長辺の間に形成され、前記第６側面の内部空間を前記第１側面及び前記第２側面の間の空間と区分されるように区画され、一領域が開口された隔壁部；
前記隔壁部により区画された前記本体部の前記第６側面の内部空間と連結された排気ガス流入部；
前記本体部の前記第３側面又は前記第４側面に連結された排気ガス排出部；及び、
前記本体部の前記第１側面と前記第２側面との間の空間に配置された触媒；
を含む、選択的触媒還元反応器。 - 前記本体部の前記第１側面又は前記第２側面に、触媒入出ドア部が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記本体部の前記第４側面に、触媒入出ドア部が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記触媒入出ドア部は、円形、楕円形、又は四角形であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記排気ガス流入部には、還元剤噴射部が取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記排気ガス流入部には、ミキサーが結合されることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記排気ガス流入部は、前記第４側面より前記第３側面に相対的に隣接した前記第６側面の一領域に連結され、
前記隔壁部の開口された一領域は、前記第３側面より前記第４側面に相対的に隣接した位置に形成され、
前記排気ガス排出部は、前記第３側面に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。 - 前記排気ガス流入部は、前記第４側面より前記第３側面に相対的に隣接した前記第６側面の一領域に連結され、
前記隔壁部の開口された一領域は、前記第４側面より前記第３側面に相対的に隣接した位置に形成され、
前記排気ガス排出部は、前記第４側面に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。 - 前記排気ガス流入部に流入された排気ガスを前記第４側面の方向に移動させた後、移動方向を切り替えて前記隔壁部の開口された一領域に案内するガイドプレートが、前記第６側面の内部空間に設けられることを特徴とする、請求項８に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記ガイドプレートは、前記本体部の前記第６側面の内部空間の一部を２分割することを特徴とする、請求項９に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記ガイドプレートは、二重に設けられ、前記本体部の前記第６側面の内部空間の一部を３分割することを特徴とする、請求項９に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記排気ガス排出部は、前記排気ガス流入部の開口方向と平行な方向に開口されることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記排気ガス排出部は、前記排気ガス流入部の開口方向と交差する方向に開口されることを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記本体部を床面から離間して支持する支持フレームをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記本体部の前記第５側面が下部に位置し、前記第６側面が上部に位置することを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
- 前記本体部の前記第５側面が上部に位置し、前記第６側面が下部に位置することを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応器。
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