KR101801629B1

KR101801629B1 - 배기가스 정화장치

Info

Publication number: KR101801629B1
Application number: KR1020147004207A
Authority: KR
Inventors: 신지 바바
Original assignee: 히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2017-11-27
Also published as: CN103827455B; EP2754865B1; EP2754865A4; CN103827455A; EP2754865A1; WO2013035199A1; KR20140071334A

Abstract

(과제)
본 발명은, 장치의 크기를 소형화함과 아울러, 연료 중에 유황분이 많이 포함되는 경우에도 산성유안 등의 중간생성물의 흡착에 의한 탈초촉매장치의 성능저하를 방지한다.
(해결수단)
엔진(2)의 배기포트(2a)에 접속된 배기연락관(3)으로부터 배출된 배기가스를 집합시켜서, 터보차저(4)의 터빈(4a) 상류측의 배기통로(5)로 인도하는 배기 매니폴드(6)와, 배기통로(5)에 설치된 탈초촉매장치(7)를 구비한 배기가스 정화장치(1)에 있어서, 배기 매니폴드(6) 내부에, 일단(8a)이 배기통로(5)과 접속되고 타방의 개방단(8b)이 배기 매니폴드(6) 내로 개방된 증발관(8)을 설치한다. 또한 증발관(8) 내를 통과하는 배기가스에 대하여 요소수(9a)를 분무할 수 있는 노즐(9)을 구비한 구성으로 한다.
(효과)
배기연락관(3)으로부터 배출된 직후의 고온의 배기가스에 의하여 배기 매니폴드(6)의 내부에 설치된 증발관(8)의 벽면을 가열하여 공간의 절약화를 도모함과 아울러 중간생성물의 발생을 방지한다.

Description

배기가스 정화장치{EXHAUST GAS PURIFYING APPARATUS}

본 발명은, 내연기관(內燃機關)으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(窒素酸化物)(이하, 「NOx」라고 한다)을 예를 들면 SCR(Selective Catalytic Reduction) 등의 탈초촉매(脫硝觸媒) 하에서 환원제(還元劑)와 반응시켜서 환원제거한 배기가스 정화장치(排氣gas 淨化裝置)에 관한 것이다.

종래에 있어서 예를 들면 디젤엔진의 배기관(排氣管)의 하류에 SCR 촉매를 사용한 탈초반응기(脫硝反應器)를 설치함과 아울러, 이 탈초반응기의 상류측에 고농도의 요소(尿素)와 저농도의 암모니아를 포함하는 환원제 조성물의 수용액을 배기가스 중으로 분무하는 노즐(nozzle)을 설치하여, 탈초반응기에서 배기가스 중의 NOx를 질소와 물로 분해시켜서 무해화(無害化)하는 기술이 이용되고 있다(예를 들면 특허문헌1의 도1).

또한 종래에 있어서 예를 들면 도6에 나타내는 바와 같은 4기통의 선박용 디젤엔진(101)에는, 배기포트(排氣port)(101a, 10lb, 101c, 101d)로부터 배출되는 배기가스를 집합시켜서 배기관(103)으로 인도하는 배기 매니폴드(排氣 manifold)(102)가 부착되어 있다.

그리고 이 배기 매니폴드(102)와 터보차저(turbo charger)(107)의 터빈(turbine)(107a) 사이의 배기관(103)에는, 배기가스 중으로 암모니아 등의 환원제의 수용액 또는 요소 등의 환원제 전구체(還元劑前驅體)의 수용액을 분무하여 공급하는 노즐(104)과, 이 노즐(104)로부터 분무된 환원제 또는 환원제 전구체의 수용액을 기화(氣化) 또는 가수분해(加水分解)하여 암모니아 가스 등의 환원제를 발생시키는 증발관(蒸發管)(105)과, 배기가스 중의 NOx를 환원제와 선택적으로 환원반응시켜서 정화하는 SCR 촉매(106)가 설치되어 있다.

이와 같이 SCR 촉매(106)를 설치하는 위치를 터빈(107a)의 상류측에 하고 있는 이유는, 터빈(107a)의 하류측은 배기가스의 온도가 내려가므로 촉매의 성능에 있어서 불리하기 때문이다.

그러나 디젤엔진(101)의 배기계(排氣系)에서는 배기 매니폴드(102)가 큰 용적을 차지하고 있어, 터보차저(107)의 터빈(107a)의 상류측에 SCR 촉매(106)를 설치하는 구성의 경우에는, 증발관(105)과 SCR 촉매(106)를 더 설치할 필요가 있다. 따라서 이들 장치가 기관실에 있어서 상당한 용적을 점유하게 되기 때문에, 스페이스 효율이 나빠진다는 문제가 있었다.

또한 연료 중에 유황분(硫黃分)이 포함되어 있는 경우에, 배기가스 중에 SO₂가 발생하여 노즐(104)로부터 암모니아, 요소 등의 수용액을 분무하면, 증발관(105)의 온도가 낮은 경우에는 예를 들면 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)이나 산성유안(NH₄HSO₄) 등의 중간생성물이 발생하고, 이 중간생성물이 SCR 촉매(106) 상에 흡착하여 촉매성능이 저하된다는 문제점도 있었다.

특히 선박용 디젤엔진에서는, 가솔린보다 유황분을 많이 포함한 경유나 중유 등의 연료가 사용되고 있기 때문에, 중간생성물의 흡착에 의한 SCR 촉매의 성능저하의 문제가 발생하기 쉽다.

일본국 공개특허 특개2003-260331호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 문제점은, 종래의 배기가스 정화장치는, 배기 매니폴드와 증발관이 큰 용적을 차지하여 스페이스 효율이 나빴다는 점과, 연료 중에 유황분이 포함되는 경우에 황산암모늄이나 산성유안 등의 중간생성물이 발생하여 SCR 촉매에 흡착되어 촉매성능을 저하시키고 있었던 점이다.

본 발명의 배기가스 정화장치는,

엔진의 배기포트에 접속된 배기연락관으로부터 배출된 배기가스를 집합시켜서 터보차저의 터빈 상류측의 배기통로로 인도하는 배기 매니폴드와, 상기 배기통로에 설치된 탈초촉매장치를 구비하고, 상기 배기 매니폴드의 내부에, 일단이 상기 배기통로와 접속되고 타방의 개방단이 상기 배기 매니폴드 내로 개방된 증발관을 설치함과 아울러, 상기 증발관 내를 통과하는 배기가스에 대하여 환원제, 환원제 전구체의 쌍방 또는 어느 일방을 포함하는 수용액을 분무할 수 있는 노즐을 구비한 것을 가장 주요한 특징점으로 하고 있다.

본 발명의 배기가스 정화장치는, 배기 매니폴드의 내부에 증발관을 설치하였기 때문에 장치의 크기가 소형화될 수 있다. 부가하여 본 발명의 배기가스 정화장치에서는, 배기연락관으로부터 배출된 직후의 고온의 배기가스에 의하여 증발관의 벽면이 충분히 가열되기 때문에, 연료 중에 유황분이 많이 포함되는 경우에도 배기가스가 증발관의 벽면에서 냉각되어 버리지 않아, 황산암모늄이나 산성유안 등의 중간생성물의 발생을 방지할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 탈초촉매장치에 대한 중간생성물의 흡착을 방지할 수 있어 촉매성능을 양호하게 유지할 수 있다.

도1은, 본 발명의 배기가스 정화장치의 전체 구성을 나타낸 개략도이다.
도2는, 도1에 있어서 증발관이 갖추어진 배기 매니폴드와 엔진의 실린더 헤드 부근의 종단면을 나타낸 개략도이다.
도3은 배기연락관을 배기가스의 배출방향으로 연장한 범위 내에 증발관이 존재하지 않는 방향으로 배기연락관을 설치한 다른 실시예의 설명도로서, (a), (b)는 배기연락관의 배기구를 상방을 향하여 설치하는 경우의 구성을, (c)는 배기연락관의 중심위치보다 증발관의 중심위치를 하방으로 비키어 놓음과 아울러, 배기연락관을 수평방향으로 설치하는 경우의 구성을 나타내는 도면이다.
도4는 증발관의 길이방향과 직교하는 방향보다 개방단측으로 경사지게 하여 배기연락관을 설치한 다른 실시예의 설명도로서, (a)는 배기연락관을 증발관의 측방에 위치시키는 경우의 구성을, (b)는 배기연락관의 배기구를 증발관의 상방에 위치시키는 경우의 구성을 나타내는 도면이다.
도5는, 탈초처리가 불필요할 때에는 탈초촉매장치에 배기를 보내지 않고 바이패스 하기 위한 절환밸브를 구비한 다른 실시예의 구성을 설명하는 도면이다.
도6은, 종래의 선박용 디젤엔진의 구성을 나타내는 개략도이다.

본 발명은, 엔진의 배기가스 정화장치(排氣gas 淨化裝置)에 있어서, 공간의 절약화를 도모함과 아울러 연료 중에 유황분(硫黃分)이 포함되는 경우에도 황산암모늄이나 산성유안 등의 중간생성물의 흡착에 의한 탈초촉매장치(脫硝觸媒裝置)의 성능저하를 방지한다는 목적을,

엔진의 배기포트(排氣port)에 접속된 배기연락관(排氣連絡管)으로부터 배출된 배기가스를 집합시켜서, 터보차저(turbo charger)의 터빈(turbine) 상류측의 배기통로로 인도하는 배기 매니폴드(排氣 manifold)와, 상기 배기통로에 설치된 탈초촉매장치를 구비하고,

상기 배기 매니폴드의 내부에, 일단(一端)이 상기 배기통로와 접속되고 타방(他方)의 개방단(開放端)이 상기 배기 매니폴드 내로 개방된 증발관(蒸發管)을 설치함과 아울러, 상기 증발관 내를 통과하는 배기가스에 대하여 환원제(還元劑), 환원제 전구체(還元劑前驅體)의 쌍방 또는 어느 일방을 포함하는 수용액을 분무할 수 있는 노즐(nozzle)을 구비한 구성으로 함으로써 실현하였다.

상기 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서,

배기가스의 배출방향으로 연장된 범위 내에 상기 증발관이 존재하지 않는 방향으로 상기 배기연락관을 설치한 구성으로 한 경우에는,

배기연락관으로부터 배출된 고온의 배기가스는, 증발관에 직접 접촉하지 않고 배기 매니폴드 내를 증발관의 둘레방향으로 흐르기 때문에, 증발관을 배기연락관의 배기구에 면한 한쪽으로부터 가열하는 것이 아니라 증발관의 외주 전체를 효율적으로 가열할 수 있어 적합하다.

또한 상기 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서,

상기 배기연락관은, 상기 증발관의 길이방향과 직교하는 방향보다 상기 개방단측으로 경사지게 하여 설치한 구성으로 한 경우에는,

배기연락관으로부터 배출된 고온의 배기가스는 증발관의 외측을 개방단측을 향하여 흐르기 때문에, 배기 매니폴드 내의 배기가 증발관의 길이방향 전체를 가열하면서 흐르게 되어 적합하다.

또한 상기 본 발명의 배기가스 정화장치에 있어서,

상기 배기연락관은, 배기가스의 배출방향으로 연장된 범위 내에 상기 증발관이 존재하지 않는 방향으로 설치함과 아울러, 상기 증발관의 길이방향과 직교하는 방향보다 상기 개방단측으로 경사지게 하여 설치한 구성으로 한 경우에는,

배기연락관으로부터 배출된 고온의 배기가스는 증발관의 외주를 증발관의 개방단측을 향하여 나선 모양으로 흐르기 때문에, 증발관의 전체 둘레 및 길이방향 전체를 효율적으로 가열하면서 배기 매니폴드 내의 배기의 흐름도 더 양호하게 되어 가장 적합하다.

이하에서는 본 발명을 실시하기 위한 다양한 형태에 대하여 도1∼도5를 사용하여 상세하게 설명한다. 도1에 있어서, 1은 본 발명을 4기통의 선박용 디젤엔진에 적용한 배기가스 정화장치로서, 엔진(2)의 각 실린더 헤드(cylinder head)에 설치된 배기포트(2a)에 각각 접속된 배기연락관(3)으로부터 배출된 배기가스를 집합시켜서, 터보차저(4)의 터빈(4a) 상류측의 배기통로(5)로 인도하는 배기 매니폴드(6)와, 배기통로(5)에 설치된 탈초촉매장치(7)를 구비하고 있다. 또 5a는 터빈(4a)의 하류측의 배기통로(排氣通路)를, 4b는 급기통로(給氣通路)(12a)로부터 급기된 공기를 압축하는 터보차저(4)의 컴프레서(compressor)를 나타내고 있다. 또한 10은 급기통로(12)로부터 반송된 압축공기를, 급기연락관(給氣連絡管)(11)을 통하여 엔진(2)의 각 실린더의 급기포트(給氣port)(2b)로 분배하는 급기 매니폴드(給氣 manifold)를 나타내고 있다.

배기 매니폴드(6)의 내부에는, 일단(8a)이 배기통로(5)와 접속되고 타방의 개방단(8b)이 배기 매니폴드(6) 내로 개방된 증발관(8)을 설치한다. 그리고 배기연락관(3)의 배기구로부터 배출되어 상기 증발관(8) 내를 통과하는 배기가스에 대하여, 상기 증발관(8)의 개방단(8b)의 근방에서 요소수(尿素水)(9a)를 분무할 수 있는 위치에 노즐(9)을 설치하고 있다.

탈초촉매장치(7)에는, 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함되어 산성비나 광화학 스모그 등의 환경오염의 원인이 되는 NOx를 선택적으로 환원제거하는 SCR 촉매가 실장되어 있다. SCR 촉매는 예를 들면 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia), 바나디아/티타니아(vanadia/titania) 등의 금속산화물계 촉매나 제올라이트계 촉매(zeolite系觸媒) 등 원하는 촉매를 사용할 수 있으며, 이들 촉매를 조합시켜도 좋다. 또한 SCR 촉매는 벌집구조를 구비하는 촉매담체(觸媒擔體)에 담지(擔持)시켜도 좋고, 통체(筒體)에 장입(裝入)하여 케이싱(casing)시켜도 좋다.

SCR 촉매를 이용하여 배기가스 중의 NOx를 질소와 물로 분해시켜서 무해화(無害化)하는 경우에, 그 상류측에서 배기가스 중에 암모니아 등의 환원제를 공급할 필요가 있지만, 암모니아수를 선박 내에 저장하여 두는 것은 위험을 수반한다. 따라서 본 실시예에서는 노즐(9)과 접속된 탱크(도면에 나타내지 않는다)에 환원제 전구체로서 요소를 수용액의 상태로 저장하여 두고, 운전 시에 노즐(9)로부터 요소수(9a)를 증발관(8) 내로 분사하고, 증발관(8)의 열을 이용하여 요소를 가수분해하여 암모니아를 발생시키도록 하고 있다.

증발관(8)은, 일단(8a)이 배기통로(5)와 접속하고 타방의 개방단(8b)이 배기 매니폴드(6) 내로 개방된 관 모양의 부재이다. 본 실시예의 배기가스 정화장치(1)에서는, 개방단(8b)의 근방에 요소수(9a)를 분무하는 노즐(9)을 설치함과 아울러, 상기 노즐(9)의 하류측에 증발관(8) 내의 배기가스를 정류하기 위한 정류기(整流器)(8c)를 설치하고 있다. 또한 본 실시예의 배기가스 정화장치(1)는, 상기 정류기(8c)의 하류측에, 노즐(9)로부터 분무된 요소수(9a)가 가수분해되어 발생한 암모니아 가스와 배기가스를 증발관(8) 내에서 충분히 혼합시키기 위하여 스태틱 믹서(static mixer)(8d)를 설치하고 있다.

따라서 도1의 실시예의 배기가스 정화장치(1)에서는, 배기 매니폴드(6)의 내부에, 정류기(8c) 및 스태틱 믹서(8d)를 구비한 증발관(8)의 전부가 갖추어져 있기 때문에, 터빈(4a)의 상류측의 배기통로(5)에 배기 매니폴드와 증발관이 병설(倂設)되어 있었던 종래의 장치와 비교하면 공간의 절약화가 도모되어 장치의 크기가 조밀하게 된다.

또 일반적으로 터보차저(4)를 구비한 엔진(2)에 있어서는, 가속 도중 등의 과도상태에서는 엔진(2)의 출력 증대의 요구에 대하여 터보차저(4)가 오히려 장해가 되어 급기에 유입지연이 발생하는 등 과도응답에서의 제어지연이 발생하는 경우가 있다. 그러나 본 발명에서는, 터빈(4a)의 상류측의 배기통로(5)에 배기 매니폴드와 증발관이 병설되어 있었던 종래의 장치와 비교하면, 터보차저(4)에 이르는 배기의 경로를 짧게 할 수 있기 때문에 배기제어도 용이하게 된다.

또한 도1의 실시예에서는, 엔진(2)의 각 실린더의 배기포트(2a)에 접속된 배기연락관(3)의 배기구에 각각 대향하도록, 증발관(8)의 길이방향이 배기연락관(3)의 배기구가 나란하게 형성된 방향과 평행하게 되도록 증발관(8)을 배기 매니폴드(6)의 내부에 배치하고 있다. 따라서 배기연락관(3)으로부터 배출된 직후의 고온의 배기가스에 의하여 증발관(8)의 벽면(壁面)이 가열되기 때문에, 연료 중에 유황분이 많이 포함되는 예를 들면 선박용 디젤엔진에 적용하는 경우이더라도 탈초촉매장치(7)의 성능 저하의 원인이 되는 황산암모늄이나 산성유안 등의 중간생성물의 발생을 감소시킬 수 있어, SCR 촉매의 NOx 정화 성능을 양호하게 유지할 수 있다.

다음에 배기 매니폴드(6) 내로 개구하고 있는 배기연락관(3)의 배기구와 증발관(8)의 위치관계 또는 배기연락관(3)의 설치방향에 대하여 설명한다. 도2는, 도1의 실시예에 있어서 증발관(8)이 갖추어진 배기 매니폴드(6)와 엔진(2)의 실린더 헤드 부근의 종단면을 나타낸 설명도이다. 2d는 배기포트(2a)와 급기포트(2b)를 구비한 실린더 헤드, 2c는 실린더 라이너를 구비한 실린더 블록(cylinder block), 2e는 크랭크(2f)와 연결된 피스톤(piston)을 나타내고 있다. 화살표(1lb)는 연료분사노즐(11a)로부터 기통 내로 직접 분사되는 연료의 공급방향, 화살표(11c)는 터보차저(4)의 컴프레서(4b)에 의하여 압축된 공기의 유입방향을 나타내고 있다.

도2의 예에서는, 배기연락관(3)의 중심과 증발관(8)의 중심은 같은 높이위치로 하여, 배기연락관(3)은 증발관(8)의 중심을 향하여 설치되어 있다. 이 경우에, 배기연락관(3)을 배기가스의 배출방향으로 연장한 범위 내(도면에 있어서의 부호(A)로 나타낸 점선의 범위 내)에 증발관(8)이 존재하게 된다.

따라서 도2와 같이 구성하는 경우에는, 배기연락관(3)의 배기구로부터 배출된 배기가스는 화살표(B)로 나타내는 바와 같이 증발관(8)에 직접 접촉하고, 그 후에 상하로 나누어져서 증발관(8)의 이면측으로 진행하게 된다.

이에 대하여 도3(a), (b)에 나타내는 실시예에서는, 배기연락관(3)의 배기구(3a)를 상방을 향하여 설치하고 있다. 이 경우에, 배기연락관(3)을 배기가스의 배출방향으로 연장한 범위 내(도면에 있어서의 부호(A)로 나타낸 점선의 범위 내)에 증발관(8)이 존재하지 않게 된다.

또한 도3(c)에 나타내는 실시예에서는, 배기연락관(3)의 중심위치보다 증발관(8)의 중심위치를 하방으로 비키어 놓음과 아울러, 배기연락관(3)은 수평방향으로 설치되어 있다. 이 경우에도, 배기연락관(3)을 배기가스의 배출방향으로 연장한 범위 내(도면에 있어서의 부호(A)로 나타낸 점선의 범위 내)에 증발관(8)은 존재하지 않게 된다.

따라서 도3과 같이 구성하는 경우에는, 배기연락관(3)의 배기구(3a)로부터 배출된 고온의 배기가스는, 증발관(8)에 직접 접촉하지 않고 화살표(B)로 나타내는 바와 같이 증발관(8)의 둘레방향으로 흐르기 때문에, 증발관(8)을 배기연락관(3)의 배기구(3a)에 면한 한쪽의 면에서만 가열하는 것이 아니라 증발관(8)의 외주 전체에서 효율적으로 가열할 수 있어 적합하다.

또 도3(a)의 실시예에서는, 배기구(3a)의 개구단은 배기연락관(3)의 길이방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있지만, 도3(b), (c)의 예에서는, 배기 매니폴드(6) 내로 돌출된 배기연락관(3)의 선단부가 증발관(8)의 둘레방향으로 흐르는 배기가스의 흐름을 저해하지 않도록 배기구(3a)의 개구단을 배기연락관(3)의 길이방향에 대하여 경사지게 형성함과 아울러, 이와 같이 경사지게 절단된 개구단의 선단이 배기 매니폴드(6)의 내주면측에 위치하도록 배기연락관(3)을 설치하고 있다. 또 도3의 실시예에서는, 배기구(3a)의 개구단은 예를 들면 45도로 절단되어 있다.

도4는, 증발관(8)의 길이방향과 직교하는 방향(도면에서 점선(C)로 나타낸 방향)보다 증발관(8)의 개방단(8b)측으로 경사지게 하여 배기연락관(3)을 각각 설치한 다른 실시예의 구성을 설명하는 도면이다. 도4에서는, 배기 매니폴드(6)만을 상하방향의 중앙부 위치에서 수평방향으로 절단한 상태를 도면에 나타내고 있다.

도4(a)의 실시예에서는, 배기연락관(3)은 증발관(8)의 측방에 위치하고 있고, 증발관(8)의 길이방향과 직교하는 방향(도면에서 점선(C)로 나타낸 방향)과 배기연락관(3)의 설치방향이 이루는 각도(θ)는 예를 들면 30도로 되어 있다.

따라서 도4(a)와 같이 구성하는 경우에는, 배기연락관(3)으로부터 배출된 고온의 배기가스는, 배기 매니폴드(6) 내에 있어서 증발관(8)의 외측을 개방단(8b)측을 향하여 도면의 화살표(D)로 나타내는 방향으로 흐르기 때문에, 증발관(8)의 길이방향 전체를 가열하면서 배기 매니폴드(6) 내의 배기가 흐르게 되어 적합하다.

또한 배기연락관(3)을 증발관(8)의 개방단(8b)측으로 경사지게 하여 설치하는 구성을 채용하는 경우에, 또 배기연락관(3)의 배기구를 증발관(8)의 상방을 향하여 설치하였을 경우나, 예를 들면 도4(b)에 나타내는 바와 같이 배기연락관(3)을 증발관(8)의 상방의 위치까지 연장하였을 경우에는, 배기연락관(3)을 배기가스의 배출방향으로 연장한 범위 내에 증발관(8)이 존재하지 않는 방향으로 설치하는 구성도 겸비하게 된다.

따라서 예를 들면 도4(b)와 같이 구성하는 경우에는, 엔진(2)의 각 실린더의 배기포트(2a)에 설치된 배기밸브가 열리면, 배기연락관(3)으로부터 배기 매니폴드(6) 내로 배출된 고온의 배기가스는 증발관(8)의 외주를 나선 모양의 궤적을 그리면서 개방단(8b)측으로 인도되기 때문에, 증발관(8)의 전체 둘레 및 길이방향 전체를 효율적으로 가열할 수 있음과 아울러 배기 매니폴드(6) 내의 배기의 흐름도 양호하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 배기가스 정화장치는, 터보차저의 터빈 상류측의 배기통로에 탈초촉매장치를 구비한 배기가스 정화장치에 있어서, 배기 매니폴드의 내부에 일단이 배기통로와 접속되고 타방의 개방단이 배기 매니폴드 내로 개방된 증발관을 설치함과 아울러, 증발관 내를 통과하는 배기가스에 대하여 환원제 전구체 등의 수용액을 분무할 수 있는 노즐을 구비한 구성을 채용하였기 때문에, 종래의 장치보다 공간의 절약화가 도모된다. 부가하여 본 발명의 배기가스 정화장치는, 상기한 구성을 채용함으로써 증발관이 저온으로 되지 않기 때문에, 연료 중에 유황분이 많이 포함되는 경우에도 중간생성물의 흡착에 의한 탈초촉매장치의 성능 저하를 방지할 수 있다.

본 발명은, 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 각 청구항에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 적절하게 실시형태를 변경하더라도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들면 상기의 실시예에서는, 배기연락관(3)으로부터 배기 매니폴드(6) 내로 배출된 배기가스를 항상 탈초촉매장치(7)로 보내서 탈초처리하는 구성을 나타내었지만, 예를 들면 도5에 나타내는 바와 같이 SCR 촉매에 의한 탈초처리가 불필요할 때에는 탈초촉매장치(7)를 통하지 않고 직접 터보차저의 터빈(4a)측으로 배기하는 바이패스 경로(bypass 經路)(14)와, 배기의 경로를 절환(切換)하기 위한 절환밸브(切換valve)(13)를 구비한 구성으로 하더라도 좋다.

또한 상기의 실시예에서는, 증발관(8) 내의 배기가스에 노즐(9)로부터 환원제 전구체로서 요소수(9a)를 분무하는 구성을 개시하였지만, 환원제 전구체의 성분은 이것에 한정되지 않는다. 또한 고농도의 요소와 저농도의 암모니아의 혼합수용액이나 암모니아수를 사용하더라도 좋다.

본 발명에서는, 배기 매니폴드(6) 내의 증발관(8)은 배기연락관(3)으로부터 배출된 직후의 고온의 배기가스에 의하여 고온으로 가열되고 있기 때문에, 노즐(9)로부터 분무된 환원제, 환원제 전구체의 쌍방 또는 어느 일방을 포함하는 수용액은 어떠한 성분의 것을 사용한 경우에도 증발관(8)을 통과하는 사이에 확실하게 기화(氣化) 또는 가수분해(加水分解)된다. 또한 증발관(8) 내에서 발생한 암모니아 가스 등의 기화된 상태의 환원제는, NOx를 포함하는 배기가스와 함께 고온의 상태를 유지한 채 탈초촉매장치(7)에 공급할 수 있다.

또한 상기의 실시예에서는, 증발관(8)의 개방단(8b)의 근방에 노즐(9)을 설치하는 경우의 예를 개시하였지만, 노즐(9)을 설치하는 위치는 이것에 한정되지 않으며 예를 들면 증발관(8)의 중앙에 설치하더라도 좋다.

다만 노즐(9)은 증발관(8)의 개방단(8b) 근방에 설치하는 것이, 분무된 요소수(9a)가 고온의 증발관(8) 내를 통과하는 시간을 길게 확보할 수 있다는 점에서 유리하다. 또한 노즐(9)을 증발관(8)의 개방단(8b) 근방에 설치하면, 정류기(8c)나 스태틱 믹서(8d)를 설치하는 스페이스도 확보하기 쉽다.

본 발명의 배기가스 정화장치는, 선박용 디젤엔진뿐만 아니라 자동차용 디젤엔진의 배기계에도 적용할 수 있다.

1 : 배기가스 정화장치
2 : 엔진
2a : 배기포트
3 : 배기연락관
4 : 터보차저
4a : 터빈
5 : 배기통로
6 : 배기 매니폴드
7 : 탈초촉매장치
8 : 증발관
8a : 일단
8b : 개방단
9 : 노즐
9a : 요소수

Claims

엔진의 배기포트(排氣port)에 접속된 배기연락관(排氣連絡管)으로부터 배출된 배기가스를 집합시켜서 터보차저(turbo charger)의 터빈(turbine) 상류측의 배기통로로 인도하는 배기 매니폴드(排氣 manifold)와, 상기 배기통로에 설치된 탈초촉매장치(脫硝觸媒裝置)를 구비하고,
상기 배기 매니폴드의 내부에, 일단(一端)이 상기 배기통로와 접속되고 타방(他方)의 개방단(開放端)이 상기 배기 매니폴드 내로 개방된 증발관(蒸發管)을 설치함과 아울러, 상기 증발관 내를 통과하는 배기가스에 대하여 환원제(還元劑), 환원제 전구체(還元劑前驅體)의 쌍방 또는 어느 일방을 포함하는 수용액을 분무할 수 있는 노즐(nozzle)을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치(排氣gas 淨化裝置).
제1항에 있어서,
상기 배기연락관은, 상기 배기연락관을 배기가스의 배출방향으로 연장한 범위 내에 상기 증발관이 존재하지 않는 방향으로 설치하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 배기연락관은, 상기 증발관의 길이방향과 직교하는 방향보다 상기 개방단측으로 경사지게 하여 설치하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.