KR102010198B1 - 선박의 배기가스 정화 장치 - Google Patents

선박의 배기가스 정화 장치 Download PDF

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테츠야 요코야마
야스유키 타카하타
?지 하마오카
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Abstract

본원발명은 환원 작용(탈질산 작용)의 효율 저하를 억제할 수 있는 배기가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원발명에 관한 선박(1)의 배기가스 정화 장치는 선박(1) 탑재용 엔진(25)의 배기 경로(30)로서, 외부로 연통하는 메인 경로(31)와 메인 경로(31)의 중도부로부터 분기된 바이패스 경로(32)를 구비한다. 배기가스 이동방향 상류측으로부터 하류측까지 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)를 구획하는 칸막이판(40)을 배기가스 이동방향을 따라 이어 설치하고 있다. 칸막이판(40)의 하류측 단부가 정화 케이싱(33)의 배기 유출구(49)와 메인 경로(31)의 배기 출구 사이를 통과하도록 설치됨과 아울러 개구부(401)가 형성되어서, 역류 방지판(400)을 구성했다.

Description

선박의 배기가스 정화 장치
본원발명은 선박 탑재용 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 유해 성분을 제거하는 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 탱커나 수송선 등의 선박에 있어서는 각종 보조 기계, 하역장치, 조명, 공조, 그 외의 기기류가 소비하는 전력량이 방대하고, 이들 전기계통에 전력을 공급하기 위해서, 디젤 엔진과 상기 디젤 엔진의 구동에 의해 발전하는 발전기를 조합하여 이루어지는 디젤 발전기를 구비하고 있다(예를 들면 특허문헌 1등 참조). 디젤 엔진은 내연 기관 중에서 가장 에너지 효율이 높은 것 중 하나인 것이 알려져 있고, 단위 출력당 배기가스에 포함되는 이산화탄소량이 적다. 더욱이, 예를 들면 중유와 같은 저질의 연료를 사용할 수 있기 때문에 경제적으로도 우수하다고 하는 이점이 있다.
디젤 엔진의 배기가스 중에는 이산화탄소 이외에, 질소산화물, 황산화물 및 입자상 물질 등도 많이 포함되어 있다. 특히 질소산화물(이하, NOx라고 함)은 인체에 유해하고 또한 강한 산성을 나타내는 것으로, 산성비의 원인이라고도 생각되고 있다. 따라서, 예를 들면 선박과 같이 디젤 발전기를 구동시키는 기계에서는 NOx의 배출량이 매우 많아서 지구 환경에 부여하는 부담이 크다고 해석된다.
NOx를 대폭 정화하는 후처리의 수단으로서는 환원제로 요소를 사용한 선택 촉매 환원법(이하, SCR법이라고 함)이 일반화되어 있다(특허문헌 2 및 3 등 참조). SCR법에서는 일반적으로 Ti 등의 산화물의 담체에 V나 Cr 등의 활성 성분을 담지시킨 재료로 이루어지는 허니콤 구조의 NOx 촉매를 사용하고 있다. NOx 촉매의 상류측에 환원제 수용액으로서의 요소수를 분무하면, 요소수가 배기가스의 열에 의해 열분해 및 가수분해되어서 암모니아가 생성되고, 암모니아가 환원제로서 NOx에 작용하여 NOx를 무해한 질소와 물과로 분해한다. 그리고, 특허문헌 2에서는 NOx 촉매에 의한 환원 작용의 효율을 향상시키기 위해서, 배기가스와 요소수를 혼합하는 혼합기(배기 믹서)가 설치된 배기가스 정화 장치가 제안되어 있다.
또한, 지구 환경을 배려하면, 배기가스 중의 NOx를 가급적으로 제거하는 것이 필요해서, 공해 영해를 막론하고 일률적으로 규제하는 것이 바람직하지만, 현 상황에서는 디젤 엔진에 관한 고차의 배기가스 규제가 적용됨에 따라 NOx에 관해서 규제해역을 형성할 예정으로 되어 있다. 상술한 바와 같이, NOx 촉매는 허니콤 구조이기 때문에, 배기가스 중의 매연이나 미립자에 의해 폐쇄될 우려가 있다. 또한, NOx 촉매는 배기가스 중의 황 성분이나 이것으로부터 유래하는 생성물에 의해 성능이 열화된다. NOx 촉매의 수명을 가급적으로 연장시키고, 런닝 코스트 저감과 규제해역에서의 확실한 규제 준수를 도모하기 위해서는 규제해역 외의 항행 중에는 NOx 촉매를 배기가스에 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
그래서, 특허문헌 3에서는 엔진의 배기 경로 중에 NOx 촉매를 수용하는 정화 케이싱을 설치함과 아울러, NOx 촉매를 통과시키지 않고 배기가스를 우회시키는 바이패스 경로를 정화 케이싱 내에 배치시키는 배기가스 정화 장치가 제안되어 있다. 이 경우, 규제해역 내의 항행 중에는 배기가스를 정화 케이싱 내의 NOx 촉매측으로 보내고, 규제해역 외의 항행 중에는 배기가스를 정화 케이싱 내의 바이패스 경로측으로 보낸다.
일본 특허공개 2006-341742호 공보 일본 특허공개 2015-075042호 공보 일본 특허 제5129400호 공보
배기가스 이동방향 상류측에서 요소수 노즐로부터 분사된 요소수를 배기가스 이동방향 하류측의 배기 믹서로 배기가스를 혼합하는 구성으로 했을 때, 요소수를 충분히 확산시키기 위해서, 요소수 노즐과 배기 믹서의 거리가 어느 정도 필요로 된다. 요소수 노즐이 배기 믹서에 지나치게 가까운 경우, 요소수가 충분히 확산되어 있지 않기 때문에, 배기 믹서에 대해서 국소적으로 요소수가 집중함으로써, 배기 믹서의 부분적인 온도 저하를 초래하여 요소 석출이 발생한다. 그리고, 요소수가 충분히 확산되지 않으면, 환원 작용(탈질산 작용)의 효율도 저하해버린다. 한편, 요소수 노즐과 배기 믹서의 거리를 확보하기 위해서, 배기관을 길게 한 경우에는 배기가스 정화 장치의 대형화로 이어진다.
또한, 정화 케이싱 내에 바이패스 경로를 구성했을 경우, 정화 케이싱 하류측에 탈질산 작용을 행하는 NOx 촉매를 갖는 메인 경로와 바이패스 경로를 합류시키는 합류실을 설치하고 있다. 그 때문에, 바이패스 경로에 배기가스를 통과시켰을 때, 정화 케이싱 내에 있어서 바이패스 경로를 통과한 배기가스가 합류실을 통해서 메인 경로 내로 유입되고 NOx 촉매로 역류되어 버린다. 이것에 의해, NOx 촉매의 탈질산 성능이 저하한다.
본원발명은 상기와 같은 현 상황을 검토해서 개선을 실시한 선박의 배기가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본원발명의 선박의 배기가스 정화 장치는 선박 탑재용 엔진의 배기 경로에 있어서 촉매를 설치한 메인 경로와, 상기 메인 경로의 중도부로부터 분기된 바이패스 경로를 정화 케이싱 내에 설치함과 아울러, 상기 메인 경로 및 상기 바이패스 경로의 배기가스 이동방향 하류측을 합류시켜서 상기 정화 케이싱 외부로 배기시키는 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 정화 케이싱 내에 있어서 배기가스 이동방향 상류측으로부터 하류측까지 상기 메인 경로와 상기 바이패스 경로를 구획하는 칸막이판을 배기가스 이동방향을 따라 이어 설치하고 있고, 상기 칸막이판의 하류측 단부가 상기 정화 케이싱의 배기 유출구와 상기 메인 경로의 배기 출구 사이를 통과하도록 설치됨과 아울러 개구부가 형성되어 역류 방지판을 구성했다고 하는 것이다.
상기 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 역류 방지판은 상기 개구부를 다공 형상으로 형성한 다공판으로 구성되어 있는 것으로 해도 좋다. 이때, 상기 개구부가 상기 역류 방지판 내측의 일부에 설치되어 있는 것으로 해도 좋다.
또한, 상기 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기 유출구가 상기 메인 경로측에 형성되어 있는 것으로 해도 좋고, 상기 배기 유출구가 상기 바이패스 경로측에 설치되어 있는 것으로 해도 좋다.
또한, 상기 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 메인 경로에 있어서 배기가스에 환원제를 공급하는 환원제 공급 장치의 환원제 분사체가 상기 촉매보다 배기가스 이동방향 상류측에 배치되어 있고, 상기 배기가스가 상기 바이패스 경로를 통과하고 있을 때 상기 환원제 분사체에 냉각 공기가 공급되는 것으로 해도 좋다.
상기 배기가스 정화 장치에 있어서, 선박 탑재용인 엔진의 배기관 내를 통과하는 배기가스에 환원제를 공급하는 환원제 공급 장치의 환원제 분사체와, 상기 환원제 분사체의 배기가스 이동방향 하류측에서 배기가스와 환원제를 혼합시키는 배기 믹서와, 상기 배기 믹서의 배기가스 이동방향 하류측에서 상기 엔진의 배기가스 중에 있는 NOx의 환원을 촉진하는 선택 촉매 환원 장치를 구비한 배기가스 정화 장치로서, 복수의 상기 환원제 분사체를 갖고 있고, 상기 환원제 분사체의 분사구가 상기 배기관의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있는 것으로 함으로써, 복수의 환원제 분사체에 의해 환원제를 분산시켜서 분사함으로써 환원제를 확산해서 분사할 수 있는 데다가, 하류측의 배기 믹서로 환원제를 더욱 배기관 내에서 분산시킬 수 있다. 따라서, 배기 믹서를 통과한 배기가스와 환원제를 충분하게 혼합할 수 있기 때문에, 촉매에 있어서의 환원 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 배기 믹서가 상기 배기관의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치된 복수의 혼합핀을 구비하고 있고, 상기 배기관의 둘레방향을 따라 상기 환원제 분사체의 분사구의 설치 위치를 상기 혼합핀의 설치 위치와 동기시킨 것으로 함으로써 환원제 분사체가 분사구보다 하류측을 향해서 환원제를 분사시켰을 때, 배기 믹서의 혼합핀을 향해서 환원제를 분사시킬 수 있다. 따라서, 복수의 환원제 분사체에 의해 환원제를 분산해서 분사함으로써 환원제를 확산해서 분사할 수 있는 데다가, 분사 후의 환원제가 혼합핀에 닿음으로써 더욱 분산된다. 그 때문에, 배기 믹서에 있어서의 환원제의 분포량을 균일화할 수 있어서, 배기가스와 요소수의 혼합 효율을 높임과 아울러, 배기 믹서에 있어서의 부분적인 온도 저하를 억제하여 촉매에 있어서의 환원 효율을 높인다.
상기 배기가스 정화 장치에 있어서, 상기 환원제 분사체의 분사구가 배기가스 이동방향을 따른 직선 상에서 상기 혼합핀의 상류측 선단과 겹치는 위치에 배치되어 있는 것으로 해도 좋다. 또한, 환원제 분사체의 분사구가 상기 배기관의 중심과 내주면 사이가 되는 중앙 영역에 배치되어 있는 것으로 해도 좋다.
본원발명에 의하면, 바이패스 경로를 통과한 배기가스는 역류 방지판을 따라 배기 유출구 유도되어서 정화 케이싱으로부터 배기된다. 그리고, 역류 방지판이 메인 경로의 하류 출구측과 배기 유출구 사이에 형성되어 있기 때문에, 바이패스 경로를 통과한 배기가스의 메인 경로로의 유입이 억제된다. 따라서, 정화 케이싱 내의 NOx 촉매의 탈질산 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본원발명에 의하면, 역류 방지판은 그 내측에 개구부를 형성하고 있고, 개구부를 통해서 메인 경로의 출구측이 배기 유출구와 연통한다. 이와 같이 개구부를 구성함으로써, 메인 경로의 출구측에 있어서 역류 방지판에 의한 압력 저항을 저감할 수 있기 때문에, 메인 경로에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다.
도 1은 선박의 전체 측면도이다.
도 2는 도 1의 II-II에서 볼 때의 정면 단면도이다.
도 3은 복합 케이싱의 정면도이다.
도 4는 복합 케이싱의 측면도이다.
도 5는 복합 케이싱의 배면도이다.
도 6은 복합 케이싱의 측면도이다.
도 7은 복합 케이싱의 출구부 단면도이다.
도 8은 배기 믹서의 내부 구조를 나타내는 단면 사시도이다.
도 9는 배기 믹서를 배기가스 이동방향 상류측에서 본 정면도이다.
도 10은 배기 믹서의 측면 단면도이다.
도 11은 배기 믹서로부터 복합 케이싱을 향하는 배기가스 흐름을 설명하는 측면 단면도이다.
도 12는 다른 구성으로 이루어진 배기 믹서의 내부 구조를 나타내는 단면 사시도이다.
도 13은 스위칭 밸브를 작동시키는 유체 유통 배관의 회로도이다.
도 14는 배기 경로의 스위칭 동작을 설명하는 개략도이다.
도 15는 요소수 분사 노즐과 배기 믹서의 관계를 나타내는 배기가스 이동방향 상류측에서 본 정면도이다.
도 16는 요소수 분사 노즐과 배기 믹서의 관계를 나타내는 측면 단면도이다.
도 17은 요소수 분사 노즐과 배기 믹서의 다른 배치예를 나타내는 배기가스 이동방향 상류측에서 본 개략 정면도이다.
도 18은 제 1 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 19는 제 2 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 20은 제 2 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성의 다른 구성을 나타내는 사시도이다.
도 21은 제 3 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 22는 제 4 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 23은 제 4 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성의 다른 구성을 나타내는 사시도이다.
도 24는 제 4 실시형태에 있어서의 복합 케이싱의 내부 구성의 다른 구성을 나타내는 사시도이다.
이하에, 본원발명을 구체화한 실시형태를 선박에 탑재된 디젤 발전기에 적용했을 경우의 도면에 의거하여 설명한다.
(선박의 개요)
우선 처음에, 도 1을 참조하면서 제 1 실시형태에 있어서의 선박(1)의 개요 에 대해서 설명한다. 제 1 실시형태의 선박(1)은 선체(2)와, 선체(2)의 선미측에 설치한 캐빈(3)(선교)과, 캐빈(3)의 후방에 배치한 펀넬(4)(굴뚝)과, 선체(2)의 후방 하부에 설치한 프로펠러(5) 및 키(6)를 구비하고 있다. 이 경우, 선미측의 선저(7)에 스케그(8)를 일체 형성하고 있다. 스케그(8)에는 프로펠러(5)를 회전 구동시키는 추진축(9)을 축지지하고 있다. 선체(2) 내의 선수측 및 중앙부에는 화물창(10)을 설치하고 있다. 선체(2) 내의 선미측에는 기관실(11)을 설치하고 있다.
기관실(11)에는 프로펠러(5)의 구동원인 주엔진(21)(제 1 실시형태에서는 디젤 엔진) 및 감속기(22)와, 선체(2) 내의 전기계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치(23)를 배치하고 있다. 주엔진(21)으로부터 감속기(22)를 경유한 회전 이동력에 의해 프로펠러(5)가 회전 구동한다. 기관실(11)의 내부는 상갑판(13), 제 2 갑판(14), 제 3 갑판(15) 및 내저판(16)에 의해 상하로 구획되어 있다. 제 1 실시형태에서는 기관실(11) 최하단의 내저판(16) 상에 주엔진(21) 및 감속기(22)를 설치하고, 기관실(11) 중단의 제 3 갑판(15) 상에 발전 장치(23)를 설치하고 있다. 또한, 상세한 도시는 생략하지만, 화물창(10)은 복수의 구획으로 분할되어 있다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 발전 장치(23)는 디젤 발전기(24)를 복수기(제 1 실시형태에서는 3대) 구비한 것이다. 디젤 발전기(24)는 발전용 엔진(25)(제 1 실시형태에서는 디젤 엔진)과, 발전용 엔진(25)의 구동에 의해 발전하는 발전기(26)를 조합시켜서 구성된다. 디젤 발전기(24)는 기본적으로 선체(2) 내의 필요 전력량에 대응해서 효율적으로 가동하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 대량의 전력을 소비하는 출입항시 등에는 복수의 디젤 발전기(24)를 가동시키고, 비교적 전력 소비가 적은 정박시 등에는 임의의 대수의 디젤 발전기(24)를 가동시킨다. 각 발전기(26)의 작동에 의해 생성된 발전 전력은 선체(2) 내의 전기계통에 공급된다. 상세한 도시는 생략하지만, 전력 트랜스듀서가 각 발전기(26)에 전기적으로 접속되어 있다. 전력 트랜스듀서는 각 발전기(26)에 의한 발전 전력을 검출하는 것이다.
(발전 장치의 배기계통)
다음에, 도 2∼도 7을 참조하면서, 발전 장치(23)의 배기 계통에 대해서 설명한다. 각 발전용 엔진(25)에는 공기 도입용 흡기 경로(도시 생략)와 배기가스 배출용 배기 경로(30)가 접속되어 있다. 흡기 경로를 통해서 도입된 공기는 발전용 엔진(25)의 각 기통 내(흡기 행정의 기통 내)로 보내진다. 각 기통의 압축 행정 완료시에, 연료 탱크로부터 빨아올린 연료를 연료 분사 장치에 의해 기통마다의 연소실 내로 압송하고, 각 연소실에 의해 혼합기의 자기 착화 연소에 따른 팽창 행정이 행해진다.
각 발전용 엔진(25)의 배기 경로(30)는 펀넬(4)까지 연장되어 있고 외부로 직접 연통하고 있다. 상술한 바와 같이, 발전용 엔진(25)은 3기가 있기 때문에, 배기 경로(30)는 3개가 존재하다. 각 발전용 엔진(25)의 배기 경로(30)는 펀넬(4)까지 연장된 메인 경로(31)와, 메인 경로(31)의 중도부로부터 분기된 바이패스 경로(32)와, 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)의 양방으로 연통하는 복합 케이싱(정화 케이싱)(33)을 구비하고 있다. 즉, 제 1 실시형태에서는 발전용 엔진(25)을 복수기 탑재하고, 각 발전용 엔진(25)에 대해서 메인 경로(31), 바이패스 경로(32) 및 복합 케이싱(33) 등으로 이루어지는 배기가스 정화 시스템을 1대1 대응시키고 있다.
복합 케이싱(33)은 내열 금속 재료제로 대략 통 형상(제 1 실시형태에서는 각통 형상)으로 구성하고 있고, 각 발전용 엔진(25)을 배치한 제 3 갑판(15)보다 상방에 배치하고 있다. 이 경우, 복합 케이싱(33)은 기관실(11)의 상부측(기관실(11) 상단의 제 2 갑판(14) 상)에 위치하고 있다. 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측에는 발전용 엔진(25)의 배기가스 중에 있는 NOx의 환원을 촉진하는 선택 촉매 환원 장치로서의 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)(상세는 후술함)를 수용하고 있다. 바이패스 경로(32)는 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 통과하지 않고 배기가스를 우회시키기 위한 경로이다. 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)(슬립 처리 촉매(35)보다 배기가스 이동방향 하류측(이하, 단지 하류측이라고 함))에서는 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)를 합류시키고 있다. 또한, 선택 촉매 환원 장치로서는 슬립 처리 촉매(35)를 없애고 NOx 촉매(34)만으로 한 것이어도 좋다.
복합 케이싱(33) 밖에 있는 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)의 분기부에는 배기가스 이동방향을 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)로 스위칭하는 경로 스위칭 부재로서 유체 작동식 스위칭 밸브인 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 설치하고 있다. 본 실시형태의 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 단작동식 스위칭 밸브에 의해 구성하고 있다. 유체 작동식 단작동 스위칭 밸브의 일례로서, 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 공기 작동식 버터플라이 밸브에 의해 구성하는 것이 고려된다. 그리고, 메인측 스위칭 밸브(37)는 메인 경로(31)에 있어서의 복합 케이싱(33)에의 입구측에 설치하고 있다. 또한, 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 바이패스 경로(32)에 있어서의 복합 케이싱(33)에의 입구측에 설치하고 있다.
다음에, 도 3∼도 7을 참조하면서, 복합 케이싱(33)의 구조에 관하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 복합 케이싱(33)은 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)의 양방으로 연통하고 있다. 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측은 배기가스 이동방향 상류측(이하, 단지 상류측이라고 함)으로부터 순차로 배기가스 중의 NOx의 환원을 촉진시키는 NOx 촉매(34)와, 여분에 공급된 환원제(요소수(요소수용액), 보다 상세하게는 가수분해 후의 암모니아)의 산화 처리를 촉진시키는 슬립 처리 촉매(35)를 직렬로 나란히 수용하고 있다. 각 촉매(34, 35)는 다공질의(여과가능한) 분리벽으로 구획된 다수개의 셀로 이루어지는 허니콤 구조로 되어 있고, 예를 들면 알루미나, 지르코니아, 바나디아/티타니아 또는 제올라이트 등의 촉매 금속을 갖고 있다.
NOx 촉매(34)는 후술하는 요소수 분사 노즐(61)로부터의 요소수의 가수분해에 의해 생성된 암모니아를 환원제로 해서 배기가스 중의 NOx를 선택 환원함으로써, 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측으로 보내진 배기가스를 정화한다. 또한, 슬립 처리 촉매(35)는 NOx 촉매(34)로부터 유출된 미반응(잉여) 암모니아를 산화해서 무해한 질소로 한다. 이 경우, 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측에서는 하기의 반응식:
(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (가수분해)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (NOx 촉매(34)에서의 반응)
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (슬립 처리 촉매(35)에서의 반응)이 생성된다.
도 7에 상세하게 나타나 있는 바와 같이, 복합 케이싱(33) 내에는 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)의 양방을 나란히 설치하고 있다. 이 경우, 복합 케이싱(33) 내에는 배기가스 이동방향을 따라 연장되는 칸막이판(40)을 배치하고 있다. 칸막이판(40)의 존재에 의해, 복합 케이싱(33) 내를 메인 경로(31)측과 바이패스 경로(32)측으로 구획하고 있다. 칸막이판(40)으로 복합 케이싱(33) 내를 구획함으로써, 배기가스가 바이패스 경로(32)를 통과할 때에 배기가스의 열을 이용하여 메인 경로(31)측에 있는 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 난기하는 것이 가능하다. 이 때문에, 배기가스를 정화할 것인지의 여부에 상관없이, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 상시 난기할 수 있다. 메인 경로(31)를 배기가스가 통과할 때에는 난기 운전의 단축에 기여하고, 경우에 따라서는 난기 운전이 불필요하게 된다.
복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측의 배기 입구부(41)는 상류측을 향함에 따라서 단면적이 축소되는 끝이 좁아지는 테이퍼 형상(추 형상)으로 형성하고 있다. 이에 대하여, 칸막이판(40)의 하류측 단부(400)는 복합 케이싱(33) 중 슬립 처리 촉매(35)보다 하류측에 있는 배기 출구부(42)까지 이어 설치되어 있고, 개구부(401)가 형성되어 있다. 이 때문에, 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)에 있어서, 메인 경로(31)측과 바이패스 경로(32)측이 합류한다.
복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)는 하류측 단부에 유출구(배기 유출구)(49)를 갖고, 이 유출구(49)에 배기 배출관(60)이 연통된다. 또한, 배기 출구부(42)는 하류측의 유출구(49)를 향해서 단면적이 축소되는 끝이 좁아지는 테이퍼 형상(추 형상)을 갖고 있고, 유출구(49)가 복합 케이싱(33)의 하류측 단부의 중심위치에 형성되어 있다. 즉, 복합 케이싱(33)에 있어서, 유출구(49)는 메인 경로(31)의 배기측과 겹치는 위치에 형성되어 있다.
칸막이판(40)의 하류측 단부(400)는 메인 경로(31)의 출구측을 차폐하는 위치에 이어 설치되고 복합 케이싱(33)의 내벽면에 고착되어 있다. 이 칸막이판(40)의 하류측 단부(400)는 바이패스 경로(32)로부터 배기 출구부(42)로 유출된 배기가스가 메인 경로(31)로 유입되는 것을 방지하는 역류 방지판으로서 설치되어 있다(이하, 칸막이판(40)의 하류측 단부(400)를 역류 방지판(400)이라고 칭함). 역류 방지판(400)은 메인 경로(31) 및 바이패스 경로(32)의 경계 위치이며 슬립 처리 촉매(35) 하류측이 되는 위치로부터, 유출구(49)의 둘레 가장자리이며 바이패스 경로(32)로부터 떨어진 위치를 향해서 이어 설치되어 있다. 그리고, 역류 방지판(400)이 개구부(401)를 구비함으로써, 배기 출구부(42)에 있어서 메인 경로(31)측과 바이패스 경로(32)측을 합류시킨다.
메인 경로(31)를 통과한 배기가스는 역류 방지판(400)의 개구부(401)를 통해서 배기 출구부(42)의 유출구(49)에 도달하고, 정화된 배기가스가 배기 배출관(60)으로부터 배기된다. 한편, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스는 역류 방지판(400)에 의해 안내되어서 배기 출구부(42)의 유출구(49)에 도달함으로써, 메인 경로(31)로의 유입양(메인 경로(31)로 역류하는 배기가스 유량)이 저감되고, 그 대부분이 배기 배출관(60)으로부터 배기된다. 따라서, 바이패스 경로(32)의 사용시에 있어서의 메인 경로(31) 내의 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)의 열화를 억제할 수 있다.
복합 케이싱(33)의 일측면에는 분기체로서의 분기 노즐(43)을 복수개 설치하고 있다. 각 분기 노즐(43)에 의해, 기체 공급원(도시 생략)으로부터의 압축 기체(공기)를 NOx 촉매(34)나 슬립 처리 촉매(35)를 향해서 블로잉한다. 분기 노즐(43)의 작용에 의해, 사용 중에 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측에 괴인 매진을 강제적으로 제거할 수 있다.
복합 케이싱(33)의 배기 입구부(41) 전면측에는 메인측 유입구와 바이패스측 유입구를 형성하고 있다. 메인측 유입구가 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측으로 연통하고, 바이패스측 유입구가 복합 케이싱(33) 내의 바이패스 경로(32)측으로 연통하고 있다. 복합 케이싱(33)의 배기 입구부(41)의 전방부 외면측에는 메인측 유입구로 연통하는 메인측 도입관(51)과, 바이패스측 유입구로 연통하는 바이패스측 도입관(52)을 설치하고 있다. 메인측 도입관(51)과 바이패스측 도입관(52)은 각각 중계관(55, 56)을 통해서 두 갈래 배관(53)에 연결되어 있다. 이 경우, 두 갈래 배관(53)의 메인측 출구부(57)에 플랜지를 통해서 메인측 중계관(55)의 입구측을 체결하고 있다. 메인측 중계관(55)의 타단측은 메인측 도입관(51)으로 연통하여 있다. 두 갈래 배관(53)의 바이패스측 출구부(58)에는 플랜지를 통해서 바이패스측 중계관(56)의 입구측을 체결하고 있다. 바이패스측 중계관(56)의 출구측은 길이 조절용인 주름상자 구조의 조절관(69)을 통해서 바이패스측 도입관(52)을 체결하고 있다.
상세한 도시는 생략하지만, 두 갈래 배관(53)의 입구부(59)는 메인 경로(31)의 상류측에 플랜지를 통해서 연결되어 있다. 두 갈래 배관(53)은 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)의 분기부에 상당한다. 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측으로 연통하는 두 갈래 배관(53)의 메인측 출구부(57) 내에 메인측 스위칭 밸브(37)를 설치하고 있다. 복합 케이싱(33) 내의 바이패스 경로(32)측으로 연통하는 두 갈래 배관(53)의 바이패스측 출구부(58) 내에 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 설치하고 있다. 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42) 후면측에 유출구(49)를 메인 경로(31)측에 가깝게 형성하고 있다. 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)의 후방부 외면측에 유출구(49)로 연통하는 배기 배출관(60)을 설치하고 있다. 배기 배출관(60)은 메인 경로(31)의 하류측에 플랜지를 통해서 연결되어 있다.
메인 경로(31) 중 메인측 스위칭 밸브(37)와 복합 케이싱(33)에 연결한 메인측 도입관(51) 사이에는 상류측으로부터 순차로 배기가스에 환원제인 요소수를 분사하는 요소수 분사 노즐(61)과, 배기가스와 요소수를 혼합시키는 배기 믹서(62)를 배치하고 있다. 메인측 중계관(55)에 복수 개의 요소수 분사 노즐(61)(제 1 실시형태에서는 2개)을 구비하고 있다. 요소수 분사 노즐(61)로부터 메인측 중계관(55) 내로 요소수를 안개상으로 분사하도록 구성하고 있다.
메인측 중계관(55)과 메인측 도입관(51) 사이에 배기 믹서(62)를 설치하고 있다. 배기 믹서(62)는 메인측 중계관(55)에 설치한 요소수 분사 노즐(61)로부터 소정 거리만큼 하류측에 위치하고 있다. 이 경우의 소정 거리는 요소수 분사 노즐(61)로부터 분사한 요소수를 메인측 중계관(55) 내에서 암모니아로 가수분해시키기 위해서 필요한 거리이다. 도 8∼도 11에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 실시형태의 배기 믹서(62)는 메인측 중계관(55) 및 메인측 도입관(51)과 동일 내경으로 형성한 통 형상의 믹서 관체(71)와, 믹서 관체(71)의 내주측에 설치한 복수 매의 혼합핀(72)(제 1 실시형태에서는 4매)과, 믹서 관체(71)의 축심에 위치하는 축심체(73)를 구비하고 있고, 혼합핀(72)군 및 축심체(73)에 의해 배기 믹서(62)를 통과하는 배기가스 및 안개상의 요소수에 선회류를 발생시키도록 구성하고 있다.
각 혼합핀(72)은 배기가스의 흐름을 선회류로 하기 위한 부재이며, 믹서 관체(71) 중심으로부터 믹서 관체(71)의 내주면을 향해서 방사 형상으로 배치하고 있다. 이 경우, 각 혼합핀(72)의 반경 방향 내측의 측단면을 축심체(73)에 고착하고, 각 혼합핀(72)의 반경방향 외측의 측단면을 믹서 관체(71)의 내주면에 고착하고 있다. 각 혼합핀(72)은 믹서 관체(71)의 원주방향을 따라 등각도마다 위치하고 있다(축심체(73)를 중심으로 하는 점대칭 형상으로 위치하고 있다). 또한, 혼합핀(72)의 매수는 제 1 실시형태의 4매에 한정되는 것은 아니다.
각 혼합핀(72)의 상류측과 하류측은 배기가스 이동방향(믹서 관체(71) 등의 축심방향)에 대하여 각각 소정 각도를 이루도록 구성하고 있다. 즉, 각 혼합핀(72)은 배기가스 이동방향의 중도부에서 굴곡져 있다. 이 경우, 배기가스 이동방향에 대한 상류측 핀판부(72a)의 각도를 경사각(θ1)으로 하고, 배기가스 이동방향에 대한 하류측 핀판부(72b)의 각도를 경사각(θ2)으로 하도록, 각 혼합핀(72)을 굴곡시키고 있다. 하류측 핀판부(72b)의 경사각(θ2)을 상류측 핀판부(72a)의 경사각(θ1)보다 크게 설정하고 있다. 즉, 각 핀판부(72a, 72b)의 경사각(θ1, θ2)은 상류측보다 하류측 쪽이 커지고 있다. 환언하면, 각 핀판부(72a ,72b)의 경사각(θ1, θ2)은 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라서 연속적 또는 단계적으로 커지고 있다.
각 혼합핀(72)의 반경방향 내측의 측단면을 지지하는 축심체(73)의 상류측 선단부는 상류측을 향함에 따라서 단면적이 축소되는 끝이 좁아지는 테이퍼 형상(추 형상)으로 형성되어 있다. 또한, 축심체(73)의 하류측 기단부는 하류측을 향함에 따라서 단면적이 축소되는 끝이 좁아지는 테이퍼 형상(추 형상)으로 형성되어 있다. 이 때문에, 믹서 관체(71)의 축심 부근으로 유입되는 배기가스는 축심체(73)의 테이퍼 형상의 상류측 선단부에 의해 반경방향 외측의 각 혼합핀(72)을 향해서 안내된다.
본 실시형태에서는 배기 믹서(62)를 축심체(73)에 혼합핀(72)을 고착시킨 구성으로 했지만, 도 12과 같이 축심체(73)를 구비하지 않는 구성으로 해도 상관없다. 즉, 봉 형상으로 되는 복수의 지지 스테이(73x)(본 실시형태에서는 2개)를 서로 교차시켜서 고착시킴과 아울러, 지지 스테이(73x)의 교차 위치가 믹서 관체(71) 중심이 되도록 지지 스테이(73x)를 배치한다. 그리고, 각 지지 스테이(73x)에는 지지 스테이(73x)끼리의 교차 위치를 중심으로 해서 2매 혼합핀(72)이 고착되어 있다. 혼합핀(72)의 상류측 선단은 믹서 관체(71) 중심으로부터 믹서 관체(71) 내주면을 향해서 중도부까지 상류측으로 신장된 후에 믹서 관체(71) 개구면과 평행해지도록 굴곡시킨 가장자리변으로 구성되어 있다.
요소수 분사 노즐(61)은 메인 경로(31)(메인측 중계관(55)) 단면에 있어서 하류측의 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)과 겹치는 위치에 요소수 분사구(611)를 배치하고 있다. 요소수 분사 노즐(61)의 요소수 분사구(611)는 메인 경로(31)(메인측 중계관(55))의 둘레방향을 따라 등간격(등각도)으로 배치되어 있다. 요소수 분사 노즐(61)은 혼합핀(72)의 매수의 약수가 되는 개수만큼 설치되어 있고, 각각의 요소수 분사구(611)가 메인 경로(31)(메인측 중계관(55) 및 믹서 관체(71))의 둘레방향을 따라 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)의 설치 위치에 동기하는 위치에 배치된다. 또한, 요소수 분사 노즐(61)의 개수는 제 1 실시형태의 2개에 한정되는 것은 아니다.
(배기 경로 스위칭 동작)
각 배기 경로(30)에 있어서의 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)에는 각각을 개폐하는 개폐 부재로서, 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)가 설치되어 있다(실시형태에서는 3조, 계 6개). 이들 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 배기가스가 통과하는 경로를 선택하기 위해서 일방을 개방하면 타방을 폐쇄한다고 하는 관계로 되어 있다. 또한, 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 규제해역 등에 따라 개폐시키도록 구성되어 있다.
바이패스측 스위칭 밸브(38)를 폐쇄하고 메인측 스위칭 밸브(37)를 개방한 상태에서는, 팽창 행정 후의 배기 행정에 있어서 복수대의 발전용 엔진(25)으로부터 각 메인 경로(31)에 보내진 배기가스가 각 메인 경로(31)를 경유하고, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 경유해서 정화 처리가 된 후, 선박(1) 밖으로 방출된다. 메인측 스위칭 밸브(37)를 페쇄하고 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 개방한 상태에서는, 배기가스가 각 바이패스 경로(32)를 경유하고(NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 통과하지 않고), 직접 선박(1) 밖으로 방출된다.
이렇게, 각 배기 경로(30)에 있어서의 메인 경로(31)와 바이패스 경로(32)에, 각 배기로(31, 32)를 개폐하는 개폐 부재로서의 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)가 설치되어 있으면, 예를 들면 규제해역 내의 항행시와 규제해역 외의 항행시와 같이, 배기가스의 정화 처리가 필요할 경우와 불필요한 경우에 있어서, 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)의 개폐 상태를 스위칭하는 것만으로, 배기가스가 통과하는 경로를 적당하게 선택할 수 있다. 따라서, 배기가스의 효율적인 처리가 가능해진다. 또한, 예를 들면 배기가스의 정화 처리가 불필요한 경우에는 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 피해서 외부로 직접 연통하는 바이패스 경로(32)측으로 배기가스를 유도할 수 있다. 이 때문에, 배기 효율이 좋은 상태를 유지할 수 있어서, 각 발전용 엔진(25)의 출력 저하의 회피가 가능해진다. 또한, 배기가스의 정화 처리가 불필요한 경우에는 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)가 배기가스에 노출되지 않기 때문에, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)의 수명 연장에도 기여하는 것이다.
정지 중인 발전용 엔진(25)에 대한 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 적어도 바이패스 경로(32)측의 바이패스측 스위칭 밸브(38)가 폐쇄되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 정지 중인 발전용 엔진(25)을 향해서 다른 엔진으로부터 배출된 배기가스가 역류하는 것을 간단하고 또한 확실하게 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 유체 작동식의 것이고, 유체의 공급이 없는 경우에는 개방 상태로 유지되는(노멀리 오픈 형식) 것이다. 그리고, 각각 단작동형의 공기압식 실린더에 의해 구성 된 메인측 스위칭 밸브(37)를 스위칭 구동시키는 메인측 밸브 구동기(67)와, 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 스위칭 구동시키는 바이패스측 밸브 구동기(68)가 설치되어 있다. 메인측 밸브 구동기(67)는 메인측 중계관(55)의 외주측에 메인측 중계관(55)의 길이 방향을 따라 병렬 형상으로 나란히 형성되어 있다. 바이패스측 밸브 구동기(68)는 바이패스측 중계관(56)의 외주측에 바이패스측 중계관(56)의 길이 방향을 따라 병렬 형상으로 나란히 형성되어 있다.
메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)의 밸브 구동기(67, 68)는, 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 각각 유체 유통 배관(80)을 통해서 유체 공급원(81)에 접속되어 있다. 유체 공급원(81)은 밸브 구동기(67, 68) 작동용(메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38) 작동용)의 압축 유체인 공기(질소 가스여도 좋음)를 공급하기 위한 것이다. 메인측 및 바이패스측 각각의 유체 유통 배관(80)의 중도부에는 상류측으로부터 순차로 필터 레귤레이터(82)와, 밸브 구동기(67, 68)에 유체를 공급할 것인지의 여부를 스위칭하는 전자 밸브(83)와, 폐쇄측 조정부 및 개방측 조정부를 갖는 유량 조정부(84)가 설치되어 있다. 각 전자 밸브(83)는 제어 정보에 의거하여 작동하고, 대응하는 스위칭 밸브(37, 38)의 밸브 구동기(67, 68)에 압축 유체를 공급하거나 정지하거나 하도록 구성되어 있다. 또한, 각 밸브 구동기(67, 68)에는 각 전자 밸브(83)가 유체 공급 상태인지 또는 유체 정지 상태인지를 검지하는 리밋 스위치(85)가 설치되어 있고, 각 밸브 구동기(67, 68)에는 사일런서(86)가 접속되고, 각 전자 밸브(83)에는 사일런서(87)가 접속되어 있다.
그리고, 배기가스가 통과하는 경로를 스위칭하는 경우에는, 메인측 및 바이패스측 양방의 전자 밸브(83)가 유체 공급 정지 상태가 되어, 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)에의 유체 공급을 정지한다. 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)는 상술한 바와 같이 노멀리 오픈 형식이므로, 유체 공급이 정지되면 양 밸브 구동기(67, 68)에 의해 구동되어 개방 상태로 된다. 그 후, 배기가스를 통과시키지 않는 측의 전자 밸브(83)가 유체 공급 상태로 되고, 유체가 공급된 측의 밸브가 폐쇄 상태로 된다. 여기에서, 배기가스를 통과시키고자 하는 측의 전자 밸브(83)는 유체 공급 정지 상태 그대로이며, 스위칭 밸브가 개방 상태 그대로이다. 이상과 같이, 배기가스가 통과하는 경로의 스위칭을 행한다. 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)의 동작의 일례로서는 메인측 스위칭 밸브(37)를 개방하여 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 폐쇄한 상태(도 14(a) 참조)로부터, 일단 메인측 스위칭 밸브(37) 및 바이패스측 스위칭 밸브(38)의 양방을 개방한 상태(도 14(b) 참조)로 하고, 그 후 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 개방하여 메인측 스위칭 밸브(37)를 폐쇄한 상태(도 14(c)참조)로 한다.
이상의 구성에 있어서, 메인측 스위칭 밸브(37)를 개방하여 바이패스측 스위칭 밸브(38)를 패쇄한 경우, 배기가스는 메인 경로(31)를 통과한다. 즉, 두 갈래 배관(53)의 메인측 출구부(57), 메인측 중계관(55), 배기 믹서(62), 메인측 도입관(51) 및 메인측 유입구(47)를 경유해서 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측으로 유입하고, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 통과해서 정화 처리를 한다.
이 경우, 요소수 분사 노즐(61)로부터 분사한 안개상의 요소수를 포함하는 배기가스는 메인측 중계관(55)을 통해서 배기 믹서(62)로 안내된다. 각 혼합핀(72)의 상류측 핀판부(72a)가 배기가스 이동방향을 경사각(θ1)의 방향으로 변경하고나서, 하류측 핀판부(72b)가 배기가스 이동방향을 더욱 경사각(θ2)의 방향으로 변경한 결과, 믹서 관체(71)의 내주면을 향해서 요소수를 포함하는 배기가스가 흘러서, 믹서 관체(71)의 내주면을 따른 원주방향으로 이동한다. 이 때문에, 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측의 배기 입구부(41)에 배기가스의 선회류가 형성되어, 배기가스와 요소수가 스무드하게 효율적으로 혼합된다. 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측의 배기 입구부(41)는 상류측을 향함에 따라서 단면적이 축소되는 끝이 좁아지는 테이퍼 형상(추 형상)이기 때문에, 배기가스의 선회류의 선회 지름이 커진다. 그 결과, 배기가스는 요소수와 보다 한층 균일하게 혼합되면서, 복합 케이싱(33) 내의 메인 경로(31)측에 있는 NOx 촉매(34)에 널리 퍼지게 된다.
(요소수 분사 노즐)
도 9에 나타나 있는 바와 같이, 요소수 분사 노즐(61)은 메인측 중계관(55) 내에 삽입되어 있고, 선단의 요소수 분사구(611)를 하류측을 향해서 배치한다. 요소수 분사구(611)는 메인측 중계관(55)의 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되어 있고, 하류측에 설치되는 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)과 겹치는 위치에 배치된다. 이것에 의해, 요소수 분사 노즐(61)이 요소수 분사구(611)보다 하류측을 향해서 요소수를 분사시켰을 때, 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)을 향해서 요소수를 분사할 수 있다.
따라서, 복수의 요소수 분사 노즐(61)에 의해 요소수를 분산해서 분사함으로써 요소수를 확산해서 분사할 수 있는 데다가, 분사 후의 요소수가 혼합핀(72)에 닿음으로써 더욱 분산된다. 그 때문에, 배기 믹서(62)에 있어서의 요소수의 분포량을 균일화할 수 있어서, 배기가스와 요소수의 혼합 효율을 높임과 아울러, 배기 믹서(62)에 있어서의 부분적인 온도 저하를 억제하여 요소 석출의 발생을 억제한다. 또한, 요소수의 확산 효율이 높아지므로 요소수 분사 노즐(61)과 배기 믹서(62)의 거리를 짧게 할 수 있기 때문에, 메인측 중계관(55)을 단척화할 수 있다.
요소수 분사구(611)는 배기가스 이동방향을 따른 직선 상에서 혼합핀(72)의 상류측 선단과 겹치는 위치에 설치되어 있고, 요소수 분사구(611)는 혼합핀(72)의 상류측 선단을 향해서 요소수를 분사한다. 이것에 의해, 요소수 분사 노즐(61)로부터 분사된 요소수가 혼합핀(72)의 상류측 선단의 변가장자리에 닿음으로써 배기 믹서(62) 내로 요소수가 확산되어 유도된다. 그 때문에, 배기 믹서(62) 내에 있어서의 요소수의 분산 효율이 높아지기 때문에, 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
요소수 분사 노즐(61)의 요소수 분사구(611)는 메인 경로(31)(메인측 중계관(55))의 중심과 내주면 사이의 중앙 영역에 배치되어 있다. 즉, 요소수 분사구(611)는 혼합핀(72)의 상류측 선단과 겹치는 위치에 있어서 혼합핀(72)의 상류측 선단의 중앙 영역에 배치되어 있다. 이것에 의해, 요소수 분사 노즐(61)로부터 분사된 요소수가 메인 경로(31) 내에서 치우침 없이 확산되기 쉬워지기 때문에, 메인 경로(31) 및 배기 믹서(62) 등에 있어서의 요소 석출을 억제할 수 있다. 또한, 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 도 12에 나타내는 구성의 배기 믹서(62)에 있어서는 혼합핀(72)의 상류측 선단의 굴곡부에 겹치는 위치에 요소수 분사구(611)가 배치되어 있다.
도 16에 나타나 있는 바와 같이, 각 요소수 분사 노즐(61)의 요소수 분사구(611)는 배기가스 이동방향을 따라 배기 믹서(62)까지의 거리가 다른 위치에 배치하는 것으로 해도 좋다. 즉, 복수의 요소수 분사 노즐(61)을 설치함으로써 요소수의 확산 효율이 높아지므로, 요소수 분사 노즐(61)로부터 배기 믹서(62)까지의 거리를 단거리화할 수 있기 때문에, 배기가스 이동방향을 따라 요소수 분사 노즐(61)의 배치 위치를 다른 것으로 할 수 있다. 또한, 복수의 요소수 분사 노즐(61)은 메인측 중계관(55)에 대하여 동일한 방향으로부터 삽입되어 있어서, 복합 케이싱(33)에 대하여 동일 방향으로부터 메인터넌스 가능하게 구성되어 있다.
도 17에 나타나 있는 바와 같이, 요소수 분사 노즐(61)은 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)의 매수에 맞춰서 그 개수가 설정된다. 즉, 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)의 매수의 약수에 맞는 개수분만큼 요소수 분사 노즐(61)을 설치하고 있고, 요소수 분사 노즐(61)의 요소수 분사구(611)를 메인 경로(31)(메인측 중계관(55))를 따라 등간격으로 배치한다. 예를 들면, 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)을 4매로 했을 경우, 2개 또는 4개의 요소수 분사 노즐(61)을 배치한다. 또한, 배기 믹서(62)의 혼합핀(72)을 6매로 했을 경우, 2개, 3개 또는 4개의 요소수 분사 노즐(61)을 배치한다.
(역류 방지판)
도 18에 나타나 있는 바와 같이, 칸막이판(40)의 하류측 단부가 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)에 있어서, 메인 경로(31) 하류 출구측으로부터 유출구(49)의 둘레 가장자리를 향해서 이어 설치되어서, 역류 방지판(400)이 구성되어 있다. 유출구(49)는 메인 경로(31)와 겹치는 위치에 배치되어 있고, 역류 방지판(400)은 슬립 처리 촉매(35) 하류측에서 칸막이판(40)으로부터 유출구(49) 둘레 가장자리를 향해서 사행하도록 설치되어 있다. 역류 방지판(400)의 둘레 가장자리가 복합 케이싱(33)의 내벽면에 고착되어 있다.
이것에 의해, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스는 역류 방지판(400)을 따르고, 유출구(49)와 연통하는 배기 배출관(60)으로 유도되어서 배기 배출관(60)으로 배기된다. 그리고, 역류 방지판(400)이 메인 경로(31) 하류 출구측과 유출구(49) 사이에 설치되어 있기 때문에, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스의 메인 경로(31)로의 유입이 억제된다. 따라서, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)의 열화를 방지하여 높은 정화 효율을 장기간 유지할 수 있다.
또한, 역류 방지판(400)은 그 내측에 개구부(401)를 설치하고 있고, 개구부(401)를 통해서 메인 경로(31)의 출구측이 배기 배출관(60)과 연통한다. 즉, 칸막이판(40)의 하류측 단부의 양측 가장자리부가 복합 케이싱(33)의 내벽면을 따라 하류측에 이어 설치되어, 개구부(401)를 사이에 형성한 역류 방지판(400)이 구성된다. 이렇게 개구부(401)를 넓게 구성함으로써, 메인 경로(31)의 출구측에 있어서, 역류 방지판(400)에 의한 압력 저항을 저감할 수 있기 때문에, 메인 경로(31)에 있어서의 압력 손실을 억제할 수 있다.
또한, 배기가스가 바이패스 경로(32)를 통과하고 있을 때, 요소수 분사 노즐(61)을 냉각시키기 위해 냉각 공기를 요소수 분사 노즐(61)에 공급한다. 이것에 의해, 요소수 분사 노즐(61)을 통과한 냉각 공기가 메인 경로(31)의 상류측으로 유입해서 메인 경로(31) 내를 흐른다. 따라서, 요소수 분사 노즐(61)로부터의 냉각 공기가 메인 경로(31) 내의 NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)를 통과하여, 바이패스 경로(32)로부터의 배기가스의 메인 경로(31)로의 유입이 억제된다. 그 때문에, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)의 열화를 방지하여 높은 정화 효율을 장기간 유지할 수 있다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태가 되는 복합 케이싱(33)에 있어서의 역류 방지판(400)의 구성에 대해서 도 19를 참조하여 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 19에 나타나 있는 바와 같이, 칸막이판(40)의 하류측 단부에 설치한 역류 방지판(400)이 다공 형상의 개구부(401)를 갖고 있다. 즉, 역류 방지판(400)은 복수의 구멍을 개구부(401)로 한 다공판에 의해 구성되고, 배기 출구부(42)에 있어서의 메인 경로(31)와 배기 배출관(60) 사이에 설치된다. 역류 방지판(400)의 둘레 가장자리(측면 가장자리 및 하류측 끝 가장자리)가 복합 케이싱(33)의 내벽면에 고착되어 있다. 역류 방지판(400)은 복합 케이싱(33)의 내벽면에 고착시킨 양변 가장자리측에는 구멍이 형성되어 있지 않고, 내측에 개구부(401)가 되는 구멍이 형성되어 있다. 다공 형상의 개구부는 거의 등간격으로 형성되어 있고, 개구부 형상은 환형뿐만 아니라 삼각이나 사각 등의 형상이어도 좋다.
이것에 의해, 메인 경로(31)를 통과한 배기가스는 개구부(401)를 구성하는 구멍을 통해서 유출구(49)와 연통하는 배기 배출관(60)으로 유도되고, 배기 배출관(60)으로 배기된다. 한편, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스가 역류 방지판(400)을 따라서 유출구(49)와 연통하는 배기 배출관(60)으로 유도되고, 배기 배출관(60)으로 배기된다. 따라서, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스의 메인 경로(31)로의 유입이 억제되어서, 정화 효율을 유지할 수 있음과 동시에, 메인 경로(31) 하류 출구에 있어서의 배기 유량의 저하(압력 손실)를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 도 19에 나타나 있는 바와 같이, 개구부(401)를 구성하는 복수의 구멍을 역류 방지판(400)의 일부에 형성한 것으로 했지만, 도 20에 나타나 있는 바와 같이, 개구부(401)를 구성하는 복수의 구멍을 역류 방지판(400) 전면에 설치하는 것으로 해도 좋다. 개구부(401)를 넓은 영역에서 역류 방지판(400)에 구성함으로써, 메인 경로(31)에 있어서의 역류 방지판(400)의 압력 저항을 저하시킬 수 있다.
(제 3 실시형태)
본 발명의 제 3 실시형태가 되는 복합 케이싱(33)에 있어서의 역류 방지판(400)의 구성에 대해서 도 21을 참조하여 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 21에 나타나 있는 바와 같이, 칸막이판(40)의 하류측 단부는 복합 케이싱(33) 중 슬립 처리 촉매(35)보다 하류측에 있는 배기 출구부(42) 내에서 중도에 끊어져 있고, 슬립 처리 촉매(35)의 하류측을 다공 형상의 역류 방지판(400)으로 덮는다.
이것에 의해, 메인 경로(31)를 통과한 배기가스는 개구부(401)를 구성하는 구멍을 통해서 배기 출구부(42)로 유출되고, 배기 배출관(60)으로 배기된다. 한편, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스가 배기 출구부(42)로 유출되고 있을 때에, 배기가스의 일부가 메인 경로(31)로 유입되면, 역류 방지판(400)에 의해 슬립 처리 촉매(35)로의 유입이 차단된다. 따라서, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스가 메인 경로(31)로 유입되었을 경우에 있어서도, 슬립 처리 촉매(35)보다 상류로의 유입이 억제되기 때문에, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)의 정화 효율을 유지할 수 있다.
(제 4 실시형태)
본 발명의 제 4 실시형태가 되는 복합 케이싱(33)에 있어서의 역류 방지판(400)의 구성에 대해서 도 22를 참조하여 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 22에 나타나 있는 바와 같이, 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)에 형성된 유출구(49)가 바이패스 경로(32)측에 형성되어 있다. 배기 출구부(42)는 하류측의 유출구(49)를 향해서 단면적이 축소되도록 메인 경로(31)측을 경사시킨 끝이 좁아지는 형상을 갖고 있고, 유출구(49)가 메인 경로(31)의 배기측과 겹치는 위치에 형성되어 있다.
또한, 도 22에 나타나 있는 바와 같이, 칸막이판(40)의 하류측 단부를 복합 케이싱(33)의 배기 출구부(42)에 있어서의 유출구(49) 둘레 가장자리를 향해서 굴곡시키지 않고 이어 설치함으로써 다공 형상의 개구부(401)를 구비한 역류 방지판(400)이 구성되어 있다. 즉, 복합 케이싱(33)의 하류측 단부에 있어서, 칸막이판(40)보다 바이패스 경로(32)측에 유출구(49)가 형성되어 있다. 그리고, 칸막이판(40)의 하류측 단부를 바이패스 경로(32)에 있어서의 배기가스 이동방향을 따라 서 직선으로 이어 설치하고, 복합 케이싱(33)의 하류측 단부에 있어서의 유출구(49)보다 메인 경로(31)측이 되는 내벽면에 역류 방지판(400)의 하류측 단부를 접촉시킬 수 있다.
이것에 의해, 바이패스 경로(32)를 흐르는 배기가스는 그 배기가스 이동방향을 굴곡시키지 않고 유출구(49)까지 도달하게 되기 때문에, 메인 경로(31)로 유입하는 배기가스 유량을 저감할 수 있다. 그리고, 역류 방지판(400)이 바이패스 경로(32)에 있어서의 배기가스 이동방향을 따른 형상으로 됨으로써, 메인 경로(31)로의 배기가스의 유입을 더욱 차단하는 것으로 되어, 메인 경로(31)로의 배기가스의 유입양을 더욱 저감할 수 있다. 따라서, 바이패스 경로(32)를 통과한 배기가스의 메인 경로(31)로의 유입이 억제되어서, NOx 촉매(34) 및 슬립 처리 촉매(35)의 열화를 방지할 수 있음과 동시에, 메인 경로(31)의 하류 출구에 있어서의 배기 유량의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 메인 경로(31)에 있어서의 압손을 저감하기 위해서, 도 23에 나타나 있는 바와 같이 역류 방지판(400) 전체에 다공 형상의 구멍(401)을 설치하는 것으로 해도 상관없고, 도 24에 나타나 있는 바와 같이 역류 방지판(400) 중심에 배기가스 이동방향 하류측으로부터 잘라낸 구멍(401)을 형성하는 것으로 해도 상관없다.
(기타)
또한, 각 부의 구성은 도시한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본원발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다. 상기 각 실시형태에서는 발전용 엔진(25)의 배기 경로(30) 중에 설치하는 배기가스 정화 시스템에 본원발명을 적용했지만, 이것에 한정하지 않고, 예를 들면 주엔진(21)의 배기계통 중의 배기가스 정화 시스템에 적용해도 좋다.
1: 선박
11: 기관실
21: 주엔진
22: 감속기
23: 발전 장치
24: 디젤 발전기
25: 발전용 엔진
26: 발전기
30: 배기 경로
31: 메인 경로
32: 바이패스 경로
33: 복합 케이싱
34: NOx 촉매
35: 슬립 처리 촉매
37: 메인측 스위칭 밸브
38: 바이패스측 스위칭 밸브
40: 칸막이판
61: 요소수 분사 노즐(환원제 분사체)
62: 배기 믹서
71: 믹서 관체
72: 혼합핀
400: 역류 방지판
401: 개구부

Claims (6)

  1. 선박 탑재용 엔진의 배기 경로로서 촉매를 설치한 메인 경로와, 상기 메인 경로의 중도부로부터 분기된 바이패스 경로를 정화 케이싱 내에 설치하고, 상기 메인 경로 및 상기 바이패스 경로의 배기가스 이동방향 하류측을 합류시켜서 상기 정화 케이싱 외부로 배기시킴과 함께, 상기 정화 케이싱 내에 있어서, 배기가스 이동방향 상류측으로부터 하류측까지 상기 메인 경로와 상기 바이패스 경로를 구획하는 칸막이판을 배기가스 이동방향을 따라 이어 설치하고 있고, 상기 칸막이판의 하류측 단부가 상기 정화 케이싱의 배기 유출구와 상기 메인 경로의 배기 출구 사이를 통과하도록 설치된 배기가스 정화 장치에 있어서,
    상기 배기 유출구가, 상기 메인 경로측에서 상기 메인 경로와 겹치는 위치에 배치되어 있고, 상기 칸막이판의 하류측 단부가, 상기 정화 케이싱의 배기 출구부에 있어서, 상기 메인 경로의 하류 출구측에서 상기 배기 유출구의 둘레 가장자리를 향해서 사행하도록 연장되는 역류 방지판이 설치되고, 상기 역류 방지판의 측 가장자리 및 하류측 끝 가장자리가 상기 정화 케이싱의 내벽면에 고착됨과 함께, 상기 역류 방지판의 상기 정화 케이싱의 내벽면에 고착시킨 양변 가장자리측에, 구멍이 형성되어 있지 않고, 상기 역류 방지판의 내측에 다공 형상의 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
  2. 삭제
  3. 선박 탑재용 엔진의 배기 경로로서 촉매를 설치한 메인 경로와, 상기 메인 경로의 중도부로부터 분기된 바이패스 경로를 정화 케이싱 내에 설치하고, 상기 메인 경로 및 상기 바이패스 경로의 배기가스 이동방향 하류측을 합류시켜서 상기 정화 케이싱 외부로 배기시킴과 함께, 상기 정화 케이싱 내에 있어서, 배기가스 이동방향 상류측으로부터 하류측까지 상기 메인 경로와 상기 바이패스 경로를 구획하는 칸막이판을 배기가스 이동방향을 따라 이어 설치하고 있고, 상기 칸막이판의 하류측 단부가 상기 정화 케이싱의 배기 유출구와 상기 메인 경로의 배기 출구 사이를 통과하도록 설치된 배기가스 정화 장치에 있어서,
    상기 정화 케이싱의 상기 배기 유출구가, 상기 바이패스 경로측에 형성됨과 함께, 상기 정화 케이싱의 배기 출구부가, 하류측의 상기 배기 유출구를 향해서 단면적을 축소하도록 상기 메인 경로측을 경사시킨 끝이 좁아지는 형상으로 하고, 상기 배기 유출구가 메인 경로의 배기측과 겹치는 위치에 형성되고, 상기 칸막이판의 하류측 단부를 상기 정화 케이싱의 배기 출구부에 있어서의 상기 배기 유출구 둘레 가장자리를 향해서 연장하여 역류 방지판이 구성됨과 함께, 상기 역류 방지판 전체에 다공 형상의 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
  4. 선박 탑재용 엔진의 배기 경로로서 촉매를 설치한 메인 경로와, 상기 메인 경로의 중도부로부터 분기된 바이패스 경로를 정화 케이싱 내에 설치하고, 상기 메인 경로 및 상기 바이패스 경로의 배기가스 이동방향 하류측을 합류시켜서 상기 정화 케이싱 외부로 배기시킴과 함께, 상기 정화 케이싱 내에 있어서, 배기가스 이동방향 상류측으로부터 하류측까지 상기 메인 경로와 상기 바이패스 경로를 구획하는 칸막이판을 배기가스 이동방향을 따라 이어 설치하고 있고, 상기 칸막이판의 하류측 단부가 상기 정화 케이싱의 배기 유출구와 상기 메인 경로의 배기 출구 사이를 통과하도록 설치된 배기가스 정화 장치에 있어서,
    상기 칸막이판의 하류에서, 상기 정화 케이싱 중 촉매의 하류측을 다공 형상의 개구부를 갖는 역류 방지판으로 덮음과 함께, 상기 메인 경로를 통과한 배기가스가, 다공 형상의 상기 개구부를 통해서 배기 하류측으로 유출되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
  5. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 경로에 있어서, 배기가스에 환원제를 공급하는 환원제 공급 장치의 환원제 분사체가, 상기 촉매보다 배기가스 이동방향 상류측에 배치되어 있고,
    상기 배기가스가 상기 바이패스 경로를 통과하고 있을 때, 상기 환원제 분사체에 냉각 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
  6. 삭제
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