KR102062940B1 - 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

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테츠야 요코야마
츠요시 이노우에
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

엔진(12)의 배기 경로(25) 중에 설치하는 배기 가스 정화 장치(27)에 있어서, 정화 촉매(62, 63)를 우회하는 바이패스 경로(29)의 배관 거리를 가능한 한 짧게 해서 이니셜 코스트의 저감을 도모할 수 있도록 하는 것을 과제로 하고 있다. 본원 발명의 배기 가스 정화 장치(27)는 엔진(12)으로부터의 배기 가스를 정화하는 정화 촉매(62, 63)를 적어도 수용하는 정화 케이싱(61)을 구비한다. 상기 정화 촉매(62, 63)를 통과시키지 않고 상기 배기 가스를 우회시키는 바이패스 경로(29)를 상기 정화 촉매(62, 63)가 있는 정화 경로(28)와는 별도로 상기 정화 케이싱(61)에 일체적으로 설치한다.

Description

배기 가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE}
본원 발명은 디젤 엔진 등의 내연 기관(엔진)에 있어서, 배기 가스를 정화 처리하는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 탱커나 수송선 등의 선박에 있어서는 각종 보조 기계, 하역 장치, 조명, 공기 조절, 기타 기기류의 소비하는 전력량이 방대하고, 이들 전기계통에 전력을 공급하기 위해서 디젤 엔진과, 상기 디젤 엔진의 구동에 의해 발전하는 발전기를 조합시켜서 이루어지는 디젤 발전기를 구비하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조). 디젤 엔진은 내연 기관 중에서 가장 에너지 효율이 높은 것 중 하나인 것이 알려져 있고, 단위 출력당의 배기 가스에 포함되는 이산화탄소량이 적다. 또한, 예를 들면 중유와 같은 저질의 연료를 사용할 수 있기 때문에 경제적으로도 뛰어나다고 하는 이점이 있다.
디젤 엔진의 배기 가스 중에는 이산화탄소 이외에, 질소 산화물, 유황 산화물 및 입자상 물질 등도 많이 포함되어 있다. 이것들은 주로 연료인 중유로부터 유래되어 생성되는 것이며, 환경 보전의 방해가 되는 유해 물질이다. 특히, 질소 산화물(이하, NOx라고 함)은 인체에 유해하고 또한 강한 산성을 발생시키는 것이며, 산성비의 원인으로도 생각되고 있다. 따라서, 예를 들면 선박과 같이 디젤 발전기를 구동시키는 기계에서는 NOx의 배출량이 매우 많아 지구 환경에 주는 부담이 크다고 해석된다.
NOx를 대폭으로 정화하는 후처리의 수단으로서는, 환원제에 요소를 사용한 선택식 촉매 환원법(이하, SCR법이라고 함)이 일반화되어 있다. SCR법에서는 일반적으로 Ti 등의 산화물의 담체에 V나 Cr 등의 활성 성분을 담지시킨 재료로 이루어지는 허니컴 구조의 NOx 촉매를 사용하고 있다. NOx 촉매의 상류측에 환원제 수용액으로서의 요소수를 분무하면, 요소수가 배기 가스의 열로 가수분해되어서 암모니아가 생성되고, 암모니아가 환원제로서 NOx에 작용하여 NOx를 무해한 질소와 물로 분해한다.
일본 특허 공개 2006-3401742호 공보
지구 환경을 배려하면, 배기 가스 중의 NOx를 가능한 한 제거하는 것이 필요하고, 공해·영해를 막론하고 일률적으로 규제하는 것이 바람직하지만, 현재의 상태에서는 디젤 엔진에 관한 고차의 배기 가스 규제가 적용됨에 따라, NOx에 관해서 규제 해역을 설정할 예정으로 되어 있다. 상술한 바와 같이, NOx 촉매는 허니컴 구조이기 때문에 배기 가스 중의 매연이나 미립자에 의해 폐쇄될 우려가 있다. 또한, NOx 촉매는 배기 가스 중의 유황 성분이나 이것으로부터 유래되는 생성물에 의해 성능이 열화된다. NOx 촉매의 수명을 가급적으로 연장시키고, 러닝 코스트 저감과 규제 해역에서의 확실한 규제 준수를 도모하기 위해서는 규제 해역 외의 항행 중에는 NOx 촉매를 배기 가스에 노출시키지 않도록 하는 것이 생각된다.
그래서, 본원 출원인은 종전, 엔진의 배기 경로 중에 NOx 촉매를 수용하는 정화 케이싱을 설치하고, 배기 경로 중 정화 케이싱의 상류측으로부터 NOx 촉매를 통과시키지 않고 배기 가스를 우회시키는 바이패스 경로를 분기시키는 것을 제안했다. 이 경우, 규제 해역 내의 항행 중에는 배기 가스를 정화 케이싱측으로 이송하고, 규제 해역 외의 항행 중에는 배기 가스를 바이패스 경로측으로 이송함으로써 NOx 촉매를 장수명화시키고, 러닝 코스트 저감이나 장시간의 정화 성능 유지가 가능하다고 하는 이점이 있다.
그러나, 상기 종래의 구성에서는 NOx 촉매를 우회하는 바이패스 경로를 배기 경로나 정화 케이싱과는 별도로 설치하기 때문에, 바이패스 경로의 배관 거리를 길게 채용해야 해서 이니셜 코스트가 크게 늘어난다고 하는 문제가 있었다. 또한, 정화 케이싱과는 별도로 바이패스 경로의 설치 스페이스를 확보해야 하기 때문에, 예를 들면 선박 등의 기관실이 좁을 경우, 바이패스 경로의 설치가 어려워질 우려도 있었다.
본원 발명은 상기와 같은 현재의 상태를 검토해서 개선을 실시한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
청구항 1의 발명은 엔진의 배기 경로 중에 설치하는 배기 가스 정화 장치로서, 상기 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하는 정화 촉매를 적어도 수용하는 정화 케이싱을 구비하고 있고, 상기 정화 촉매를 통과시키지 않고 상기 배기 가스를 우회시키는 바이패스 경로를 상기 정화 촉매가 있는 정화 경로와는 별도로 상기 정화 케이싱에 일체적으로 설치하고 있는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 정화 케이싱 내에 상기 바이패스 경로를 설치하고 있는 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 2에 있어서의 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 정화 케이싱 내는 상기 배기 가스의 배출 방향을 따라서 연장되는 칸막이판에 의해 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로로 구획되어 있는 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 3에 있어서의 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 칸막이판으로 상기 정화 케이싱 내를 구획함으로써, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에 상기 배기 가스의 열을 이용하여 상기 정화 경로측의 상기 정화 촉매를 난기(暖機)하도록 구성하고 있는 것이다.
청구항 5의 발명은 청구항 2∼4 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 정화 케이싱의 출구부에 있어서 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로를 합류시키고 있는 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로의 분기부에 상기 배기 가스의 배출 방향을 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로로 스위칭하는 경로 스위칭 부재를 설치하고 있는 것이다.
청구항 7의 발명은 청구항 6에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 경로 스위칭 부재는 상기 정화 경로의 입구측 및 상기 바이패스 경로의 입구측에 각각 설치한 스위칭 밸브에 의해 구성하고, 상기 양쪽 스위칭 밸브는 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄하도록 작동하는 것이다.
청구항 8의 발명은 청구항 7에 있어서의 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 양쪽 스위칭 밸브는 링크 기구를 통해서 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄하도록 연동 연결되고, 상기 양쪽 스위칭 밸브 중 어느 한쪽에 개폐 작동용의 구동 기구가 연결되어 있는 것이다.
청구항 9의 발명은 청구항 6에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 경로 스위칭 부재는 상기 정화 경로의 입구측 및 상기 바이패스 경로의 입구측 중 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄하는 스윙 밸브에 의해 구성하고 있는 것이다.
청구항 10의 발명은 청구항 1∼9 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 정화 케이싱에 있어서의 상기 정화 촉매의 상류측에는 상기 정화 촉매에 기체를 분사하는 기체 분사부를 설치하고 있는 것이다.
청구항 11의 발명은 청구항 10에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에 상기 기체 분사부로부터의 기체의 분출을 정지하도록 구성하고 있는 것이다.
청구항 12의 발명은 청구항 1에 기재된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기 가스에 NOx 환원용의 환원제를 공급하는 환원제 공급부를 구비하고, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에 상기 환원제 공급부로부터의 상기 환원제의 공급을 정지하도록 구성하고 있는 것이다.
(발명의 효과)
청구항 1 및 2의 발명에 의하면, 엔진의 배기 경로 중에 설치하는 배기 가스 정화 장치로서, 상기 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하는 정화 촉매를 적어도 수용하는 정화 케이싱을 구비하고 있고, 상기 정화 촉매를 통과시키지 않고 상기 배기 가스를 우회시키는 바이패스 경로를 상기 정화 촉매가 있는 정화 경로와는 별도로 상기 정화 케이싱에 일체적으로 설치하고 있기 때문에, 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(규제 해역 내의 항행 중)에는 배기 가스를 상기 정화 경로측으로 이송하고, 정화 처리가 불필요한 경우(규제 해역 외의 항행 중)에는 배기 가스를 상기 바이패스 경로측으로 이송하면 좋다. 따라서, 배기 가스의 효율적인 처리와 상기 정화 촉매의 장수명화가 가능해진다.
또한, 상기 정화 케이싱에 상기 바이패스 경로를 일체적으로 설치하고 있기 때문에, 정화 케이싱 밖에 바이패스 경로를 별도 설치한 경우에 비해서 상기 바이패스 경로의 배관 거리를 짧게 할 수 있어 이니셜 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 상기 정화 케이싱에 상기 바이패스 경로를 도입함으로써 상기 배기 가스 정화 장치 자체를 콤팩트하게 구성할 수 있어 상기 배기 가스 정화 장치의 설치 스페이스를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 선박 등에 있어서 좁은 기관실로의 상기 배기 가스 정화 장치의 탑재가 용이해진다.
청구항 3의 발명에 의하면, 상기 정화 케이싱 내에는 상기 배기 가스의 배출 방향을 따라 연장되는 칸막이판에 의해 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로로 구획되어 있기 때문에, 상기 칸막이판을 부가한다고 하는 간단한 구성만으로 상기 정화 케이싱 내에 2계통의 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 배기 가스 정화 장치의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
청구항 4의 발명은 상기 칸막이판으로 상기 정화 케이싱 내를 구획함으로써, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에 상기 배기 가스의 열을 이용하여 상기 정화 경로측의 상기 정화 촉매를 난기하도록 구성하고 있기 때문에, 상기 배기 가스를 정화할지의 여부에 상관없이 항상 상기 정화 촉매를 난기해서 활성화 상태의 유지를 간단하게 행할 수 있다.
청구항 5의 발명에 의하면, 상기 정화 케이싱의 출구부에 있어서 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로를 합류시키고 있기 때문에, 상기 정화 경로를 통과해서 정화된 배기 가스와, 상기 바이패스 경로를 통과한 배기 가스 양쪽을 상기 정화 케이싱의 출구부에 연결되는 상기 배기 경로의 하류측으로 이송할 수 있다. 따라서, 배기 구조를 간단화해서 이니셜 코스트의 저감에 공헌할 수 있다.
청구항 6∼9의 발명에 의하면, 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로의 분기부에 상기 배기 가스의 배출 방향을 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로로 스위칭하는 경로 스위칭 부재를 설치하고 있기 때문에, 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 내에서의 항행 중)와 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에 있어서 배기 가스가 통과하는 경로를 간단하게 선택할 수 있다. 따라서, 정화 처리의 필요/불필요에 따라서 배기 가스를 효율적으로 처리할 수 있다.
특히, 청구항 7 및 9의 발명에 의하면 상기 경로 스위칭 부재가 상기 정화 경로 및 상기 바이패스 경로 중 어느 한쪽만을 폐쇄하는 것이며, 상기 정화 경로 및 상기 바이패스 경로 양쪽을 동시에 폐쇄할 일이 없는 구조이기 때문에, 상기 배기 경로의 완전 폐쇄를 확실하게 방지할 수 있거나, 또는 완전 폐쇄의 우려를 각별히 저감시킬 수 있다. 청구항 8의 발명에서는 상기 양쪽 스위칭 밸브는 링크 기구를 통해서 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄하도록 연동 연결되고, 상기 양쪽 스위칭 밸브 중 어느 한쪽에 개폐 작동용의 구동 기구를 연결하므로 상기 배기 경로의 완전 폐쇄의 우려를 각별히 저감시킬 수 있음과 아울러, 2개의 상기 스위칭 밸브를 1개의 상기 구동 기구에 의해 개폐 작동할 수 있어 구조를 간소화할 수 있다.
청구항 10의 발명에 의하면, 상기 정화 케이싱에 있어서의 상기 정화 촉매의 상류측에는 상기 정화 촉매에 기체를 분사하는 기체 분사부를 설치하고 있기 때문에, 상기 기체 분사부의 작용에 의해 사용 중에 상기 정화 촉매 내에 쌓인 매진(煤塵)을 강제적으로 제거할 수 있고, 상기 배기 가스 정화 장치의 메인터넌스 작업성의 향상 및 장수명화가 가능해진다.
청구항 11의 발명에 의하면, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에 상기 기체 분사부에서의 기체의 분출을 정지하도록 구성하고 있기 때문에, 상기 배기 가스가 상기 정화 경로를 통과할 경우 이외에 상기 정화 촉매에 쓸데없이 기체를 분사하지 않는다. 따라서, 상기 정화 촉매에 분사하는 기체의 소비량을 저감시킬 수 있어 러닝 코스트의 억제에 공헌한다.
청구항 12의 발명에 의하면, 상기 배기 가스에 NOx 환원용의 환원제를 공급하는 환원제 공급부를 구비하고, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에 상기 환원제 공급부로부터의 상기 환원제의 공급을 정지하도록 구성하고 있기 때문에, 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에는 상기 환원제를 쓸데없이 소비할 일이 없다. 정화 처리의 필요/불필요에 따라서 상기 환원제를 효율적으로 공급할 수 있다.
도 1은 선박의 전체 측면도이다.
도 2는 발전 장치의 개략 계통도이다.
도 3은 발전 장치에 있어서의 연료계통의 설명도이다.
도 4는 발전 장치의 배기계통과 환원제 공급 장치의 설명도이다.
도 5는 제 1 실시형태에 있어서의 후처리 장치의 측면 단면도이다.
도 6은 제 2 실시형태에 있어서의 후처리 장치의 측면 단면도이다.
도 7은 제 3 실시형태에 있어서의 후처리 장치의 측면 단면도이다.
이하에, 본원 발명을 구체화한 실시형태를 선박에 탑재된 디젤 발전기에 적용했을 경우의 도면(도 1∼도 7)에 의거하여 설명한다.
(1) 선박의 개요
우선, 처음에 도 1을 참조하면서 선박(1)의 개요에 대하여 설명한다. 제 1 실시형태의 선박(1)은 선체(2)와, 선체(2)에 있어서의 데크(3) 상의 후방부에 설치된 캐빈(4)과, 캐빈(4)의 후방에 배치된 펀넬(5)(굴뚝)과, 선체(2)의 후방 하부에 설치된 프로펠러(6) 및 키(7)를 구비하고 있다. 선체(2) 내의 후방부에 있는 기관실에는 프로펠러(6)의 구동원인 주 엔진(8) 및 감속기(9)와, 선박(2) 내의 전기계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치(10)가 설치되어 있다. 주 엔진(8)으로부터 감속기(9)를 경유한 회전 동력에 의해, 프로펠러(6)가 회전 구동하게 된다.
(2) 발전 장치의 구조
이어서, 도 2를 참조하면서 발전 장치(10)의 구조에 대하여 설명한다. 발전 장치(10)는 발전용 디젤 엔진(12)(이하, 발전용 엔진이라고 함)과, 발전용 엔진(12)의 구동에 의해 발전하는 발전기(13)를 조합시킨 디젤 발전기(11)를 구비한 것이다. 발전기(13)의 구동에 의해 발생한 발전 전력은 선박(2) 내의 전기계통에 공급된다. 발전기(13)는 발전기 제어반(14) 내의 전력 트랜스듀서(15)에 전기적으로 접속되어 있다. 전력 트랜스듀서(15)는 발전기(13)에 의한 발전 전력을 검출하기 위한 것이다. 전력 트랜스듀서(15)의 검출 정보에 의거하여 발전 전력이 발전기 제어반(14)에서 미리 설정된 목표 전력과 일치하도록 발전용 엔진(12)의 구동은 제어된다. 전력 트랜스듀서(15)는 후술하는 환원제 공급 장치(43)의 컨트롤러(55)에도 전기적으로 접속되어 있다.
(3) 발전 장치의 연료계통
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하면서 발전 장치(10)의 연료계통에 대하여 설명한다. 선체(2) 내에는 발전용 엔진(12)의 연료(중유)를 저류하는 연료 탱크(16)가 설치되어 있다. 연료 탱크(16)에는 공급 관로(17)가 접속되어 있다. 공급 관로(17)의 상류측에는 연료 입구 밸브(18)와 연료 필터(19)와 연료 유량계(20)가 설치되어 있다. 연료 유량계(20)는 후술하는 환원제 공급 장치(43)의 컨트롤러(55)에 전기적으로 접속되어 있다.
공급 관로(17) 중 연료 유량계(20)보다 하류측으로부터는 이송 관로(21)가 연장되어 있다. 이송 관로(21)가 발전용 엔진(12)의 연료 펌프(도시 생략)에 접속되어 있다. 연료 펌프(16)에 이송된 연료는 발전용 엔진(12)에 설치한 연료 분사 장치(도시 생략)에 의해, 발전용 엔진(12)에 있어서의 기통마다의 연소실(도시 생략) 내에 분사된다.
이송 관로(21)의 중도부에는 리턴 챔버(22)가 설치되어 있다. 연료 분사 장치로부터 발전용 엔진(12) 밖으로 연장되는 리턴 관로(23)는 리턴 챔버(22)를 통해서 연료 탱크(16)에 접속되어 있다. 따라서, 발전용 엔진(12)에 있어서 미사용의 잉여 연료는 리턴 관로(23)를 통해서 연료 탱크(16)에 리턴되게 된다. 리턴 관로(23) 중 리턴 챔버(22)보다 하류측에는 역지 밸브(24)가 설치되어 있다.
(4) 발전 장치의 흡배기계통
이어서, 도 2 및 도 4를 참조하면서 발전 장치(10)의 흡배기계통에 대하여 설명한다. 발전용 엔진(12)에는 공기 도입용의 흡기 경로(도시 생략)와 배기 가스 배출용의 배기 경로(25)가 접속되어 있다. 흡기 경로를 통해서 도입된 공기는 발전용 엔진(12)의 각 기통 내(흡기 행정의 기통 내)로 이송된다. 그리고, 각 기통의 압축 행정 완료시에 연료 탱크(16)로부터 빨아올려진 연료를 연료 분사 장치에 의해 기통마다의 연소실[부실(副室)] 내에 압송함으로써, 각 연소실에서 혼합기의 자기 발화 연소에 따른 팽창 행정이 행해진다.
발전용 엔진(12)의 배기 경로(25)는 펀넬(5)까지 연장되어 있다. 배기 경로(25)의 중도부에는 배기 가스의 정화 처리를 하는 배기 가스 정화 장치로서의 후처리 장치(27)가 설치되어 있다. 팽창 행정 후의 배기 행정에 있어서, 발전용 엔진(12)으로부터 배기 경로(25)로 이송된 배기 가스는 후처리 장치(27)를 경유해서 선박(1) 밖으로 방출된다.
배기 경로(25)의 중도부에 설치한 후처리 장치(27) 내에는 정화 촉매로서의 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)(상세는 후술함)를 수용하고 있다. NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)는 후처리 장치(27) 내의 정화 경로(28)측에 배치하고 있다. 후처리 장치(27)에는 정화 경로(28)와는 별도로 바이패스 경로(29)를 일체적으로 설치하고 있다. 바이패스 경로(29)는 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 통과시키지 않고 배기 가스를 우회시키기 위한 것이다. 상세한 것은 후술하지만, 제 1 실시형태의 바이패스 경로(29)는 후처리 장치(27) 내에 설치하고 있다. 후처리 장치(27)의 출구부[슬립 처리 촉매(63)보다 하류측]에 있어서, 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)를 합류시키고 있다. 또한, 정화 촉매로서는 슬립 처리 촉매(63)를 없애고 NOx 촉매(62)만으로 한 것이라도 좋다.
정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)의 분기부에는 배기 가스의 배출 방향을 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)로 스위칭하는 경로 스위칭 부재로서, 정화측 스위칭 밸브(30) 및 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 설치하고 있다. 정화측 스위칭 밸브(30)는 정화 경로(28)의 입구측에 설치하고 있다. 바이패스측 스위칭 밸브(31)는 바이패스 경로(29)의 입구측에 설치하고 있다.
각 스위칭 밸브(30, 31)는 배기 가스가 통과하는 경로를 선택하기 위한 것이고, 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄한다고 하는 관계로 되어 있다. 정화측 스위칭 밸브(30)를 개방하고 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 폐쇄한 상태에서는 배기 경로(25) 중의 배기 가스는 후처리 장치(27) 내의 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 통과해서 정화 처리가 되고 나서 선박(1) 밖으로 방출된다. 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 개방하고 정화측 스위칭 밸브(30)를 폐쇄한 상태에서는 배기 경로(25) 중의 배기 가스는 후처리 장치(27) 내의 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 우회해서 정화 처리를 하지 않고 선박(1) 밖으로 방출된다.
양쪽 스위칭 밸브(30, 31) 중 어느 한쪽은 기체 작동식의 것이다. 제 1 실시형태에서는 바이패스측 스위칭 밸브(31)의 구동부가 기체 지관로(枝管路)(34)를 통해서 기체 공급원(32)으로부터 연장되는 기체 간관로(幹管路)(33)에 접속되어 있다. 제 1 실시형태의 기체 공급원(32)은 스위칭 밸브(30, 31) 작동용의 압축 기체로서의 공기(질소 가스라도 좋음)를 공급하는 것이다. 각 기체 지관로(34)의 중도부에는 상류측부터 순서대로 게이트 밸브(35)와 감압 밸브(36)가 설치되어 있다. 양쪽 스위칭 밸브(30, 31)는 링크 기구(110)를 통해서 연동 연결되어 있다. 따라서, 기체 공급원(32)으로부터의 공기에 의해 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 개방하거나 폐쇄하거나 하면, 링크 기구(110)를 통해서 정화측 스위칭 밸브(30)가 폐쇄되거나 개방되거나 한다. 바이패스측 스위칭 밸브(31)의 구동부, 기체 간관로(33), 기체 지관로(34) 및 기체 공급원(32)은 개폐 작동용의 구동 기구에 상당한다.
기체 간관로(33)의 출구측은 후처리 장치(27) 중 NOx 촉매(62)의 상류측과 슬립 처리 촉매(63)의 상류측에 설치된 기체 분사부로서의 기체 분사 노즐(37)에 접속되어 있다. 기체 분사 노즐(37)은 기체 공급원(32)으로부터의 압축 기체를 NOx 촉매(62)나 슬립 처리 촉매(63)를 향해서 분사하는 것이다. 기체 분사 노즐(37)의 작용에 의해, 사용 중에 후처리 장치(27) 내에 쌓인 매진을 강제적으로 제거할 수 있다.
기체 간관로(33) 중 최하류의 공기 지관로(34)와 양쪽 기체 분사 노즐(37) 사이에는 상류측부터 순서대로 게이트 밸브(38), 감압 밸브(39), 에어 필터(40), 레듀서(41) 및 기체 분사용 전자 밸브(42)가 설치되어 있다. 기체 분사용 전자 밸브(42)는 후술하는 환원제 공급 장치(43)의 컨트롤러(55)에 전기적으로 접속되어 있고, 컨트롤러(55)로부터의 제어 정보에 의거하여 개폐 작동하도록 구성되어 있다.
(5) 환원제 공급 장치의 구조
이어서, 도 2 및 도 4를 참조하면서 환원제 공급 장치(43)의 구조에 대하여 설명한다. 환원제 공급 장치(43)는 배기 경로(25) 내의 배기 가스에 NOx 환원용의 환원제를 공급하기 위한 것이고, 환원제 공급 통로(44)와 환원제 제어반(45)을 구비하고 있다. 환원제 공급 통로(44)의 일단측은 환원제로서의 요소 수용액(이하, 요소수라고 함)을 저장하는 요소수 탱크(46)에 접속되어 있다. 환원제 공급 통로(44)의 타단측은 배기 경로(25) 중 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)의 분기부보다 상류측에 설치된 환원제 공급부로서의 요소수 분사 노즐(47)에 접속되어 있다. 또한, 요소수 분사 노즐(47)은 정화 경로와 바이패스 경로(29)의 분기부보다 하류측에 설치해도 상관없다.
환원제 공급 통로(44)에는 상류측부터 순서대로 요소수 입구 밸브(48), 레듀서(49), 피드 펌프(50), 요소수 필터(51), 요소수 유량계(52) 및 분사용 전자 밸브(53) 등이 설치되어 있다. 피드 펌프(50)는 요소수 탱크(46) 내의 요소수를 빨아올려서 요소수 분사 노즐(47)을 향해서 토출하는 것이다. 피드 펌프(50)에는 전동 모터(54)가 연결되어 있다. 후술하는 컨트롤러(55)로부터 인버터(56)를 경유한 제어 정보에 의거하여 전동 모터(54)의 회전 구동량을 조절함으로써, 피드 펌프(50)로부터의 요소수 공급량을 조절하는 구성으로 되어 있다. 분사용 전자 밸브(53)는 후술하는 컨트롤러(55)에 전기적으로 접속되어 있고, 컨트롤러(55)로부터의 제어 정보에 의거하여 개폐 작동하도록 구성되어 있다. 또한, 요소수 분사 노즐(47)로부터의 요소수의 분무를 에어 어시스트식으로 구성해도 좋다. 즉, 압축 기체에 의해 요소수를 안개화시켜서 요소수 분사 노즐(47)로부터 분사하도록 구성해도 좋다.
환원제 제어반(45)은 제어 수단으로서의 컨트롤러(55)와, 인버터(56)와, 온도 조절기(57)와, 후처리 장치(27)의 막힘 상태를 검출하는 막힘 검출 수단으로서의 압력 센서(58)를 구비하고 있다. 컨트롤러(55)는 주로 배기 가스 중의 NOx 농도에 따른 적절한 양의 요소수를 배기 경로(25)에 공급하도록 피드 펌프(50)와 분사용 전자 밸브(53)를 작동시킨다고 하는 환원제 조절 제어를 실행하는 것이다.
상세한 것은 도시하지 않지만, 컨트롤러(55)는 각종 연산 처리나 제어를 실행하는 CPU 외에, 제어 프로그램이나 데이터를 기억시키기 위한 ROM, 제어 프로그램이나 데이터를 일시적으로 기억시키기 위한 RAM, 및 입출력 인터페이스 등을 구비하고 있다. 컨트롤러(55)에는 인버터(56)를 통해서 전동 모터(54)에 전기적으로 접속되어 있는 한편, 온도 조절기(57)를 통해서 배기 경로(25) 내의 배기 가스 온도를 검출하는 온도 센서(59)가 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러(55)에는 발전기 제어반(14)의 전력 트랜스듀서(15), 연료 유량계(20), 요소수 유량계(52), 압력 센서(58), 요소수 저류량을 검출하는 요소수량 센서(60), 기체 분사용 전자 밸브(42) 및 분사용 전자 밸브(53)도 전기적으로 접속되어 있다.
막힘 검출 수단으로서의 압력 센서(58)는 배기 경로(25) 중 후처리 장치(27)를 사이에 두고 상하류측에 각각 설치하고 있다. 제 1 실시형태에서는 후처리 장치(27)에 있어서의 NOx 촉매(62)의 상류측과 슬립 처리 촉매(63)의 하류측에 압력 센서(58)를 배치하고 있다. 양쪽 압력 센서(58)의 검출값의 차, 즉 후처리 장치(27)를 사이에 두고 상하류측의 압력차를 구하고, 상기 압력차에 의거하여 후처리 장치(27)의 매진 퇴적량을 환산한다. 그리고, 압력차가 설정값 이상으로 되면 컨트롤러(55)로부터의 지령에 의해 기체 분사용 전자 밸브(42)가 개방되어 기체 공급원(32)으로부터 양쪽 기체 분사 노즐(37)에 압축 기체를 이송하고, 각 기체 분사 노즐(37)로부터 NOx 촉매(62)나 슬립 처리 촉매(63)를 향해서 압축 기체를 분사한다.
또한, 각 기체 분사 노즐(37)의 압축 기체의 분출은 압력차와는 무관하게 일정 간격(예를 들면, 30분마다)으로 실행하도록 구성해도 좋다. 이 경우, 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 바이패스 경로(29)를 통과할 때에는 각 기체 분사 노즐(37)로부터의 압축 기체의 분출을 정지하도록 구성하면 배기 가스가 정화 경로(28)를 통과할 경우 이외에, NOx 촉매(62)나 슬립 처리 촉매(63)에 쓸데없이 기체를 분사하지 않는다. 이 때문에, NOx 촉매(62)나 슬립 처리 촉매(63)에 분사하는 압축 기체의 소비량을 저감시킬 수 있어 러닝 코스트의 억제에 공헌한다.
또한, 압력 센서(58)를 NOx 촉매(62)의 상류측에 설치하고, 후처리 장치(27) 내에 매진의 퇴적이 없는 신품 상태에서의 NOx 촉매(62) 상류측의 압력(기준 압력값)을 컨트롤러(55)의 ROM 등에 미리 기억시켜 두고, 같은 측정 개소에 있어서의 현재의 압력을 압력 센서(58)에서 검출하고, 기준 압력값과 압력 센서(58)의 검출값의 압력차를 구하고, 상기 압력차에 의거하여 후처리 장치(27)의 매진 퇴적량을 환산하도록 해도 좋다.
배기 경로(25) 내의 배기 가스 온도를 검출하는 온도 센서(59)는 배기 경로(25) 중 후처리 장치(27)의 하류측에 설치되어 있다. 제 1 실시형태에서는 온도 센서(59)의 검출 온도가 소정 온도(예를 들면, 305℃) 이상으로 되면 컨트롤러(55)로부터의 지령에 의해 분사용 전자 밸브(53)가 개방되고, 피드 펌프(50)의 구동에 의해 요소수 탱크(46)로부터 요소수 분사 노즐(47)에 요소수가 이송되어 요소수 분사 노즐(47)로부터 배기 경로(25) 내에 요소수가 분사된다. 요소수 저류량을 검출하는 요소수량 센서(60)는 플로트식의 것이고, 요소수 탱크(46) 내에 배치되어 있다. 이 경우, 요소수량 센서(60)의 상하 높이 위치의 변화에 의거하여 요소수 탱크(46) 내의 요소수 저류량이 검출된다.
컨트롤러(55)는 전력 트랜스듀서(15)에서 검출된 발전 전력량에 의거하여 인버터(56)를 통해서 전동 모터(54)의 회전 구동량을 조절하고, 피드 펌프(50)로부터의 요소수 공급량을 조절하도록 구성되어 있다. 이것은 배기 가스 중의 NOx 농도가 디젤 발전기(11)의 발전 전력량[발전용 엔진(12)의 출력(또는 부하)이라도 좋음]과 상관 관계에 있기 때문이다. 따라서, NOx의 환원에 필요한 요소수 공급량(환원제 공급량)은 발전 전력량, 즉 배기 가스 중의 NOx 농도에 비례한다. 도시는 생략하지만, NOx의 환원에 필요한 요소수 공급량과 발전 전력량의 관계는, 예를 들면 매핑 형식 또는 함수표 형식으로 컨트롤러(55)(예를 들면, ROM 등)에 미리 기억되어 있다.
컨트롤러(55)는 전력 트랜스듀서(15)에 의해 검출된 발전 전력량과, 컨트롤러(55)에 미리 기억된 매핑 또는 함수표로부터 NOx의 환원에 필요한 요소수 공급량을 구하고, 상기 구해진 공급량의 요소수를 요소수 분사 노즐(47)로부터 적당한 시간 내에 분사하도록 전동 모터(54)를 회전 구동시켜 피드 펌프(50)의 작동량을 조절하고 있다.
전력 트랜스듀서(15)는 NOx 검출 수단에 상당한다. 즉, 전력 트랜스듀서(15)는 발전기(13)의 발전 전력량을 검출하고, 상기 전력 트랜스듀서(15)의 검출 결과에 의거하여 배기 가스 중의 NOx 농도가 간접적으로 산출된다. 또한, NOx 검출 수단은 전력 트랜스듀서(15)에 한하지 않고 발전용 엔진(12)의 출력을 검출하는 것이라도 좋고, 연료 분사량으로부터 발전용 엔진(12)의 부하를 검출하는 것이라도 좋다. 또한, 배기 가스 중의 NOx 농도를 직접 검출하는 것이라도 좋다. 또한, 인버터에 의한 모터의 회전 제어 이외에, 회전수는 일정하고 요소수를 순환시켜 조량(調量) 밸브에 의해 요소수의 분사량을 제어하도록 해도 좋다.
(6) 후처리 장치의 구조
이어서, 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면서 후처리 장치(27)의 구조에 대하여 설명한다. 후처리 장치(27)는 각통형으로 형성된 내열 금속 재료제의 정화 케이싱(61) 내에, 상류측부터 순서대로 배기 가스 중의 NOx의 환원을 촉진시키는 NOx 촉매(62)와, 여분에 공급된 환원제(실시형태에서는 가수분해 후의 암모니아)의 산화 처리를 촉진시키는 슬립 처리 촉매(63)를 직렬로 나란히 수용한 것이다. 각 촉매(62, 63)는 다공질인(여과 가능한) 격벽으로 구획된 다수개의 셀로 이루어지는 허니컴 구조로 되어 있고, 예를 들면 알루미나, 지르코니아, 바나디아/티타니아 또는 제올라이트 등의 촉매 금속을 갖고 있다.
NOx 촉매(62)는 요소수 분사 노즐(47)로부터의 요소수의 가수분해에 의해 발생한 암모니아를 환원제로 하여 배기 가스 중의 NOx를 선택 환원함으로써, 후처리 장치(27) 내로 이송된 배기 가스를 정화하는 것이다. 또한, 슬립 처리 촉매(63)는 NOx 촉매(62)로부터 유출한 미반응(잉여)의 암모니아를 산화해서 무해한 질소로 하는 것이다. 이 경우, 정화 케이싱(61) 내에서는 하기의 반응식:
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2 (가수분해)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O [NOx 촉매(62)에서의 반응]
4NH3+3O2→2N2+6H2O [슬립 처리 촉매(63)에서의 반응]
이 발생한다.
정화 케이싱(61) 내에는 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 수용하는 정화 경로(28)를 형성하고 있다. 또한, 정화 케이싱(61)에는 바이패스 경로(29)를 일체적으로 설치하고 있다. 제 1 실시형태에서는 바이패스 경로(29)를 정화 케이싱(61) 내에 설치하고 있다. 즉, 정화 케이싱(61) 내에는 배기 가스의 배출 방향을 따라서 연장되는 칸막이판(64)을 부착하고 있다. 상기 칸막이판(64)에 의해, 정화 케이싱(61) 내를 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)로 구획하고 있다. 칸막이판(64)으로 정화 케이싱(61) 내를 구획함으로써, 배기 가스가 바이패스 경로(29)를 통과할 때에 배기 가스의 열을 이용하여 정화 경로(28)측의 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 난기하는 것이 가능하다. 이 때문에, 배기 가스를 정화할지의 여부에 상관없이 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 항상 난기해서 활성화 상태의 유지를 간단하게 행할 수 있다. 정화 경로(28)를 배기 가스가 통과할 때에는 난기 운전이 불필요하기 때문에, 신속한 배기 가스 정화가 가능해진다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 칸막이판(64)의 상류측 단부는 정화 케이싱(61) 중 NOx 촉매(62)보다 상류측에 있는 입구부(65)의 전방부 내면에 맞대어진 형상으로 밀접하고 있다. 이에 대하여, 칸막이판(64)의 하류측 단부는 정화 케이싱(61) 중 슬립 처리 촉매(63)보다 하류측에 있는 출구부(66) 내에서 도중에 끊어져 있다. 이 때문에, 정화 케이싱(61)의 출구부(66)에 있어서 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)가 합류한다.
정화 케이싱(61)의 입구부(65) 앞면에는 제 1 배기 가스 입구(67)를 정화 경로(28)측에 근접시키고, 제 2 배기 가스 입구(68)를 바이패스 경로(29)측에 근접시켜서 형성하고 있다. 입구부(65)의 전방부 외면에는 제 1 배기 가스 입구(67)에 연통되는 정화측 도입관(69)과, 제 2 배기 가스 입구(68)에 연통되는 바이패스측 도입관(70)을 설치하고 있다. 정화측 도입관(69) 및 바이패스측 도입관(70)은 두갈래 배관(71)에 연결되어 있다. 두갈래 배관(71)의 정화 출구측(72)에 플랜지를 통해서 정화측 도입관(69)을 체결하고, 두갈래 배관(71)의 바이패스 출구측(73)에 플랜지를 통해서 바이패스측 도입관(70)을 체결하고 있다.
두갈래 배관(71)의 입구측(74)은 배기 경로(25)의 상류측에 플랜지를 통해서 연결되어 있다. 두갈래 배관(71)은 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)의 분기부에 상당한다. 정화 경로(28)의 입구측에 접하는 두갈래 배관(71)의 정화 출구측(72) 내부에 정화측 스위칭 밸브(30)를 설치하고 있다. 바이패스 경로(29)의 입구측에 접하는 두갈래 배관(71)의 바이패스 출구측(73) 내부에 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 설치하고 있다.
정화 케이싱(61)의 출구부(66) 후면에, 배출구(75)를 정화 경로(28)측에 근접시켜서 형성하고 있다. 출구부(66)의 후방부 외면에는 배출구(75)에 연통되는 배기 가스 배출관(76)을 설치하고 있다. 배기 가스 배출관(76)은 배기 경로(25)의 하류측에 플랜지를 통해서 연결되어 있다.
정화 케이싱(61)의 일측면에는 NOx 촉매(62)의 상류측과 슬립 처리 촉매(63)의 상류측에 기체 분사부로서의 기체 분사 노즐(37)을 부착하고 있다. 제 1 실시형태에서는 NOx 촉매(62)의 상류측에 3개, 슬립 처리 촉매(63)의 상류측에 3개의 기체 분사 노즐(37)을 정화 케이싱(61)의 일측면에 부착하고 있다. 정화 케이싱(61)의 타측면에는 복수의 점검창(77)(제 1 실시형태에서는 3개소)을 형성하고 있다. 각 점검창(77)은 정화 케이싱(61) 내나, 기체 분사 노즐(37), NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)의 점검 및 메인터넌스를 위해서 형성한 것이다. 각 점검창(77)은, 통상 덮개 커버(78)에 의해 개폐 가능하게 막고 있다. 각 덮개 커버(78)는 대응하는 점검창(77)의 가장자리부에 부착 볼트에 의해 착탈 가능하게 체결되어 있다.
정화측 스위칭 밸브(30)를 개방하고 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 폐쇄한 경우에는 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 정화 경로(28)를 통과한다. 즉, 두갈래 배관(71)의 정화 출구측(72), 정화측 도입관(69) 및 제 1 배기 가스 입구(67)를 경유해서 정화 케이싱(61) 내로 들어가고, NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 통과해서 정화 처리가 된다. 정화 처리 후의 배기 가스는 정화 케이싱(61)의 출구부(66)의 배출구(75)로부터 배기 가스 배출관(76)을 거쳐서 배기 경로(25)의 하류측으로 들어가고, 정화 케이싱(61) 밖, 나아가서는 선박(1) 밖으로 방출된다.
반대로, 바이패스측 스위칭 밸브(31)를 개방하고 정화측 스위칭 밸브(30)를 폐쇄한 경우에는 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 바이패스 경로(29)를 통과한다. 즉, 두갈래 배관(71)의 바이패스 출구측(73), 바이패스측 도입관(70) 및 제 2 배기 가스 입구(68)를 경유해서 정화 케이싱(61) 내로 들어가고, NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 우회해서 정화 처리를 하지 않고 바이패스 경로(29)를 통과한다. 바이패스 경로(29) 통과 후의 배기 가스는 정화 케이싱(61)의 출구부(66)의 배출구(75)로부터 배기 가스 배출관(76)을 거쳐서 배기 경로(25)의 하류측으로 들어가고, 정화 케이싱(61) 밖, 나아가서는 선박(1) 밖으로 방출된다.
따라서, 양쪽 스위칭 밸브(30, 31)의 스위칭 작동에 의해 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 내에서의 항행 중)와 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에 있어서 배기 가스가 통과하는 경로를 간단하게 선택할 수 있다. 따라서, 정화 처리의 필요/불필요에 따라서 배기 가스를 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 양쪽 스위칭 밸브(30, 31)는 서로 연동해서 작동하고 동시에 폐쇄하지 않는 구조이기 때문에, 배기 경로(25)의 완전 폐쇄를 확실하게 방지할 수 있거나, 또는 완전 폐쇄의 우려를 각별히 저감시킬 수 있다.
(7) 작용 및 효과
이상의 구성에 의하면, 엔진(12)의 배기 경로(25) 중에 설치하는 배기 가스 정화 장치(27)로서, 상기 엔진(12)으로부터의 배기 가스를 정화하는 정화 촉매(62, 63)를 적어도 수용하는 정화 케이싱(61)을 구비하고 있고, 상기 정화 촉매(62, 63)를 통과시키지 않고 상기 배기 가스를 우회시키는 바이패스 경로(29)를 상기 정화 촉매(62, 63)가 있는 정화 경로(28)와는 별도로 상기 정화 케이싱(61)에 일체적으로 설치하고 있기 때문에, 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(규제 해역 내의 항행 중)에는 배기 가스를 상기 정화 경로(28)측으로 이송하고, 정화 처리가 불필요한 경우(규제 해역 외의 항행 중)에는 배기 가스를 상기 바이패스 경로(29)측으로 이송하면 좋다. 따라서, 배기 가스의 효율적인 처리와 상기 정화 촉매(62, 63)의 장수명화가 가능해진다.
또한, 상기 정화 케이싱(61)에 상기 바이패스 경로(29)를 일체적으로 설치하고 있기 때문에, 정화 케이싱 밖에 바이패스 경로를 별도 설치한 경우에 비해서 상기 바이패스 경로(29)의 배관 거리를 짧게 할 수 있어 이니셜 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 상기 정화 케이싱(61)에 상기 바이패스 경로(29)를 도입함으로써 상기 배기 가스 정화 장치(27) 자체를 콤팩트하게 구성할 수 있어 상기 배기 가스 정화 장치(27)의 설치 스페이스를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면 선박 등에 있어서 좁은 기관실로의 상기 배기 가스 정화 장치(27)의 탑재가 용이해진다.
또한, 상기 정화 케이싱(61) 내는 상기 배기 가스의 배출 방향을 따라서 연장되는 칸막이판(64)에 의해 상기 정화 경로(28)와 상기 바이패스 경로(29)로 구획하고 있기 때문에, 상기 칸막이판(64)을 부가한다고 하는 간단한 구성만으로 상기 정화 케이싱(61) 내에 2계통의 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 배기 가스 정화 장치(27)의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
상기 칸막이판(64)으로 상기 정화 케이싱(61) 내를 구획함으로써, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로(29)를 통과할 때에 상기 배기 가스의 열을 이용하여 상기 정화 경로(28)측의 상기 정화 촉매(62, 63)를 난기하도록 구성하고 있기 때문에, 상기 배기 가스를 정화할지의 여부에 상관없이 항상 상기 정화 촉매(62, 63)를 난기해서 활성화 상태의 유지를 간단하게 행할 수 있다. 정화 경로(28)를 배기 가스가 통과할 때에는 난기 운전이 불필요하기 때문에, 신속한 배기 가스 정화가 가능해진다.
또한, 상기 정화 케이싱(61)의 출구부(66)에 있어서 상기 정화 경로(28)와 상기 바이패스 경로(29)를 합류시키고 있기 때문에, 상기 정화 경로(28)를 통과해서 정화된 배기 가스와, 상기 바이패스 경로(29)를 통과한 배기 가스 양쪽을 상기 정화 케이싱(61)의 출구부(66)에 연결되는 상기 배기 경로(25)의 하류측으로 이송할 수 있다. 따라서, 배기 구조를 간단화해서 이니셜 코스트의 저감에 공헌할 수 있다.
또한, 상기 정화 경로(28)와 상기 바이패스 경로(29)의 분기부(71)에 상기 배기 가스의 배출 방향을 상기 정화 경로(28)와 상기 바이패스 경로(29)로 스위칭하는 경로 스위칭 부재(30, 31)를 설치하고 있기 때문에, 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 내에서의 항행 중)와 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에서 배기 가스가 통과하는 경로(28, 29)를 간단하게 선택할 수 있다. 따라서, 정화 처리의 필요/불필요에 따라서 배기 가스를 효율적으로 처리할 수 있다. 특히, 상기 경로 스위칭 부재(30, 31)가 상기 정화 경로(28) 및 상기 바이패스 경로(29) 중 어느 한쪽만을 폐쇄하는 것이고, 상기 정화 경로(28) 및 상기 바이패스 경로(29) 양쪽을 동시에 폐쇄할 일이 없는 구조이기 때문에, 상기 배기 경로(25)의 완전 폐쇄를 확실하게 방지할 수 있거나, 또는 완전 폐쇄의 우려를 각별히 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 경로 스위칭 부재[양쪽 스위칭 밸브(30, 31)]는 링크 기구(110)를 통해서 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄하도록 연동 연결되고, 상기 양쪽 스위칭 밸브(30, 31) 중 어느 한쪽에 개폐 작동용의 구동 기구를 연결하므로 상기 배기 경로(25)의 완전 폐쇄의 우려를 각별히 저감시킬 수 있음과 아울러, 2개의 상기 스위칭 밸브(30, 31)를 1개의 상기 구동 기구에 의해 개폐 작동할 수 있어 구조를 간소화할 수 있다.
상기 정화 케이싱(61)에 있어서의 상기 정화 촉매(62, 63)의 상류측에는 상기 정화 촉매(62, 63)에 기체를 분사하는 기체 분사부(37)를 설치하고 있기 때문에, 상기 기체 분사부(37)의 작용에 의해 사용 중에 상기 정화 촉매(62, 63) 내에 쌓인 매진을 강제적으로 제거할 수 있어 상기 배기 가스 정화 장치(27)의 메인터넌스 작업성의 향상 및 장수명화가 가능해진다.
또한, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로(29)를 통과할 때에 상기 기체 분사부(37)로부터의 기체의 분출을 정지하도록 구성하면, 상기 배기 가스가 상기 정화 경로(28)를 통과할 경우 이외에, 상기 정화 촉매(62, 63)에 쓸데없이 기체를 분사하지 않는다. 따라서, 상기 정화 촉매(62, 63)에 분사하는 기체의 소비량을 저감시킬 수 있어 러닝 코스트의 억제에 공헌한다.
상기 배기 가스에 NOx 환원용의 환원제를 공급하는 환원제 공급부(47)를 구비하고, 상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로(29)를 통과할 때에 상기 환원제 공급부(47)로부터의 상기 환원제의 공급을 정지하도록 구성하고 있기 때문에, 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에는 상기 환원제를 쓸데없이 소비할 일이 없다. 정화 처리의 필요/불필요에 따라서 상기 환원제를 효율적으로 공급할 수 있다.
또한, 전력 트랜스듀서(15)에서 검출된 발전 전력량으로부터 배기 가스 중의 NOx 농도, 나아가서는 NOx의 환원에 필요한 요소수 공급량(환원제 공급량)을 파악하기 때문에, 배기 가스 중의 NOx 농도에 적합한 양의 요소수를 배기 경로(25)에 공급할 수 있다. 따라서, 후처리 장치(27) 내의 NOx 촉매(62)의 작용에 의해 배기 가스 중의 NOx를 효율적으로 질소와 물로 분해할 수 있다. 또한, 배기 가스 중의 NOx 농도에 적당한 양의 요소수를 배기 경로(25)에 공급하므로, 미반응(과잉한 양)의 암모니아를 외부로 방출하는 암모니아 슬립을 억제할 수 있다.
NOx 촉매(62)를 수용하는 정화 케이싱(61) 내에는 NOx 촉매(62)보다 하류측에, 여분에 공급된 환원제(가수분해 후의 암모니아)의 산화 처리를 촉진하는 슬립 처리 촉매(63)를 배치하고 있기 때문에, NOx 촉매(62)를 미반응인 상태로 통과하려고 하는 잉여의 환원제를 질소로 산화 처리해서 무해화할 수 있고, 배기 가스 중에 암모니아가 잔존할 우려를 확실하게 회피할 수 있다. 또한, NOx 촉매(62)와 슬립 처리 촉매(63)를 패키지화할 수 있어 배기 구조의 하류측을 콤팩트하게 구성할 수 있다.
또한, NOx 검출 수단으로서의 전력 트랜스듀서(15)는 발전기(13)의 발전 전력량을 검출하고, 상기 전력 트랜스듀서(15)의 검출 결과에 의거하여 배기 가스 중의 NOx 농도가 간접적으로 구해지는 구성으로 되어 있기 때문에, NOx 농도 검출 전용의 센서가 필요하지 않고 구성을 간소화해서 제조 비용의 저감에 기여할 수 있다.
(8) 제 2 실시형태의 후처리 장치
이어서, 도 6을 참조하면서 제 2 실시형태의 후처리 장치(27)의 구조에 대하여 설명한다. 또한, 제 2 실시형태 이후의 실시형태에 있어서 구성 및 작용이 제 1 실시형태와 바뀌지 않는 것에는 제 1 실시형태와 동일한 부호를 붙여서 그 상세한 설명을 생략한다. 제 2 실시형태에서는 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)의 분기부에 경로 스위칭 부재로서 기체 작동식의 스윙 밸브(80)를 설치한 점에 있어서 제 1 실시형태와 상위하고 있다. 스윙 밸브(80)는 정화 경로(28)의 입구측 및 바이패스 경로(29)의 입구측 중 한쪽을 개방하면 다른쪽을 폐쇄하도록 구성하고 있다.
이 경우, 칸막이판(64)의 상류측 단부는 정화 케이싱(61) 중 NOx 촉매(62)보다 상류측에 있는 입구부(65) 내에서 도중에 끊어져 있다. 그리고, 칸막이판(64)의 상류측 단부에 스윙 밸브(80)의 회동 지점축(81)을 회동 가능하게 축지지하고 있다. 정화 케이싱의 입구부(65)에는 정화 경로(28)에 연통되는 정화 입구(84)를 갖는 제 1 입구판(82)과, 바이패스 경로(29)에 연통되는 바이패스 입구(86)를 갖는 제 2 입구판(83)을 설치하고 있다. 제 1 입구판(82)을 정화 경로(28)의 입구측에 배치하고, 제 2 입구판(83)을 바이패스 경로(29)의 입구측에 배치하고 있다. 회동 지점축(81) 주위의 회동에 의해, 스윙 밸브(80)는 제 1 입구판(82)의 앞면측에 밀접해서 정화 입구(84)를 막거나, 제 2 입구판(83)의 앞면측에 밀접해서 바이패스 입구(86)를 막거나 한다. 정화 케이싱(61)의 입구부(65) 앞면측에 도입구(86)를 형성하고 있다. 입구부(65)의 전방부 외면에는 도입구(86)에 연통되는 배기 가스 도입관(87)을 설치하고 있다. 배기 가스 도입관(87)은 배기 경로(25)의 상류측에 플랜지를 통해서 연결되어 있다. 그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
스윙 밸브(80)에 의해 바이패스 입구(86)를 막은 상태에서는 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 정화 경로(28)측을 통과한다. 즉, 배기 가스는 후처리 장치(27)[정화 케이싱(61)] 내의 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 통과해서 정화 처리가 되고 나서 선박(1) 밖으로 방출된다. 스윙 밸브(80)에 의해 정화 입구(84)를 막은 상태에서는 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)을 우회해서 정화 처리를 하지 않고 바이패스 경로(29)측을 통과하여 선박(1) 밖으로 방출된다.
상기한 바와 같이 구성한 경우에도 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 내에서의 항행 중)와 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에 있어서 배기 가스가 통과하는 경로를 간단하게 선택할 수 있어 제 1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
(9) 제 3 실시형태의 후처리 장치
이어서, 도 7을 참조하면서 제 3 실시형태의 후처리 장치(27)의 구조에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태에서도 정화 경로(28)와 바이패스 경로(29)의 분기부에 경로 스위칭 부재로서 기체 작동식의 스윙 밸브(90)를 설치한 점에 있어서, 제 1 실시형태와 상위하고 있다.
정화 케이싱(61)의 입구부(65) 앞면에는 제 1 배기 가스 입구(67)를 정화 경로(28)측에 근접시키고, 제 2 배기 가스 입구(68)를 바이패스 경로(29)측에 근접시켜서 형성하고 있다. 입구부(65)의 전방부 외면에는 제 1 배기 가스 입구(67)에 연통되는 정화측 도입관(69)과, 제 2 배기 가스 입구(68)에 연통되는 바이패스측 도입관(70)을 설치하고 있다. 정화측 도입관(69) 및 바이패스측 도입관(70)의 전방에는 대략 상자 형상의 스윙 밸브 수용부(92)를 배치하고 있다.
스윙 밸브 수용부(92)의 후면측에는 제 1 배기 가스 출구(93)와 제 2 배기 가스 출구(94)를 형성하고 있다. 스윙 밸브 수용부(92)의 후방부 외면에, 제 1 배기 가스 출구(93)에 연통되는 정화측 배관(95)과, 제 2 배기 가스 출구(94)에 연통되는 바이패스측 배관(96)을 설치하고 있다. 정화 케이싱(61)의 정화측 도입관(69)에 중계관(97)을 통해서 스윙 밸브 수용부(92)의 정화측 배관(95)이 연결되어 있다. 정화 케이싱(61)의 바이패스측 도입관(70)에 중계관(98)을 통해서 스윙 밸브 수용부(92)의 바이패스측 배관(96)이 연결되어 있다.
스윙 밸브 수용부(92) 내에 스윙 밸브(90)의 회동 지점축(91)을 회동 가능하게 축지지하고 있다. 스윙 밸브 수용부(92) 내에는 정화측 배관(95)에 연통되는 정화 입구(104)를 갖는 제 1 입구판(102)과, 바이패스측 배관(96)에 연통되는 바이패스 입구(105)를 갖는 제 2 입구판(103)을 설치하고 있다. 제 1 입구판(102)을 제 1 배기 가스 출구(93)에 대치시키고, 스윙 밸브 수용부(92) 내를 좌우로 칸막이하도록 제 2 입구판(103)을 배치하고 있다. 회동 지점축(91) 주위의 회동에 의해, 스윙 밸브(90)는 제 1 입구판(102)의 앞면측에 밀접해서 정화 입구(104)를 막거나, 제 2 입구판(103)의 일측면측에 밀접해서 바이패스 입구(105)를 막거나 한다.
스윙 밸브 수용부(92)의 앞면에 도입구(106)를 정화 경로(28)측에 근접시켜서 형성하고 있다. 스윙 밸브 수용부(92)의 전방부 외면에는 도입구(106)에 연통되는 배기 가스 도입관(107)을 설치하고 있다. 배기 가스 도입관(107)은 배기 경로(25)의 상류측에 플랜지를 통해서 연결되어 있다. 그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
스윙 밸브(90)에 의해 바이패스 입구(105)를 막은 상태에서는 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 정화 경로(28)측을 통과한다. 즉, 배기 가스는 후처리 장치(27)[정화 케이싱(61)] 내의 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 통과해서 정화 처리가 되고 나서 선박(1) 밖으로 방출된다. 스윙 밸브(90)에 의해 정화 입구(104)를 막은 상태에서는 배기 경로(25) 중의 배기 가스가 NOx 촉매(62) 및 슬립 처리 촉매(63)를 우회해서 정화 처리를 하지 않고 바이패스 경로(29)측을 통과하여 선박(1) 밖으로 방출된다.
상기한 바와 같이 구성한 경우에도 배기 가스의 정화 처리가 필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 내에서의 항행 중)와 정화 처리가 불필요한 경우(예를 들면, 규제 해역 외에서의 항행 중)에 있어서 배기 가스가 통과하는 경로를 간단하게 선택할 수 있고, 제 1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
또한, 각 부의 구성은 도시의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경이 가능하다. 상기 각 실시형태에서는 발전용 디젤 엔진(12)의 배기 경로(25) 중에 설치하는 배기 가스 정화 장치(27)에 본원 발명을 적용했지만 이에 한정하지 않고, 예를 들면 주 엔진(8)의 배기계통 중의 배기 가스 정화 장치에 적용해도 좋다.
1 : 선박 12 : 발전용 디젤 엔진
25 : 배기 경로 27 : 후처리 장치(배기 가스 정화 장치)
28 : 정화 경로 29 : 바이패스 경로
30 : 정화측 스위칭 밸브 31 : 바이패스측 스위칭 밸브
61 : 정화 케이싱 62 : NOx 촉매
63 : 슬립 처리 촉매 64 : 칸막이판
66 : 출구부 71 : 두갈래 배관
80, 90 : 스윙 밸브

Claims (12)

  1. 엔진의 배기 경로 중에 설치하는 배기 가스 정화 장치로서,
    상기 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하는 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매를 적어도 수용하는 정화 케이싱을 구비하고 있고,
    상기 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매를 통과시키지 않고 상기 배기 가스를 우회시키는 바이패스 경로를 상기 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매가 있는 정화 경로와는 별도로 상기 정화 케이싱 내에 상기 바이패스 경로를 설치하고,
    상기 정화 케이싱 내는,
    상기 배기 가스의 배출 방향을 따라서 연장되는 칸막이판에 의해,
    상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로로 구획하고,
    상기 정화 케이싱의 출구부에 있어서 상기 정화 경로와 상기 바이패스 경로를 합류시키고,
    상기 정화 케이싱에 있어서의 상기 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매의 상류측에는,
    상기 배기 가스에 NOx 환원용의 환원제를 공급하는 환원제 공급부인,
    상기 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매에 기체를 분사하는 기체 분사부를 설치하고,
    상기 배기 가스가 상기 바이패스 경로를 통과할 때에,
    상기 기체 분사부로부터의 기체의 분출을 정지하도록 구성한 배기 가스 정화 장치에 있어서,
    상기 정화 케이싱 내의 상기 정화 경로에는,
    상기 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하는 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매가 수용됨과 함께,
    상기 정화 케이싱에는,
    상기 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매의 점검 그리고 메인터넌스를 위한 점검창을 상기 NOx 촉매 및 슬립 처리 촉매와 대향하는 위치에 각각 형성하고,
    상기 각 점검창은 덮개 커버에 의해 개폐 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정화 케이싱에 있어서의 상기 각 촉매의 상류측 또한 각각 대응하는 점검창으로부터 향하는 지점에는,
    상기 각 촉매에 기체를 분사하는 상기 기체 분사부를 설치하고 있고,
    상기 각 점검창은,
    상기 기체 분사부의 점검 그리고 메인터넌스에도 제공되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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