WO2014050179A1 - 排ガス脱硝装置 - Google Patents

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博仲 田中
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas denitration apparatus for denitrating exhaust gas discharged from a reciprocating engine.
  • a denitration apparatus provided in an exhaust system with high pressure of a diesel engine is provided with a cylindrical reaction vessel having high pressure resistance.
  • a catalyst element is formed by winding a ceramic sheet into a cylindrical shape, and the catalyst element is divided into fan-shaped cross sections along the radial direction so as to be easily inserted into the cylindrical reaction vessel.
  • a combination of cylinders is used.
  • the reciprocating engine includes a diesel engine or a gasoline engine having a reciprocating piston.
  • the present invention solves the above-mentioned problems, can reduce the size of the catalyst element, can be installed in a deformed cross-sectional space having a hollow portion in the reaction vessel with a sufficient filling area ratio, and has sufficient strength. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas denitration apparatus that can be obtained and can improve durability against vibration and the like.
  • An exhaust gas denitration device in which a catalyst element is installed in a reaction vessel into which exhaust gas discharged from a reciprocating engine is introduced, Forming the reaction vessel into a cylindrical shape;
  • a hollow portion and a reaction chamber are formed in the axial direction of the reaction vessel via a partition wall,
  • a unit group in which a plurality of catalyst units are assembled is installed in the reaction chamber,
  • the catalyst unit has a transverse cross section formed into at least a square cross section, a rectangular cross section, and a trapezoidal cross section, and a catalyst element is accommodated therein,
  • the outer peripheral portion of the unit group is configured by an outer surface of a polygonal column or a partial outer surface of a polygonal column that is substantially inscribed in the body of the reaction vessel, and forms a side of a catalyst unit having a square section and / or a rectangular section. And a surface forming a hypotenuse of a trapezoidal cross-section catalyst unit.
  • the invention according to claim 2 An exhaust gas denitration apparatus according to claim 1,
  • the hollow part is formed in a columnar shape, and the partition is formed in a polygonal cylinder that substantially circumscribes the hollow part, or a partial polygonal cylinder,
  • an inner peripheral portion that is externally fitted to the partition wall is formed in a polygonal cylinder or a partial polygonal cylinder, a surface that forms a side of a catalyst unit having a square cross section and / or a rectangular cross section, and a trapezoidal cross section catalyst It is characterized in that it is composed of surfaces forming the hypotenuse of the unit.
  • the invention described in claim 3 The exhaust gas denitration device according to claim 1 or 2,
  • the hollow portion is characterized in that it is disposed at an eccentric position that is separated from the axial center of the reaction vessel by a predetermined distance and that faces the body portion.
  • honeycomb-shaped catalyst elements are stacked and stored in the storage frame, and the front guide portion and the rear guide portion formed on the front and back of the storage frame body are fitted to each other, so that the exhaust gas flow Multiple connected in the direction,
  • the unit group is characterized in that it is assembled such that the side surfaces of the storage frame are in contact with each other.
  • the invention according to claim 5 An exhaust gas denitration device according to any one of claims 1 to 4,
  • the hollow part is an exhaust receiver tank into which the exhaust gas of the reciprocating engine is introduced, an evaporation chamber in which the reducing agent is injected into the exhaust gas, a mixing chamber in which the mixed gas of the exhaust gas and the reducing agent is mixed and stirred, a heat exchange unit, one or more
  • the gas passage for feeding the gas is selectively arranged.
  • the catalyst elements are respectively stored in the plurality of catalyst units formed in a square cross section, a rectangular cross section, and a trapezoidal cross section, and these catalyst units are deformed except for the hollow portion in the reaction vessel.
  • a unit group is formed in the reaction chamber.
  • the outer periphery of the unit group is a polygon that is substantially inscribed in the body of the reaction vessel, or a partial polygon, and the inclined side of the polygon is formed by a surface that forms the hypotenuse of the catalyst unit having a trapezoidal cross section. .
  • the partition wall is formed in a polygonal cylinder or a partial polygonal cylinder that substantially circumscribes the hollow part, and the inner peripheral part of the unit group is externally fitted to the partition wall.
  • the inclined surface that is formed on the outer surface of the partial polygonal cylinder and is inclined with respect to the outer surface of the rectangular and square cross-sectional catalyst units is the surface that forms the hypotenuse of the trapezoidal cross-sectional catalyst unit.
  • the catalyst element can be installed with a sufficient filling area ratio through the unit group.
  • the size of the unit group can be arbitrarily set by connecting the catalyst units in the front-rear direction. Moreover, sufficient strength and durability can be ensured by assembling the catalyst unit in contact with each other.
  • the exhaust receiver tank, the evaporation chamber, the mixing chamber, the heat exchange unit, and the gas passage are selectively disposed in the hollow portion of the reaction vessel, so that the exhaust gas denitration device is disposed in the reaction vessel. It is possible to consolidate the constituent parts and to achieve a compact size.
  • FIG. 1 shows Embodiment 1 of an exhaust gas denitration apparatus according to the present invention and is a cross-sectional view of a reaction vessel. It is a general
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a reaction vessel showing Example 2 of the exhaust gas denitration apparatus according to the present invention. It is a block diagram of the reaction container.
  • Example 1 A first embodiment of the exhaust gas denitration apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
  • This exhaust gas denitration device is provided in the exhaust gas path of a large diesel engine for ships, for example, and is driven by the diesel engine 10, the reaction vessel 11 according to the present invention, and the exhaust gas of the diesel engine 10, as shown in FIG. And a scavenging receiver tank 13 that stores the combustion air compressed by the supercharger 12 and supplies the combustion air to the diesel engine 10.
  • the reaction vessel 11 is a horizontal cylindrical pressure vessel formed by a cylindrical body portion 11B and curved end plates 11L and 11R that close one end side and the other end side of the body portion 11B, respectively. .
  • This reaction vessel 11 can secure a columnar hollow portion 15 along a hollow arc portion Cs with a radius R centered on an eccentric axis Oe that is a predetermined distance away from the vessel axis O, and the hollow portion 15 becomes a trunk portion 11B. It is formed to face (contact).
  • a partial polygonal cylindrical partition wall 14 that is substantially circumscribed by the hollow portion 15 is installed, and the hollow portion 15 and the reaction chamber 20 are partitioned by the partition wall 14.
  • the hollow portion 15 has a central portion in the length direction formed in the exhaust receiver tank 16, and an evaporation chamber 17 continuous with the exhaust receiver tank 16 is formed on one end side of the exhaust receiver tank 16.
  • a communication portion 22 that communicates with the reaction chamber 20 is formed on the other end side of the exhaust receiver tank 16.
  • a plurality of exhaust gas inlets 19 are formed in the body portion 11 ⁇ / b> B corresponding to the exhaust receiver tank 16.
  • An exhaust gas pipe that exhausts exhaust gas from the combustion chamber of the diesel engine 10 is connected to the exhaust gas inlets 19.
  • a spray nozzle 18 that blows urea water (or ammonia water), which is a reducing agent, into exhaust gas flowing from the exhaust receiver tank 16 is provided through the end plate 11 ⁇ / b> L.
  • an untreated gas outlet 21 for discharging exhaust gas without denitration is formed.
  • the communication portion 22 is formed in the partition wall 23 that is formed between the partition wall 23 that shields the exhaust receiver tank 16 along the cross section, the partition wall 14 and the end plate 11R at the other end, and the partition wall 23.
  • Gas outlet opening 25 As indicated by phantom lines, a reducing gas outlet valve 26 that opens and closes the gas outlet opening 25 is provided, and a pressure regulating port 27 that uniformly holds the pressure of the reaction chamber 20 and the exhaust receiver tank 16 on the partition wall 23. May be provided.
  • the partition wall 14 is formed in an arc shape centered on the eccentric axis Oe, and is constituted by a double wall having a predetermined gap in order to absorb thermal stress (not shown).
  • the reaction chamber 20 is provided with a unit group 30 in which a plurality of catalyst units 30A to 30C are stacked and assembled. Each of the catalyst units 30A to 30C is filled with a stack of honeycomb-shaped catalyst elements 32.
  • the catalyst units 30A to 30C include at least a catalyst unit 30A having a square cross section shown in FIG. 4, a catalyst unit 30B having a rectangular cross section shown in FIG. 5, and a catalyst unit 30C having a trapezoidal (right angle trapezoidal) cross section shown in FIG. Yes.
  • the catalyst units 30A to 30C are stacked in the vertical direction and arranged side by side in the horizontal direction in a cross-sectional view, and those having the same cross section in the front-rear direction along the container axis O are connected.
  • the exhaust gas flowing in from the front is sent out to the rear catalyst units 30A to 30C, and also diffused and sent out to the catalyst units 30A to 30C arranged on the left and right sides.
  • each of the catalyst units 30A to 30C includes storage frames 31A to 31C in which the catalyst elements 32 are stored, and these storage frames 31A to 31C are formed in respective cross-sectional shapes.
  • Main body portions 33A to 33C front side guide portions 34A to 34C that protrude forward from the main body portions 33A to 33C and are smaller than the diameter (referred to as the length of the diagonal line) of the main body portions 33A to 33C;
  • the rear guide portions 35A to 35A are projected rearward from the portions 33A to 33C, are formed smaller than the diameters (referred to as diagonal lengths) of the main body portions 33A to 33C, and can be externally fitted to the front guide portions 34A to 34C. And 35C.
  • the main body portions 33A to 33C are filled with the catalyst element 32 leaving a front space.
  • the 1st notch hole 33a which diffuses waste gas is formed in four side wall parts surrounding front space.
  • a plurality of second cutout holes 33b for reducing the weight are formed in two side walls facing each other corresponding to the filled catalyst element 32, respectively.
  • a buffer material (for example, a gasket material such as ceramic paper) 37 that covers and protects the surface of the catalyst element 32 and sandwiches the catalyst element 32 is installed in the second cutout holes 33b.
  • the front guide portions 34A to 34C are provided with straight cylindrical flange portions 34a from front end portions of the main body portions 33A to 33C through inclined connection portions 34b having a frustum circumferential surface shape.
  • the rear guide portions 35A to 35C can be externally fitted from the rear end portions of the main body portions 33A to 33C to the flange portions 34a of the front guide portions 34A to 34C via the inclined connection portions 35b having a frustum circumferential surface shape.
  • a straight cylindrical flange portion 35a is provided. Further, in order to guide the front side guide portions 34A to 34C, an expansion guide portion 35c expanded toward the rear portion is formed on the flange portion 35a.
  • the rear guide portions 35A to 35C of the catalyst units 30A to 30C arranged in the front are externally fitted to the front guide portions 34A to 34C of the catalyst units 30A to 30C arranged in the rear, A plurality of catalyst units 30A to 30C having the same cross-sectional shape are connected in the front-rear direction.
  • the unit group 30 is assembled by combining the main body portions 33A to 33C of the catalyst units 30A to 30C having the same shape or different cross-sectional shapes in the vertical direction and the width direction so that the entire side walls are in contact with each other.
  • the exhaust gas flowing into the front catalyst units 30A to 30C from the front flows into the rear catalyst units 30A to 30C, and passes to the catalyst units 30A to 30C adjacent to the rear left and right through the first cutout holes 33a.
  • the reaction efficiency can be improved by injecting and diffusing.
  • the unit group 30 is supported by a plurality of outer peripheral supports 36 so as to be extendable and contractable between the body portion 11B, and although not shown, the container group O direction is provided by a fixing tool and a pressing tool arranged at the front part. Is positioned.
  • the outer peripheral portion of the unit group 30 is formed by a regular octagonal (polygonal) partial outer portion that is substantially inscribed in the body portion 11 ⁇ / b> B of the reaction vessel 11.
  • the said outer part is the inclined surface which has a predetermined
  • the unit group 30 in which the hypotenuse surface of the catalyst unit 30C having a trapezoidal cross section is a regular octagonal inclined surface can easily form a polygon substantially inscribed in the body portion 11B.
  • the catalyst element 32 can be installed in the reaction chamber 20 via the catalyst units 30A to 30C at a filling area ratio. This can further improve the filling area ratio as compared with the case where only the catalyst units 30A and 30B having a square cross section or a rectangular cross section are combined and the hypotenuse is formed in a staircase shape.
  • the inner peripheral portion corresponding to the arc-shaped partition wall 14 is formed by a regular octagonal (polygonal) partial outer peripheral surface substantially circumscribing the partition wall 14.
  • the said inner peripheral part has a predetermined
  • the inclined surface is configured by a surface that forms the oblique side of the catalyst unit 30C having a trapezoidal cross section.
  • the catalyst element 32 can be installed in the reaction chamber 20 with a sufficient filling area ratio by the unit group 30 having the catalyst unit 30 ⁇ / b> C having a trapezoidal cross section.
  • the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the unit group 30 are configured as regular octagonal portions, but are not limited to regular octagonal shapes, for example, from hexagonal to dodecagonal or larger, and to the size of the reaction vessel 11. You can select them together.
  • the catalyst unit 30C having a trapezoidal cross section is a right-angled trapezoid, but may be another trapezoidal cross section.
  • the hypotenuse of a catalyst unit having a right triangle cross section can be used instead of the hypotenuse of the catalyst unit 30C having a trapezoidal cross section.
  • a denitration gas discharge pipe 41 is connected to the denitration gas outlet 28 of the reaction vessel 11, and a bypass pipe 42 is connected between the untreated gas outlet 21 and the gas inlet of the turbine unit 12 ⁇ / b> T of the supercharger 12.
  • the denitration gas discharge pipe 41 is connected in the vicinity of the outlet of the bypass pipe 42.
  • a denitration gas outlet valve 43 for turning on and off the denitration gas is interposed in the vicinity of the outlet of the denitration gas discharge pipe 41.
  • an exhaust gas switching valve 44 capable of switching the exhaust gas introduced into the turbine section 12T of the supercharger 12 to an untreated exhaust gas or a denitrated exhaust gas is interposed in the vicinity of the inlet of the bypass pipe.
  • the outlet of the turbine section 12T of the supercharger 12 is connected to a chimney that exhausts exhaust gas.
  • a suction pipe 46 that sucks air through a filter 45 is connected to the inlet of the compressor unit 12C.
  • a compressed air supply pipe 48 having an air cooler 47 is connected from the outlet of the compressor unit 12 ⁇ / b> C to the scavenging receiver tank 13. Further, a scavenging pipe 49 for supplying compressed combustion air is connected between the scavenging receiver tank 13 and the combustion chamber of the diesel engine 10.
  • the denitration gas outlet valve 43 is operated to open the denitration gas discharge pipe 41, and the exhaust gas switching valve 44 is operated to close the bypass pipe 42.
  • urea water as a reducing agent is injected into the exhaust gas from the spray nozzle 18, and this exhaust gas is introduced into the reaction chamber 20 through the communication portion 22.
  • the exhaust gas is brought into contact with the catalyst element 32 in the catalyst units 30A to 30C to be denitrated.
  • the denitrated exhaust gas is introduced into the turbine section 12T of the supercharger 12 from the denitration gas outlet 28 through the denitration gas discharge pipe 41, and the exhaust gas is discharged through the chimney after driving the supercharger 12.
  • the atmospheric air is introduced into the compressor section 12C from the suction pipe 46 through the filter 45 and compressed, and the compressed combustion air is cooled by the air cooler 47 in the compressed air supply pipe 48 and then introduced into the scavenging receiver tank 13. Is done. Further, this combustion air is supplied from the scavenging receiver tank 13 to each combustion chamber of the diesel engine 10 via the scavenging pipe 49.
  • the denitration gas outlet valve 43 is operated to close the denitration gas discharge pipe 41, and the exhaust gas switching valve 44 is operated to open the bypass pipe. Then, the injection of urea water from the spray nozzle 18 is stopped. As a result, the exhaust gas introduced into the exhaust receiver tank 16 is introduced from the untreated gas outlet 21 into the gas inlet of the turbine section 12T via the bypass pipe 42, and is discharged from the chimney after driving the supercharger 12. .
  • the cushion property of the exhaust receiver tank 16 is enhanced, and the exhaust gas can be effectively buffered.
  • the spray shape of the spray nozzle 18 conical in the evaporation chamber 17 it is possible to effectively prevent the urea water sprayed from the spray nozzle 18 from adhering and accumulating on the partition wall 14.
  • the catalyst elements 32 are housed in the housing frames 31A to 31C of the plurality of catalyst units 30A to 30C, respectively.
  • the storage frames 31A to 31C have a square cross section, a rectangular cross section, and a trapezoid cross section.
  • these catalyst units 30A to 30C are assembled in the reaction chamber 20 formed in a substantially crescent shape in the reaction vessel 11 excluding the hollow portion 15, respectively, to form a unit group 30 in the up / down, left / right, and front / rear directions.
  • the outer peripheral portion of the unit group 30 is a regular octagonal partial outer peripheral surface that is substantially inscribed in the body portion, and the oblique side of the regular octagon is formed by the surface that forms the oblique side of the catalyst unit 30C having a trapezoidal cross section.
  • the catalyst element 32 can be installed with a sufficient filling area rate via the regular octagonal unit group 30 substantially inscribed in the portion 11B.
  • the catalyst element 32 is housed in the housing frames 31A to 31C of the catalyst units 30A to 30C, sufficient strength can be obtained, and durability against vibrations when installed on a ship or the like is improved. be able to.
  • the inner peripheral portion of the unit group 30 is formed in a partially-regular octagonal shape that is in contact with the partition wall 14 or that is fitted outside with a predetermined gap. Furthermore, an inclined surface that cannot be formed on the outer side surfaces of the catalyst units 30A and 30B having a square cross section and a rectangular cross section at the inner peripheral portion of the unit group 30 is formed by a surface that forms the hypotenuse of the trapezoidal cross section catalyst unit 30C.
  • the storage frames 31A to 31C having a square cross section, a rectangular cross section, and a trapezoid cross section are provided.
  • the catalyst element 32 can be installed with a sufficient filling area ratio.
  • the hollow portion 15 is eccentric in the reaction vessel 11 and installed in contact with the body portion 11B, when the exhaust receiver tank 16 is provided in the hollow portion 15, exhaust gas can be easily supplied and discharged.
  • the degree of freedom in using the hollow portion 15 can be expanded.
  • the unit group 30 having an arbitrary size and cross-sectional shape can be formed. Further, sufficient strength and durability can be ensured by assembling the catalyst units 30A to 30C housing the catalyst element 32 in contact with each other.
  • the components of the exhaust gas denitration device can be integrated into the reaction vessel 11, thereby achieving a compact size. it can.
  • Example 2 the hollow portion 50 is disposed on the container axis O of the reaction vessel 11 and will be described with reference to FIGS.
  • the same member as Example 1 attaches
  • a cylindrical hollow portion 50 is formed on the container axis O of the reaction vessel 11 via a cylindrical partition wall 51.
  • An evaporation / receiver chamber 53 serving as an evaporation chamber / exhaust receiver tank is formed on one end side of the reaction vessel 11 by a partition wall 52 in the transverse direction connecting the end of the partition wall 51 and the body 11B.
  • a spray nozzle 18 is provided in the end plate 11L, and an untreated gas outlet 21 is formed in the body portion 11B.
  • the hollow part 50 is comprised in the static mixer (mixing chamber) 55 which has the gas channel
  • each catalyst unit 30A to 30C is filled with a honeycomb-shaped catalyst element 32.
  • the catalyst units 30A to 30C are composed of a catalyst unit 30A having a square section, a catalyst unit 30B having a rectangular section, and a catalyst unit 30C having a trapezoidal (right-angle trapezoidal) section.
  • the catalyst units 30A to 30C are stacked in the vertical direction, and are arranged side by side in the horizontal direction, and the catalyst units 30A to 30C having the same cross section in the front-rear direction along the container axis O are engaged with each other. Connected.
  • the outer peripheral part of the unit group 30 is formed of a regular octagonal (polygonal) outer peripheral surface substantially inscribed in the body part 11 ⁇ / b> B of the reaction vessel 11. And the said outer peripheral surface is a predetermined
  • the slanted surface having a trapezoidal cross section is formed by the surface forming the hypotenuse of the trapezoidal cross section 30C.
  • the unit group 30 using the catalyst unit 30C having the trapezoidal cross section can form the outer peripheral surface in a regular octagonal cross section, and the catalyst element 32 can be installed in the reaction chamber 20 with a sufficient filling area ratio.
  • the filling area ratio is further improved as compared to the case where the hypotenuse is formed in a stepped shape.
  • the inner peripheral part corresponding to the partition wall 51 in the unit group 30 is also formed in a regular octagon (polygon) that is substantially circumscribed by the partition wall 51.
  • the said inner peripheral part is a predetermined
  • the inclined surface having 45 ° is formed by a surface forming the hypotenuse of the catalyst unit 30C having a trapezoidal cross section.
  • the catalyst element 32 can be installed in the reaction chamber 20 with a sufficient filling area ratio by the unit group 30 having the catalyst unit 30 ⁇ / b> C having a trapezoidal cross section.
  • outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the unit group 30 may be formed in other polygons.
  • the components of the exhaust gas denitration apparatus can be integrated into the reaction vessel, and the size of the reaction vessel 11 can be reduced. Can be achieved.

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Abstract

円筒状の反応容器(11)内に、隔壁(14)を介して中空部(15)を軸心(O)方向に沿って形成し、中空部(15)を除く反応容器(11)内を反応室(20)とし、反応室(20)に、触媒エレメントが収納された複数の触媒ユニットで組み立てられたユニット群(30)を設置し、ユニット群(30)の外周部を、反応容器(11)の胴部(11B)に略内接する正八角形の部分外側面で構成するとともに、当該ユニット群(30)の外周部で、正方形断面および長方形断面の触媒ユニット(30A,30B)の各辺で構成される外側面に対して、所定の角度を有する傾斜面を、台形断面の触媒ユニット(30C)の斜辺を形成する外面で構成した。これにより、触媒エレメントを、異形断面の反応室(20)に十分な充填面積率で設置できる。

Description

排ガス脱硝装置
　本発明は、レシプロエンジンから排出される排ガスを脱硝処理する排ガス脱硝装置に関する。
　従来、たとえばディーゼルエンジンの圧力の高い排気系に設けられる脱硝装置には、耐圧性の高い円筒状の反応容器が設けられる。たとえば特許文献１の反応容器では、セラミックシートを円筒形に巻き付けて触媒エレメントを形成し、円筒状の反応容器内に挿入しやすいように、この触媒エレメントを半径方向に沿って扇形断面に分割し、円柱状に組み合わせたものが使用されている。
　ここで、レシプロエンジンとは、往復駆動されるピストンを有するディーゼルエンジンやガソリンエンジンを含むものとする。
特開平０７－２４２５９号公報
　上記従来構成では、反応器と略同じ大きさとなるように、セラミックスシートを円筒状に巻き付けて触媒エレメントを形成した場合、触媒エレメントが大型化するため、その切断装置が大型になるという問題がある。さらに、船舶用などの大型のディーゼルエンジンの排ガス脱硝装置に使用する場合、単に分割したエレメントを容器に組み込むだけでは、エンジンの振動に対する耐久性に問題が生じる。
　本発明は上記問題点を解決して、触媒エレメントを小型化できて、反応容器内中空部を有する異形の断面空間にも、十分な充填面積率で設置することができ、しかも十分な強度が得られて、振動などに対する耐久性を向上できる排ガス脱硝装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、
　レシプロエンジンから排出された排ガスが導入される反応容器内に、触媒エレメントを設置した排ガス脱硝装置であって、
　前記反応容器を円筒状に形成し、
　前記反応容器内に、中空部と反応室とを、隔壁を介して当該反応容器の軸心方向に形成し、
　前記反応室に、複数の触媒ユニットが組み立てられたユニット群を設置し、
　前記触媒ユニットは、横断面が少なくとも正方形断面、長方形断面および台形断面に形成されるとともに、その内部に触媒エレメントが収納され、
　前記ユニット群の外周部が、前記反応容器の胴部に略内接する多角柱の外側面または多角柱の部分外側面で構成されるとともに、正方形断面または／および長方形断面の触媒ユニットの辺を形成する面と、台形断面の触媒ユニットの斜辺を形成する面により構成されたことを特徴とする。
　請求項２記載の発明は、
　請求項１記載の排ガス脱硝装置であって、
　前記中空部を円柱状に形成するとともに、前記隔壁を当該中空部に略外接する多角筒、または部分多角筒状に形成し、
　前記ユニット群で前記隔壁に外嵌される内周部が、多角筒または部分多角筒に形成されるとともに、正方形断面または／および長方形断面の触媒ユニットの辺を形成する面と、台形断面の触媒ユニットの斜辺を形成する面で構成されたことを特徴とする。
　請求項３記載の発明は、
　請求項１または２に記載の排ガス脱硝装置であって、
　中空部は、反応容器の軸心から所定距離離れた偏心位置に配置されるとともに、胴部に臨んで形成されたことを特徴とする。
　請求項４記載の発明は、
　請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス脱硝装置であって、
　触媒ユニットは、収納枠体内にハニカム状の触媒エレメントが積層されて収納されるとともに、収納枠体の前後に形成された前側案内部と後側案内部とが嵌合されて、排ガスの流送方向に複数個が接続され、
　ユニット群は、収納枠体の各側面が互いに接するようにして組み立てられたことを特徴とする。
　請求項５記載の発明は、
　請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス脱硝装置であって、
　中空部は、レシプロエンジンの排ガスが導入される排気レシーバタンク、排ガス中に還元剤が噴射される蒸発室、排ガスと還元剤の混合ガスを混合・攪拌する混合室、熱交換部、単数または複数のガスを流送するガス通路が選択的に配置されたことを特徴とする。
　請求項１記載の発明によれば、正方形断面、長方形断面、台形断面に形成された複数の触媒ユニットに、触媒エレメントをそれぞれ収納し、これら触媒ユニットを、反応容器内で中空部を除く異形の反応室に組み込んでユニット群を形成する。このユニット群の外周部を、反応容器の胴部に略内接する多角形、または部分多角形とし、この多角形の傾斜する斜辺部分を、台形断面の触媒ユニットの斜辺を形成する面で形成する。これにより、胴部に略内接する多角形のユニット群を介して、十分な充填面積率で触媒エレメントを設置することができる。しかも、触媒エレメントが触媒ユニット内に収納されていることから、十分な強度が得られて、船舶などに設置した場合の振動などに対する耐久性を向上させることができる。
　請求項２記載の発明によれば、隔壁を、中空部に略外接する多角筒または部分多角筒に形成するとともに、ユニット群の内周部を、この隔壁に外嵌される相似形の多角筒、または部分多角筒の外側面に形成し、長方形断面および正方形断面の触媒ユニットの外面に対して傾斜する傾斜面を、台形断面の触媒ユニットの斜辺を形成する面で構成したので、多角形のユニット群を介して、十分な充填面積率で触媒エレメントを設置することができる。
　請求項３記載の発明によれば、中空部を胴部に接して設置することにより、中空部に対して、排ガスや熱交換流体、薬剤などの供給や排出を容易に行うことができ、中空部の利用の自由度を拡張することができる。
　請求項４記載の発明によれば、触媒ユニットを前後方向に接続することで、ユニット群の大きさを任意に設定することができる。また、触媒ユニットを接して組み立てることにより、十分な強度と耐久性を確保することができる。
　請求項５記載の発明によれば、反応容器の中空部に、排気レシーバタンク、蒸発室、混合室、熱交換部、ガス通路を選択的に配置することにより、反応容器内に排ガス脱硝装置の構成部を集約することができ、コンパクト化を図ることができる。
本発明に係る排ガス脱硝装置の実施例１を示し、反応容器の横断面図である。 反応容器の概略部分斜視図である。 排ガス脱硝装置の構成図である。 正方形断面の触媒ユニットを示す斜視図である。 長方形断面の触媒ユニットを示す斜視図である。 台形断面の触媒ユニットを示す斜視図である。 ユニット群の組立構造を示す平面視の断面図である。 本発明に係る排ガス脱硝装置の実施例２を示し、反応容器の横断面図である。 反応容器の構成図である。
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
　［実施例１］
　本発明に係る排ガス脱硝装置の実施例１を図１～図７を参照して説明する。この排ガス脱硝装置は、たとえば船舶用の大型ディーゼルエンジンの排ガス経路に設けられるもので、図３に示すように、ディーゼルエンジン１０と、本発明に係る反応容器１１と、ディーゼルエンジン１０の排ガスにより駆動される過給機１２と、過給機１２により圧縮された燃焼空気を一端貯留してディーゼルエンジン１０に供給する掃気レシーバタンク１３とを具備している。
　（反応容器）
　前記反応容器１１は、円筒状の胴部１１Ｂと、胴部１１Ｂの一端側および他端側をそれぞれ閉鎖する湾曲状の端板１１Ｌ，１１Ｒとで形成された横置き円筒状の耐圧容器である。この反応容器１１は、容器軸心Ｏから所定距離離れた偏心軸心Ｏｅを中心とする半径Ｒで中空円弧部Ｃｓに沿う柱状の中空部１５が確保でき、かつ中空部１５が胴部１１Ｂに臨む（接する）ように形成されている。そして、この中空部１５に略外接する部分多角筒状の隔壁１４が設置され、この隔壁１４により中空部１５と反応室２０が区画されている。
　前記中空部１５は、長さ方向の中央部が排気レシーバタンク１６に形成され、排気レシーバタンク１６の一端側に、排気レシーバタンク１６に連続する蒸発室１７が形成されている。また排気レシーバタンク１６の他端側に、反応室２０に連通する連通部２２が形成されている。
　図２に示すように、排気レシーバタンク１６に対応する胴部１１Ｂに複数の排ガス入口１９が形成されている。これら排ガス入口１９に、ディーゼルエンジン１０の燃焼室から排ガスを排出する排ガス管が接続される。蒸発室１７は、排気レシーバタンク１６から流入された排ガス中に、還元剤である尿素水（またはアンモニア水）を吹き込むスプレーノズル１８が、端板１１Ｌを貫通して設けられている。また一方、脱硝処理しないで排ガスを排出する未処理ガス出口２１が形成されている。
　連通部２２は、排気レシーバタンク１６を横断面に沿って遮蔽する区画壁２３と、隔壁１４と他端の端板１１Ｒとの間に形成される中間通路部２４と、区画壁２３に形成されたガス出口開口部２５とを具備している。なお、仮想線で示すように、このガス出口開口部２５を開閉する還元ガス出口弁２６を設け、区画壁２３に、反応室２０と排気レシーバタンク１６の圧力を均等に保持する調圧口２７を設けてもよい。
　隔壁１４は、偏心軸心Ｏｅを中心とする円弧状に形成され、図示しないが、熱応力を吸収するために、所定隙間をあけた二重壁により構成されている。
　（ユニット群）
　図１に示すように、反応室２０には、複数の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃが積み重ねて組み立てられたユニット群３０が設置されている。これら各触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃには、ハニカム状の触媒エレメント３２が積み重ねて充填されている。
　触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃは、少なくとも図４に示す正方形断面の触媒ユニット３０Ａと、図５に示す長方形断面の触媒ユニット３０Ｂと、図６に示す台形（直角台形）断面の触媒ユニット３０Ｃを具備している。これら触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃは、横断面視で、上下方向に積み重ねられるとともに左右方向に並設され、さらに容器軸心Ｏに沿う前後方向に同一断面のものが接続されている。そして、前方から流入した排ガスを後方の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃに送り出すとともに、後方左右に配置した触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃにも拡散して送り出せるように構成されている。
　上記３つの断面形状の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃは、断面形状以外は同一構造である。すなわち、図４～図６に示すように、各触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃは、触媒エレメント３２を収納した収納枠体３１Ａ～３１Ｃからなり、これら収納枠体３１Ａ～３１Ｃは、各断面形状に形成された本体部３３Ａ～３３Ｃと、本体部３３Ａ～３３Ｃから前方に突出されるとともに、本体部３３Ａ～３３Ｃの口径（対角線の長さをいう）より小さく形成された前側案内部３４Ａ～３４Ｃと、本体部３３Ａ～３３Ｃから後方に突出されるとともに、本体部３３Ａ～３３Ｃの口径（対角線の長さをいう）より小さく形成されもかつ前側案内部３４Ａ～３４Ｃに外嵌可能な後側案内部３５Ａ～３５Ｃとで構成されている。
　前記本体部３３Ａ～３３Ｃは、前部空間を残して触媒エレメント３２が充填されている。そして、前部空間を囲む４つの側壁部に、排ガスの拡散を行う第１切欠穴３３ａが形成されている。また、充填された触媒エレメント３２に対応して、互いに対向する２つの側壁に、重量を軽減するための複数の第２切欠穴３３ｂがそれぞれ形成されている。これら第２切欠穴３３ｂに、触媒エレメント３２の表面を覆い保護するとともに、触媒エレメント３２を挟持する緩衝材（たとえばセラミックペーパなどのガスケット材）３７が設置されている。
　前記前側案内部３４Ａ～３４Ｃは、本体部３３Ａ～３３Ｃの前端部から、錐台周面状の傾斜接続部３４ｂを介して、直筒状のフランジ部３４ａが設けられている。また前記後側案内部３５Ａ～３５Ｃは、本体部３３Ａ～３３Ｃの後端部から、錐台周面状の傾斜接続部３５ｂを介して、前側案内部３４Ａ～３４Ｃのフランジ部３４ａに外嵌可能な直筒状のフランジ部３５ａが設けられている。さらに、このフランジ部３５ａに、前側案内部３４Ａ～３４Ｃを案内するために、後部ほど拡張された拡開案内部３５ｃが形成されている。
　図７に示すように、前方に配置される触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃの後側案内部３５Ａ～３５Ｃが、後方に配置される触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃの前側案内部３４Ａ～３４Ｃに外嵌されて、同一断面形状の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃが前後方向に複数個接続される。さらに、同一形状または断面形状の異なる触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃの本体部３３Ａ～３３Ｃの側壁全面が互いに接するように上下方向、幅方向に組み合わされ、ユニット群３０が組み立てられる。
　したがって、前方から前部の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃに流入した排ガスは、後部の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃに流入されるとともに、第１切欠穴３３ａを介して後方左右に隣接する触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃにも流入されて、拡散させることにより、反応効率を向上させることができる。
　このユニット群３０は、胴部１１Ｂとの間に、複数の外周支持具３６により伸縮可能に支持され、図示しないが、前部に配置された固定具と、押さえ具とにより容器軸心Ｏ方向に位置決めされている。
　また、図１および図２に示すように、ユニット群３０の外周部が、反応容器１１の胴部１１Ｂに略内接する正八角形（多角形）の部分外側部により形成されている。そして、当該外側部は、正方形断面および長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂの各辺を形成する面（図では水平面および鉛直面）と、これらの面に対して、所定の傾斜角を有する傾斜面を、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面で構成されている。このように、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面を、正八角形の傾斜面としたユニット群３０により、胴部１１Ｂに略内接する多角形を容易に形成することができ、十分な充填面積率で触媒エレメント３２を、触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃを介して反応室２０内に設置することができる。これは、正方形断面や長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂのみを組み合わせて、斜辺を階段状に形成するのに比較して、充填面積率をより向上させることができる。
　ユニット群３０の外周部と同様に、円弧状の隔壁１４に対応する内周部が、隔壁１４に略外接する正八角形（多角形）の部分外周面で形成されている。そして、当該内周部は、正方形断面および長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂの各辺を形成する面（図では水平方向および鉛直方向）と、これらの面に対して、所定の傾斜角を有する傾斜面を、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面で構成されている。これにより、台形断面の触媒ユニット３０Ｃを有するユニット群３０により、十分な充填面積率で触媒エレメント３２を反応室２０内に設置することができる。
　ここで、ユニット群３０の外周部および内周部を、正八角形の部分で構成したが、正八角形に限るものではなく、たとえば六角形から十二角形以上に及び、反応容器１１の大きさに合わせて、選択することができる。また、台形断面の触媒ユニット３０Ｃを直角台形としたが、他の台形断面であってもよい。さらに、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺に替えて、直角三角形断面の触媒ユニットの斜辺を使用することもできる。
　（排ガス脱硝装置）
　反応容器１１の脱硝ガス出口２８に脱硝ガス排出管４１が接続され、未処理ガス出口２１と過給機１２のタービン部１２Ｔのガス入口との間にバイパス管４２が接続されている。そして、前記脱硝ガス排出管４１がバイパス管４２の出口近傍に接続されている。さらに、脱硝ガス排出管４１の出口近傍に、脱硝ガスをオン－オフする脱硝ガス出口弁４３が介在されている。またバイパス管４２の入口近傍に、過給機１２のタービン部１２Ｔへ導入する排ガスを、未処理排ガスか、脱硝済み排ガスに切り替え可能な排ガス切換弁４４が介在されている。
　過給機１２のタービン部１２Ｔの出口は、排ガスを排出する煙突に接続されている。コンプレッサ部１２Ｃの入口には、フィルタ４５を介して大気を吸引する吸入管４６が接続されている。また、コンプレッサ部１２Ｃの出口から掃気レシーバタンク１３に、エアクーラ４７を具備した圧縮エア供給管４８が接続されている。さらに掃気レシーバタンク１３とディーゼルエンジン１０の燃焼室の間に、圧縮された燃焼空気を供給する掃気管４９が接続されている。
　したがって、ディーゼルエンジン１０から排出される排ガスを脱硝処理する場合、脱硝ガス出口弁４３を操作して脱硝ガス排出管４１を開放し、排ガス切換弁４４を操作してバイパス管４２を閉じる。そして蒸発室１７では、スプレーノズル１８から還元剤である尿素水が排ガス中に噴射され、この排ガスが連通部２２を介して反応室２０に導入される。そして、排ガスが触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃ内の触媒エレメント３２と接触されて脱硝処理される。さらに脱硝処理された排ガスが、脱硝ガス出口２８から脱硝ガス排出管４１を介して過給機１２のタービン部１２Ｔに導入され、排ガスは過給機１２を駆動した後、煙突を介して排出される。また、大気がフィルタ４５を介して吸入管４６からコンプレッサ部１２Ｃに導入されて圧縮され、圧縮された燃焼空気は、圧縮エア供給管４８でエアクーラ４７により冷却された後、掃気レシーバタンク１３に導入される。さらにこの燃焼空気は、掃気レシーバタンク１３から掃気管４９を介してディーゼルエンジン１０の各燃焼室に供給される。
　またディーゼルエンジン１０から排出される排ガスを脱硝処理しない場合、脱硝ガス出口弁４３を操作して脱硝ガス排出管４１を閉鎖し、排ガス切換弁４４を操作してバイパス管４２を開く。そしてスプレーノズル１８からの尿素水の噴射を停止する。これにより、排気レシーバタンク１６に導入された排ガスが、未処理ガス出口２１からバイパス管４２を介してタービン部１２Ｔのガス入口に導入され、過給機１２を駆動した後、煙突から排出される。
　上記構成において、反応容器１１の中空部１５を円柱状で、円形断面に形成することにより、排気レシーバタンク１６のクッション性が高くなり、排ガスを効果的に緩衝することができる。また蒸発室１７において、スプレーノズル１８の噴霧形状を円錐状にすることにより、スプレーノズル１８から噴射された尿素水が、隔壁１４に付着して堆積するのを効果的に防止することができる。
　上記実施例１によれば、複数の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃの収納枠体３１Ａ～３１Ｃにそれぞれ触媒エレメント３２を収納する。そして、これら収納枠体３１Ａ～３１Ｃを正方形断面、長方形断面、台形断面とする。さらに、これら触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃを、中空部１５を除く反応容器１１内で略三日月形に形成された反応室２０に、上下、左右、前後方向にそれぞれ組み込んでユニット群３０を形成する。そして、このユニット群３０の外周部を、胴部に略内接する正八角形の部分外周面とし、この正八角形の斜辺を、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面で構成したので、胴部１１Ｂに略内接する正八角形のユニット群３０を介して、十分な充填面積率で触媒エレメント３２を設置することができる。しかも、触媒エレメント３２が触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃの収納枠体３１Ａ～３１Ｃ内に収納されていることから、十分な強度が得られて、船舶などに設置した場合の振動などに対する耐久性を向上させることができる。
　また、ユニット群３０の内周部は、隔壁１４に接する、または所定の隙間をあけて外嵌する相似形の部分正八角形に形成されている。さらにユニット群３０の内周部で、正方形断面および長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂの外側面で形成できない傾斜面を、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面で構成している。したがって、円形断面の胴部１１Ｂ内に偏心して中空部１５を形成した異形の三日月形断面のような反応室２０であっても、正方形断面、長方形断面、台形断面の収納枠体３１Ａ～３１Ｃを介して、十分な充填面積率で触媒エレメント３２を設置することができる。
　また、反応容器１１内で中空部１５を偏心させるとともに、胴部１１Ｂに接して設置したので、中空部１５に排気レシーバタンク１６を設けた場合、排ガスの供給や排出を容易に行うことができ、中空部１５の利用の自由度を拡張することができる。
　さらに、触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃを前後方向に接続し、さらに触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃを組み合わせることにより、任意の大きさや断面形状のユニット群３０を形成することができる。また、触媒エレメント３２を収納した触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃを接して組み立てることにより、十分な強度と耐久性を確保することができる。
　さらにまた、反応容器１１の中空部１５に、排気レシーバタンク１６と蒸発室１７を配置することにより、反応容器１１内に排ガス脱硝装置の構成部を集約することができ、コンパクト化を図ることができる。
　［実施例２］
　この実施例２は、中空部５０を反応容器１１の容器軸心Ｏ上に配置したもので、図８，図９を参照して説明する。なお、実施例１と同一部材は、同一符号を付して説明を省略する。
　図９に示すように、反応容器１１の容器軸心Ｏ上に、円筒状の隔壁５１を介して円柱形の中空部５０が形成されている。反応容器１１の一端側に、隔壁５１の端部と胴部１１Ｂとを連結した横断方向の仕切り壁５２により、蒸発室・排気レシーバタンク兼用の蒸発・レシーバ室５３が形成されている。この蒸発・レシーバ室５３には、端板１１Ｌにスプレーノズル１８が設けられ、また胴部１１Ｂに未処理ガス出口２１が形成されている。中空部５０は、ガス通路５４と、攪拌翼５５ａを有するスタティックミキサ（混合室）５５に構成され、他端側出口に熱交換器５６が配置されている。
　図９に示すように、隔壁５１の外周部が反応室２０に構成され、リング状断面のユニット群３０が設置されている。そして、各触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃにハニカム状の触媒エレメント３２が充填されている。これら触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃは、正方形断面の触媒ユニット３０Ａと、長方形断面の触媒ユニット３０Ｂと、台形（直角台形）断面の触媒ユニット３０Ｃから構成されている。そして、横断面視で、触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃがそれぞれ上下方向に積み重ねられるとともに、左右方向に並設され、さらに容器軸心Ｏに沿う前後方向に同一断面の触媒ユニット３０Ａ～３０Ｃが互いに係合されて接続される。
　ユニット群３０の外周部は、反応容器１１の胴部１１Ｂに略内接する正八角形（多角形）の外周面で形成されている。そして、当該外周面は、正方形断面および長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂの各辺で構成される面（図では水平方向および鉛直方向）と、これらの面に対して、所定の傾斜角（４５°）を有する傾斜面を、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面で構成されている。このように、台形断面の触媒ユニット３０Ｃを利用したユニット群３０により、外周面を正八角形断面に形成して、十分な充填面積率で触媒エレメント３２を反応室２０内に設置することができる。これは、正方形断面や長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂのみを組み合わせた場合、斜辺が階段状に形成されるのに比較すれば、充填面積率がより向上されているのがわかる。
　ユニット群３０で隔壁５１に対応する内周部も、隔壁５１に略外接する正八角形（多角形）に形成されている。そして、当該内周部は、正方形断面および長方形断面の触媒ユニット３０Ａ，３０Ｂの各辺で構成される面（図では水平方向および鉛直方向）と、これらの面に対して、所定の傾斜角（４５°）を有する傾斜面を、台形断面の触媒ユニット３０Ｃの斜辺を形成する面で構成されている。これにより、台形断面の触媒ユニット３０Ｃを有するユニット群３０により、十分な充填面積率で触媒エレメント３２を反応室２０内に設置することができる。
　もちろん、ユニット群３０の外周部および内周部を、他の多角形に形成してもよい。
　実施例２によれば、反応容器１１の中空部５０に、混合室、熱交換部、ガス通路を配置することにより、反応容器内に排ガス脱硝装置の構成部を集約することができ、コンパクト化を図ることができる。

Claims (5)

  1. 　レシプロエンジンから排出された排ガスが導入される反応容器内に、触媒エレメントを設置した排ガス脱硝装置であって、
    　前記反応容器を円筒状に形成し、
    　前記反応容器内に、中空部と反応室とを、隔壁を介して当該反応容器の軸心方向に形成し、
    　前記反応室に、複数の触媒ユニットが組み立てられたユニット群を設置し、
    　前記触媒ユニットを、横断面が少なくとも正方形断面、長方形断面および台形断面に形成して、その内部に触媒エレメントを収納し、
    　前記ユニット群の外周部が、前記反応容器の胴部に略内接する多角柱の外側面または多角柱の部分外側面で構成されるとともに、正方形断面または／および長方形断面の触媒ユニットの辺を形成する面と、台形断面の触媒ユニットの斜辺を形成する面により構成されたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
  2. 　請求項１記載の排ガス脱硝装置であって、
    　前記中空部を円柱状に形成するとともに、前記隔壁を当該中空部に略外接する多角筒、または部分多角筒に形成し、
    　前記ユニット群で前記隔壁に外嵌される内周部が、多角筒または部分多角筒に形成されるとともに、正方形断面または／および長方形断面の触媒ユニットの辺を形成する面と、台形断面の触媒ユニットの斜辺を形成する面で構成された
    　ことを特徴とする排ガス脱硝装置。
  3. 　請求項１または２に記載の排ガス脱硝装置であって、
    　中空部は、反応容器の軸心から所定距離離れた偏心位置に配置されるとともに、胴部に臨んで形成された
    　ことを特徴とする排ガス脱硝装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれかに記載の排ガス脱硝装置であって、
    　触媒ユニットは、収納枠体内にハニカム状の触媒エレメントが積層されて収納されるとともに、収納枠体の前後に形成された前側案内部と後側案内部とが嵌合されて、排ガスの流送方向に複数個が接続され、
    　ユニット群は、収納枠体の各側面が互いに接するようにして組み立てられた
    　ことを特徴とする排ガス脱硝装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス脱硝装置であって、
    　中空部は、レシプロエンジンの排ガスが導入される排気レシーバタンク、排ガス中に還元剤が噴射される蒸発室、排ガスと還元剤の混合ガスを混合・攪拌する混合室、熱交換部、単数または複数のガスを流送するガス通路が選択的に配置された
    　ことを特徴とする排ガス脱硝装置。
     
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