(57)【要約】【課題】脱硝触媒へ安定して還元剤を供給することができる。【解決手段】内燃機関の排気ガスを通す排気ガス通路に設けた脱硝触媒に対して液状還元剤を噴射する構成において、排気ガス通路における脱硝触媒の上流側に設けられ、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガス通路内に噴射する噴射ノズル１６であって、噴射ノズル１６に接続され、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管である配管３０を設ける。【選択図】図３
2010281275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを通す排気ガス通路に設けた脱硝触媒と、
排気ガス通路における脱硝触媒の上流側に設けられ、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガス通路内に噴射する噴射ノズルと、
噴射ノズルに接続され、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管と、
を備えたことを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガスの流れ方向の略直角方向に噴射する構成としたことを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、複数の噴射孔を有し、
複数の噴射孔は、排気ガス通路の内面と噴射ノズル間が予め定められた距離を確保できる位置に設けられていることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、二重管の内側から供給される液状還元剤と外側から供給される空気とを上流側で混合した後、下流側で排気ガス通路内に噴射することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、
二重管の内管に接続される噴射ノズル内管と、二重管の外管に接続される噴射ノズル外管と、を組み合わせた二重構造を有し、
噴射ノズル内管の周囲には噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とを繋ぐ内部孔が設けられ、噴射ノズル外管の周囲には噴射ノズル外管と排気ガス通路とを繋ぐ外部孔が設けられ、
噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とは単一の固定部材により同軸上に固定されていることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項６】
外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
液状還元剤の噴射を停止するときに、液状還元剤の供給を停止させた後に空気の供給を停止させることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項７】
外側を空気が通り、内側をタンクから供給された液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
二重管構造に液状還元剤をタンクに戻す帰還配管の途中に設けられたバルブを制御し、液状還元剤の噴射を停止するときに、バルブを開とすることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項８】
外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
二重管構造内の液状還元剤を吸引する吸引手段によって、液状還元剤の噴射を停止するときに、二重管構造内の液状還元剤を吸引させることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項９】
外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
液状還元剤の噴射を開始するときに、空気の供給を開始させた後に液状還元剤の供給を開始させることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項１０】
予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
排気ガス通路内の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
排気ガス通路内の噴射ノズルの下流側の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＣＲ脱硝装置及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガスタービン等の内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素化合物を除去する脱硝装置が用いられている。脱硝方法として、排気ガス通路に設けたチタン・バナジウム系の触媒に還元剤となるアンモニアを供給することによって窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応させ、化学式（１）のように、水と窒素に分解するアンモニア選択接触還元法（ＳＣＲ法）が知られている。また、排気ガス通路に尿素を噴射し、化学式（２）のように尿素を分解することによってアンモニアを触媒へ供給する方法が採られている。
＜化学式（１）＞
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ
＜化学式（２）＞
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【０００３】
尿素を排気ガス通路に噴射する噴射ノズルを二重管構成とし、内管に排気脱硝用の尿素水、外管に尿素水を噴霧させる高圧空気をそれぞれ供給して、排気管内に尿素水を噴霧注入する構成が開示されている（特許文献１）。ここで、尿素水の供給経路をＬ字形に屈曲形成し、Ｌ字形の角部に分岐管を設けると共に、分岐管の開口端からノズル先端の尿素水噴出口までを直線状に形成し、開口端から挿入した針金等の線状体により尿素水噴出口の清掃を可能としている。
【０００４】
また、還元剤の供給経路の途中にエアポンプからの圧縮空気を導入する空気供給経路を設け、噴射口から還元剤を噴射した直後に、同一の噴射口から空気が噴射することによって、尿素噴射口の清掃を可能とする構成が開示されている（特許文献２）。
【０００５】
また、尿素水の噴射ノズルへ尿素水のほかに水と空気の供給を可能とし、脱硝運転を開始する際に最初に噴射ノズルへ空気供給を行い、次に水供給を行い、その後に尿素水の供給を開始することによって、噴射ノズル内で尿素が析出することによって噴射ノズルが詰まることを防止する技術が開示されている（特許文献３）。
【０００６】
また、ガスタービンに用いる燃料を供給するための燃料ノズルにおいて、燃料噴孔と予混合流路の空気流路壁面との間の空気主流中に短い円筒状の衝突板を設置し、燃料と空気の流速比が最小の場合にも燃料が常に衝突板に衝突するようにした構成が開示されている（特許文献４）。これにより、ガスタービン燃焼器の予混合装置において、燃料を常に空気主流中の一定の位置に分散させることができるとしている。
【０００７】
また、排気ガス温度またはＳＣＲ触媒温度に応じて、バイパス通路の噴射量を制御する技術が開示されている（特許文献５）。尿素水を加熱することで窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を向上することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】登録実用新案第３０５３２７６号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３６６１号公報
【特許文献３】特開２００７−２７６５号公報
【特許文献４】特開平５−２４８６０７号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
排気ガス通路に噴射された尿素水は触媒表面に達するまでにアンモニアに加水分解されなくてはならない。また、尿素の析出によって尿素水の供給系の詰まりが発生したり、尿素水による排気ガス通路や触媒の腐食等の悪影響が発生したりしないようにしなければならない。
【００１０】
すなわち、尿素水ができるだけ安定かつ均一に触媒へ供給される必要があると共に、尿素水の加水分解が効率的に行われる必要がある。特に、船舶や車両等の移動体に搭載された内燃機関等の排気ガスの窒素酸化物の除去を行う場合、脱硝装置を小型化する必要があり、尿素水の噴射ノズルと触媒との距離をできるだけ短くする必要があり、尿素水の安定かつ均一な供給と加水分解の効率化が重要となる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点または課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に対応したＳＣＲ脱硝装置は、内燃機関の排気ガスを通す排気ガス通路に設けた脱硝触媒と、排気ガス通路における脱硝触媒の上流側に設けられ、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガス通路内に噴射する噴射ノズルと、噴射ノズルに接続され、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管と、を備える。これにより、脱硝触媒へ安定して還元剤を供給することができる。
【００１３】
請求項２に対応したＳＣＲ脱硝装置では、噴射ノズルは、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガスの流れ方向の略直角方向に噴射する。略直角方向とは、排気ガスの流れ方向に対する角度θが６０°以上１２０°以下の角度とする。これにより、脱硝触媒へ到達する間に還元剤の加水分解をより確実にすることができる。
【００１４】
請求項３に対応したＳＣＲ脱硝装置では、噴射ノズルは、複数の噴射孔を有し、複数の噴射孔は、排気ガス通路の内面と噴射ノズル間が予め定められた距離を確保できる位置に設けられている。これにより、液状還元剤が液状のまま排気ガス通路に直接到達することを防ぎ、排気ガス通路が腐食することを防止することができる。
【００１５】
請求項４に対応したＳＣＲ脱硝装置では、噴射ノズルは、二重管の内側から供給される液状還元剤と外側から供給される空気とを上流側で混合した後、下流側で排気ガス通路内に噴射する。これにより、予め空気と混合された液状還元剤を空気の圧力によって排気ガス通路内に安定して噴射することができる。
【００１６】
請求項５に対応したＳＣＲ脱硝装置では、噴射ノズルは、二重管の内管に接続される噴射ノズル内管と、二重管の外管に接続される噴射ノズル外管と、を組み合わせた二重構造を有し、噴射ノズル内管の周囲には噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とを繋ぐ内部孔が設けられ、噴射ノズル外管の周囲には噴射ノズル外管と排気ガス通路とを繋ぐ外部孔が設けられ、噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とは単一の固定部材により同軸上に固定されている。これにより、噴射ノズル外管の内面と噴射ノズル内管の外面とによって形成される空気の通路の幅がより均一となり、複数方向への液状還元剤の噴射をより均一に行うことができる。
【００１７】
請求項６に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、液状還元剤の噴射を停止するときに、液状還元剤の供給を停止させた後に空気の供給を停止させる。これにより、脱硝処理の停止時に、二重管構造の外側から供給される空気によって二重管構造の内側に残った液状還元剤を除去することができる。
【００１８】
請求項７に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、外側を空気が通り、内側をタンクから供給された液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、二重管構造に液状還元剤をタンクに戻す帰還配管の途中に設けられたバルブを制御し、液状還元剤の噴射を停止するときに、バルブを開とする。これにより、脱硝処理の停止時に、二重管構造を通って供給される空気によって二重管構造内の液状還元剤をタンクへ戻すことができる。
【００１９】
請求項８に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、二重管構造内の液状還元剤を吸引する吸引手段によって、液状還元剤の噴射を停止するときに、二重管構造内の液状還元剤を吸引させる。吸引手段は、例えば、液状還元剤を供給するためのポンプを逆転させればよい。これにより、脱硝処理の停止時に、二重管構造の内側に残った液状還元剤を除去することができる。
【００２０】
請求項９に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、液状還元剤の噴射を開始するときに、空気の供給を開始させた後に液状還元剤の供給を開始させる。これにより、二重管構造内に液状還元剤のみが供給される状況を避け、二重管構造内に液状還元剤が析出してしまうことを防ぐことができる。
【００２１】
請求項１０に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、排気ガス通路内の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御する。これにより、機関負荷や排気ガス性状、また液状還元剤の噴射状況に応じて、液状還元剤の噴射量を適正化することができる。
【００２２】
請求項１１に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、排気ガス通路内の噴射ノズルの下流側の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御する。これにより、液状還元剤の噴射過多を検出することができ、脱硝触媒に対する液状還元剤の噴射量を適正化することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のＳＣＲ脱硝装置によれば、内燃機関の排気ガスを通す排気ガス通路に設けた脱硝触媒と、排気ガス通路における脱硝触媒の上流側に設けられ、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガス通路内に噴射する噴射ノズルと、噴射ノズルに接続され、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管と、を備えることによって、脱硝触媒へ安定して還元剤を供給することができる。
【００２４】
また、噴射ノズルは、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガスの流れ方向の略直角方向に噴射するものとすることによって、脱硝触媒へ到達する間に還元剤の加水分解をより確実に行うことができ、脱硝処理を安定かつ効果的に行うことができる。
【００２５】
また、噴射ノズルは、複数の噴射孔を有し、複数の噴射孔は、排気ガス通路の内面と噴射ノズル間が予め定められた距離を確保できる位置に設けることによって、液状還元剤が排気ガス通路に直接到達することを防ぎ、排気ガス通路に析出し脱硝効果を損ねたり、通路抵抗が大きくなったりすることを防止することができる。
【００２６】
また、噴射ノズルは、二重管の内側から供給される液状還元剤と外側から供給される空気とを上流側で混合した後、下流側で排気ガス通路内に噴射することによって、空気と混合された液状還元剤を安定して噴射することができ、脱硝処理を安定かつ効果的に行うことができる。
【００２７】
また、噴射ノズルは、二重管の内管に接続される噴射ノズル内管と、二重管の外管に接続される噴射ノズル外管と、を組み合わせた二重構造を有し、噴射ノズル内管の周囲には噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とを繋ぐ内部孔が設けられ、噴射ノズル外管の周囲には噴射ノズル外管と排気ガス通路とを繋ぐ外部孔が設けられ、噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とは単一の固定部材により同軸上に固定されていることによって、噴射ノズル外管の内面と噴射ノズル内管の外面とによって形成される空気の通路の幅がより均一となり、複数方向への液状還元剤の噴射をより均一に行うことができる。これにより、脱硝触媒へ到達する間に還元剤の加水分解をより確実に行うことができ、脱硝処理を安定かつ効果的に行うことができる。
【００２８】
また、本発明のＳＣＲ脱硝装置の制御装置によれば、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射する構成において、液状還元剤の噴射を停止するときに、液状還元剤の供給を停止させた後に空気の供給を停止させることによって、脱硝処理の停止時に、二重管構造の外側から供給される空気によって噴射ノズルや二重管構造の内側に残った液状還元剤を除去することができる。これにより、配管内での還元剤の析出が抑制され、析出による配管系の詰まりを防止することができる。
【００２９】
また、本発明のＳＣＲ脱硝装置の制御装置によれば、外側を空気が通り、内側をタンクから供給された液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射する構成において、二重管構造に液状還元剤をタンクに戻す帰還配管の途中に設けられたバルブを制御し、液状還元剤の噴射を停止するときに、バルブを開とすることによって、脱硝処理の停止時に、二重管構造を通って供給される空気によって二重管構造内の液状還元剤をタンクへ戻すことができる。これにより、配管系での還元剤の析出が抑制され、析出による配管系の詰まりを防止することができる。
【００３０】
また、本発明のＳＣＲ脱硝装置の制御装置によれば、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射する構成において、二重管構造内の液状還元剤を吸引する吸引手段によって、液状還元剤の噴射を停止するときに、二重管構造内の液状還元剤を吸引させることによって、脱硝処理の停止時に、二重管構造の内側に残った液状還元剤を除去することができる。これにより、配管系での還元剤の析出が抑制され、析出による配管系の詰まりを防止することができる。
【００３１】
また、本発明のＳＣＲ脱硝装置の制御装置によれば、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射する構成において、液状還元剤の噴射を開始するときに、空気の供給を開始させた後に液状還元剤の供給を開始させることによって、二重管構造内に液状還元剤のみが供給される状況を避け、二重管構造内に液状還元剤が析出してしまうことを防ぐことができる。
【００３２】
また、本発明のＳＣＲ脱硝装置の制御装置によれば、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射する構成において、排気ガス通路内の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御することによって、機関負荷や排気ガス性状、また液状還元剤の噴射状況に応じて、脱硝処理に必要な液状還元剤の噴射量を適正化することができる。
【００３３】
また、排気ガス通路内の噴射ノズルの下流側の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御することによって、液状還元剤の噴射過多を検出することができ、脱硝処理に必要な液状還元剤の噴射量に適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における脱硝装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における脱硝装置のシステム構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における配管及び噴射ノズルの構造を示す断面図である。
【図４】第２の実施の形態における配管及び噴射ノズルの構造を示す断面図である。
【図５】第３の実施の形態における配管及び噴射ノズルの構造を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態における噴射ノズル外管の構造を示す断面図である。
【図７】第３の実施の形態における噴射ノズル内管の構造を示す断面図である。
【図８】噴射ノズルの構造と脱硝率との関係を示す図である。
【図９】排気ガス通路の断面形状に適した噴射方向との関係を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態における脱硝処理の開始シーケンスのフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態における脱硝処理の停止シーケンスのフローチャートである。
【図１２】他の実施の形態における脱硝装置のシステム構成を示す図である。
【図１３】他の実施の形態における脱硝処理の停止シーケンスのフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態における脱硝処理のシーケンスのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態における上流側温度センサ及び下流側温度センサの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を、図面に従って説明する。図１は、ディーゼルエンジンやガスタービン、例えば船舶用ディーゼル機関の脱硝装置１００の概略の透視斜視図である。脱硝装置１００は、排気ガス通路１０、脱硝触媒１２、還元剤供給部１４及び噴射ノズル１６を含んで構成される。脱硝装置１００は、ディーゼルエンジンやガスタービン等の排気ガスを通す排気ガス通路１０の一部を構成する。
【００３６】
排気ガス通路１０は、内燃機関等から排出される排気ガスを通すガス流路である。排気ガス通路１０は、一般的に、ステンレス等の金属部材からなる管状部材であり、内燃機関等の排気バルブに接続される。
【００３７】
脱硝触媒１２は、排気ガス中に含まれる窒素化合物（ＮＯｘ）をアンモニアと反応させて分解するための触媒である。脱硝触媒１２は、チタン・バナジウム系の金属が用いられる。例えば、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）を活性成分にした酸化チタンＴｉＯ2系触媒が使用される。脱硝触媒１２は、化学式（１）で表されるアンモニア等の還元剤と排気ガス中の窒化化合物（ＮＯｘ）との反応を促進する。脱硝触媒１２は、排気ガス通路１０内に配置される。脱硝触媒１２は、その反応面積を広くするために平板や触媒の細管を束ねた構造とすることが好ましい。例えば、ハニカム構造とすることが好適である。
【００３８】
還元剤供給部１４は、図２に示すように、尿素タンク２０、ポンプ２２、尿素バルブ２４、コンプレッサ２６、空気バルブ２８及び配管３０を含んで構成される。還元剤供給部１４は、噴射ノズル１６を介して尿素（尿素水）と空気とを排気ガス通路１０へ供給するために設けられる。なお、本実施の形態では、尿素（尿素水）を還元剤として排気ガス通路１０内へ噴射し、化学式（２）で表される分解反応により生ずるアンモニアを脱硝触媒１２の表面に供給する構成としている。ただし、還元剤は尿素（尿素水）に限定されるものではない。
【００３９】
尿素タンク２０は、尿素水（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）を蓄えるタンクである。ポンプ２２は、尿素タンク２０と噴射ノズル１６とを接続する配管３０の途中に設けられる。ポンプ２２は、尿素タンク２０に蓄えられている尿素水に圧力を与え、配管３０及び噴射ノズル１６を介して排気ガス通路１０へ尿素水を供給する。尿素バルブ２４は、配管３０のポンプ２２の下流に設けられ、ポンプ２２によって加圧された尿素水の噴射ノズル１６への供給・遮断を行う。
【００４０】
コンプレッサ２６は、噴射ノズル１６に繋がる配管３０の途中に設けられる。コンプレッサ２６は、空気を加圧して配管３０を介して噴射ノズル１６へ供給する。なお、脱硝装置１００を船舶に搭載する場合には、コンプレッサ２６の代わりに船舶に設けられている空気配管の空気を利用してもよい。空気バルブ２８は、配管のコンプレッサ２６の下流に設けられ、コンプレッサ２６によって加圧された空気の噴射ノズル１６への供給・遮断を行う。
【００４１】
制御部３２は、ポンプ２２、尿素バルブ２４、コンプレッサ２６及び空気バルブ２８を統合的に制御する。制御部３２は、メモリを備えたコンピュータにより構成することができる。制御部３２は、脱硝装置１００の各部に配置した圧力センサ、流量センサ、温度センサ、液面センサ等の出力を受けて、ポンプ２２、コンプレッサ２６の回転数や尿素バルブ２４、空気バルブ２８の開閉・開度を制御することによって、脱硝触媒１２での排気ガスの脱硝処理を制御する。
【００４２】
図３〜図７に、還元剤供給部１４の配管３０及び噴射ノズル１６の断面構造を示す。配管３０は、図３〜図７に示すように、外管３０ａ及び内管３０ｂを備えた二重管構造とされる。すなわち、配管３０は、外管３０ａ内に外管３０ａの内径よりも小さな外形を有する内管３０ｂが挿入された構造を有する。外管３０ａ及び内管３０ｂは、ステンレス等の耐腐食性が高い金属で構成することが好適である。内管３０ｂ内の空間が尿素水の通路となり、外管３０ａの内面と内管３０ｂの外面との間の空間が空気の通路とされる。
【００４３】
噴射ノズル１６は、還元剤供給部１４から排気ガス通路１０へ尿素水を噴射するためのノズルである。噴射ノズル１６は、配管３０の先端部を加工して形成され、又は配管３０の先端部に他部材を接続して構成される。噴射ノズル１６は、排気ガス通路１０内の脱硝触媒１２よりも上流側に配設される。噴射ノズル１６は、配管３０の外管３０ａ及び内管３０ｂによって供給される尿素水と空気とを混合させて、その供給圧力によって排気ガス通路１０へ予め空気と混合された尿素水を噴射する。
【００４４】
図３は、第１の実施の形態における配管３０及び噴射ノズル１６の断面図を示す。第１の実施の形態における噴射ノズル１６は、配管３０の外管３０ａ及び内管３０ｂをそのまま延設させ、内管３０ｂの先端面１６ａを外管３０ａの先端面１６ｂより上流側に後退させた構造を有する。また、外管３０ａの外面から内面まで貫くネジ穴（タップ穴）を形成し、外管３０ａの内面と内管３０ｂの外面との間隙が全周に亘って略均一となるようにネジ１６ｃにより固定する。なお、第１の実施の形態における噴射ノズル１６は、その先端の噴射口が脱硝触媒１２に向くように配置することが好ましい。
【００４５】
第１の実施の形態における噴射ノズル１６では、内管３０ｂ内の通路を介して供給された尿素水が、内管３０ｂと外管３０ａとの間の通路を介して供給される空気によって押し出され、排気ガス通路１０内に噴射される。このとき、内管３０ｂの先端面１６ａを外管３０ａの先端面１６ｂより後退させた構造としているため、予め尿素と空気が混合された状態で排気ガス中に噴射され、排気ガス中に安定して均一に尿素水を供給できる。また、この先端面１６ａを先端面１６ｂより後退させた構造により、先端面１６ｂが排気ガスからの伝熱や排気ガス通路１０からの輻射熱の影響が緩和されるため、温度上昇に伴う尿素水の析出が防止できる。さらに、内管３０ｂと外管３０ａとの間の通路を介して供給される空気によって、内管３０ｂ内を通る尿素水が排気ガスに対して断熱され、内管３０ｂ内にも尿素水が析出することがない。
【００４６】
図４は、第２の実施の形態における配管３０及び噴射ノズル１６の断面図を示す。第２の実施の形態における噴射ノズル１６は、配管３０の外管３０ａ及び内管３０ｂをそのまま延設させ、内管３０ｂの先端部の周囲に内管３０ｂの外面から内面を貫く内部孔１６ｄを設け、外管３０ａの先端部の周囲に外管３０ａの外面から内面を貫く外部孔１６ｅを設けた構成を有する。内部孔１６ｄ及び外部孔１６ｅは、それぞれ少なくとも１つ以上設け、それぞれ４つ以上設けることが好適である。ただし、内部孔１６ｄ及び外部孔１６ｅを必ずしも同数設ける必要はない。また、外管３０ａ及び内管３０ｂの先端の開口部がそれぞれ封止部材１６ｆ，１６ｇにより塞がれる。
【００４７】
噴射ノズル１６は、先端部を排気ガス通路１０の下流側に配置された脱硝触媒１２へ向けて配設される。すなわち、外部孔１６ｅが排気ガス通路１０の内面に向けられるように噴射ノズル１６を排気ガス通路１０内に配置する。
【００４８】
第２の実施の形態における噴射ノズル１６では、内管３０ｂ内の通路を介して供給された尿素水が内部孔１６ｄを通って内管３０ｂと外管３０ａとの間の通路を介して供給される空気と混合され、尿素水又は空気の圧力によって外部孔１６ｅから押し出されて排気ガス通路１０内に噴射される。このとき、外管３０ａの外周部に外部孔１６ｅを設けているので、尿素水は排気ガスの流れ方向の略直角方向に噴射される。
【００４９】
図５は、第３の実施の形態における配管３０及び噴射ノズル１６の断面図を示す。第３の実施の形態における噴射ノズル１６は、配管３０の外管３０ａ及び内管３０ｂに接続される噴射ノズル外管４０及び噴射ノズル内管４２を含んで構成される。
【００５０】
第３の実施の形態における配管３０では、外管３０ａの先端部に固定部材３０ｃが溶接等で接続される。固定部材３０ｃは、内面にネジ溝が設けられ、外管３０ａに噴射ノズル１６を接続するために用いられる。また、内管３０ｂの先端部の外面にも噴射ノズル１６を接続するためのネジ溝が設けられる。
【００５１】
噴射ノズル外管４０は、図６の断面図に示すように、筒状部材で構成される。図６（ｂ）は、ラインＡ−Ａに沿った断面を示し、図６（ｃ）は、ラインＢ−Ｂに沿った断面を示す。また、図６では、先端部４０ａ及び後端部４０ｂの外形が円柱形状であり、中間部４０ｃの外形が６角柱状であり、先端部４０ａ、中間部４０ｃ及び後端部４０ｂの内部が連通する円筒状に形成された噴射ノズル外管４０の例を示している。
【００５２】
先端部４０ａには、端面を軸方向に貫通する固定用孔４０ｄが設けられる。後端部４０ｂの外周は、配管３０の外管３０ａに接続された固定部材３０ｃに取り付けるためのネジ溝４０ｅに加工される。さらに、中間部４０ｃには、外面から内面まで貫く外部孔４０ｆが設けられる。外部孔４０ｆは、少なくとも１つ以上設け、４つ以上設けることが好適である。図６の例では、６角柱形状の中間部４０ｃの各外面にそれぞれ１つずつ、等角度間隔（６０°毎）に外部孔４０ｆを設けている。
【００５３】
噴射ノズル内管４２は、図７の断面図に示すように、筒状部材で構成される。図７（ｂ）は、ラインＣ−Ｃに沿った断面を示す。図７は、円筒部材を加工して形成した噴射ノズル内管４２の例を示している。
【００５４】
噴射ノズル内管４２は、噴射ノズル外管４０内にできるだけ隙間無く嵌め合わされるような筒状部材において、その先端部４２ａを残して外面に軸方向に沿って帯状の凹部４２ｂを有する形状に加工される。凹部４２ｂには、噴射ノズル内管４２の外面から内面まで貫く内部孔４２ｃが設けられる。内部孔４２ｃは、少なくとも１つ以上設け、４つ以上設けることが好適である。図７の例では、噴射ノズル内管４２の外周に亘って凹部４２ｂを６ヶ所設け、凹部４２ｂにそれぞれ１つずつ、等角度間隔（６０°毎）で内部孔４２ｃを設けている。また、先端部４２ａには、軸方向に固定用ネジ孔４２ｄを加工する。後端部４２ｅの内面には、配管３０の内管３０ｂの先端部の外周に形成されたネジ溝に嵌合させるためのネジ溝４２ｆを加工する。
【００５５】
噴射ノズル内管４２は、後端部４２ｅの内面に設けられたネジ溝４２ｆと配管３０の内管３０ｂの先端部の外周に形成されたネジ溝とによって、内管３０ｂの先端に取り付けられる。これにより、内管３０ｂの内部通路と噴射ノズル内管４２の内部通路とが連通される。次に、噴射ノズル外管４０は、後端部４０ｂの外面に設けられたネジ溝４０ｅと配管３０の外管３０ａに連通する固定部材３０ｃの内面に設けられたネジ溝とによって、外管３０ａの先端に取り付けられる。このとき、外部孔４０ｆの周上の位置（角度）と、内部孔４２ｃ（凹部４２ｂ）の周上の位置（角度）とが一致するように噴射ノズル外管４０を取り付ける。これにより、外管３０ａの内面と内管３０ｂの外面とによって形成される通路と、噴射ノズル外管４０の内面と噴射ノズル内管４２の凹部４０ｂの外面とによって形成される通路とが連通される。このような状態において、噴射ノズル外管４０の先端部外側から固定用孔４０ｄを通じて噴射ノズル内管４２の固定用ネジ孔４２ｄにネジ４４を締め付けることによって、噴射ノズル外管４０と噴射ノズル内管４２とを固定して噴射ノズル１６が構成される。
【００５６】
また、噴射ノズル１６は、その先端部を排気ガス通路１０の下流側に配置された脱硝触媒１２へ向けて配設される。すなわち、外部孔４０ｆが排気ガス通路１０の内面に向けられるように噴射ノズル１６を排気ガス通路１０内に配置する。
【００５７】
第３の実施の形態における噴射ノズル１６では、内管３０ｂ及び噴射ノズル内管４２内の通路を介して供給された尿素水が、内部孔４２ｃを通って内管３０ｂと外管３０ａとの間の通路及び噴射ノズル外管４０の内面と噴射ノズル内管の凹部４０ｂの外面とによって形成される通路を介して供給される空気と混合され、尿素水又は空気の圧力によって外部孔４０ｆから押し出されて排気ガス通路１０内に噴射される。このとき、噴射ノズル外管４０の外周部に外部孔４０ｆを設けているので、尿素水は排気ガスの流れ方向の略直角方向に噴射される。
【００５８】
第１から第３の実施の形態における噴射ノズル１６及び配管３０は、外管３０ａ及び内管３０ｂのように二重管構造を有している。ここで、内管３０ｂを通って供給した尿素水を、外管３０ａを通って供給する空気の圧力によって排気ガス通路１０内に噴射する、または、キャブレターのように、空気の流速を速くすることにより、内部孔１６ｅ、４２ｃ付近の圧力を低下させ、内管３０ｂ内の尿素水を引き出して排気ガス通路１０内に噴霧することによって、排気ガス通路１０内に尿素水を従来より均一に供給することが可能となる。
【００５９】
なお、第２及び第３の実施の形態において略直角方向とは、排気ガスの流れ方向に対する角度θが６０°以上１２０°以下の角度とする。角度θが６０°以上９０°未満とすることは、尿素水が排気ガスの流れに沿った速度成分をもって噴射されることを意味し、角度θが９０°より大きく１２０°以下とすることは、尿素水が排気ガスの流れに逆らった速度成分をもって噴射されることを意味する。特に、噴射された尿素水が排気ガス通路１０の内面に直接当たらないような角度θとすることがより好適である。噴射の角度θは、外部孔１６ｅ又は外部孔４０ｆを傾けて形成することによって調整することができる。
【００６０】
図８は、第１及び第３の実施の形態における噴射ノズル１６を用いて脱硝処理を行ったときの当量比と脱硝率との関係を示す。図８において、実線は理想値を示し、三角印は第１の実施の形態における噴射ノズル１６を用いたときの脱硝率、四角印は第３の実施の形態において外部孔４０ｆを４カ所に設けた噴射ノズル１６を用いたときの脱硝率、丸印は第３の実施の形態において外部孔４０ｆを６カ所に設けた噴射ノズル１６を用いたときの脱硝率を示す。また、第３の実施の形態における噴射ノズル１６の噴射の角度θは９０°とした。
【００６１】
図８に示されるように、第１の実施の形態における噴射ノズル１６を用いたときに比べて、第３の実施の形態における噴射ノズル１６を用いたときに脱硝率は理想値に近くなった。また、噴射ノズル１６の外部孔４０ｆの数が増加するにつれて脱硝率は理想値に近くなった。これは、排気ガスの流れ方向の略直角方向に尿素水を噴射することによって、尿素水をより確実にアンモニアに加水分解させることができるためと考えられる。なお、第２の実施の形態における噴射ノズル１６を用いた場合、第３の実施の形態における噴射ノズル１６を用いた場合よりも脱硝率は僅かに低くなる。
【００６２】
また、配管３０によって供給される尿素水の供給圧力を空気の供給圧力よりも高くすることによって、内部孔１６ｄ又は内部孔４２ｃを通じて尿素水の通路側から空気の通路側に尿素水が供給されるが、空気の通路側から尿素水の通路側に空気が逆流することを防ぐことができる。一方、配管３０によって供給される空気の供給圧力を尿素水の供給圧力よりも高くした場合であっても、外管３０ａと内管３０ｂの隙間を調整することにより、空気側の速度増加に伴う静圧減少により、キャブレターのように空気と尿素水の静圧差を利用して、内部孔１６ｄ又は内部孔４２ｃを通じて空気の通路側に尿素水を吸い出し、さらに外部孔１６ｅ又は外部孔４０ｆから噴射させることもできる。これにより、予め空気と混合された尿素水を排気ガス通路１０内に適切に噴射させることができる。
【００６３】
また、内部孔１６ｄ及び内部孔４２ｃは、図４及び図５に示すように、外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆより空気及び尿素水の供給の上流側に設けることが好ましい。これにより、上流側の内部孔１６ｄ又は内部孔４２ｃから空気の通路側に供給され、予め空気と混合された尿素水を、内部孔１６ｄ又は内部孔４２ｃより下流側にある外部孔１６ｅ又は外部孔４０ｆから排気ガス中にスムーズに均一に噴射させることができる。
【００６４】
また、第３の実施の形態における噴射ノズル１６では、噴射ノズル外管４０の先端部に設けられた固定用孔４０ｄを通じて噴射ノズル内管４２の固定用ネジ孔４２ｄにネジ４４を締め付けることによって、噴射ノズル外管４０と噴射ノズル内管４２とを固定している。このように、噴射ノズル外管４０と噴射ノズル内管４２とを同軸上に単一部材（ネジ４４）で固定することによって、噴射ノズル外管４０の内面と噴射ノズル内管４２の凹部４０ｂの外面とによって画定される隙間が噴射ノズル内管４２の周囲に亘って均一とすることができる。さらに、噴射ノズル内管４２の一部（先端部４２ａ）を噴射ノズル外管４０内にできるだけ隙間無く嵌め合わされるような外径のまま残すことによって、噴射ノズル内管４２を噴射ノズル外管４０内に嵌め合わせた際に噴射ノズル外管４０の内面と噴射ノズル内管４２の凹部４０ｂの外面とによって画定される隙間を噴射ノズル内管４２の周囲に亘ってより均一にすることができる。これにより、噴射ノズル外管４０の周囲に設けられた各外部孔４０ｆから噴射される尿素水の噴射量を更に均一にすることかできる。
【００６５】
また、第２の実施の形態及び第３の実施の形態における噴射ノズル１６に複数の外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを設ける場合、排気ガス通路１０の内面と噴射ノズル１６と間の距離が予め定められた値以上となるような位置に外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを設けることが好ましい。予め定められた値は、排気ガス通路１０内に噴射された尿素水が液状のまま排気ガス通路１０の内面に直接到達しない距離とする。すなわち、噴射ノズル１６と排気ガス通路１０の内面との距離が所定距離が確保できる位置に外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを設け、尿素水の噴射圧力を排気ガス通路１０の内面に液状のまま到達しない値とすることが好ましい。これにより、尿素水が排気ガス通路１０に直接到達し、排気ガス通路１０の内面に液状の尿素水が付着することを防ぐことができる。尿素水が排気ガス通路１０の内面に付着するとアンモニアの生成量が減少し脱硝効果を損ねたり、通路抵抗が大きくなったり、また排気ガス通路１０が腐食するおそれがあり、これを防止することができる。また、噴射ノズル１６と排気ガス通路１０の内面との距離が所定距離が確保できる位置に外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを設けなかった場合に比べて、より広い範囲に尿素水を噴射することができ、尿素水をより均一に脱硝触媒１２へ供給することができる。
【００６６】
また、このような制限の範囲内においては、複数の外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを等角度に設けることが好ましい。これにより、噴射される尿素水を均一に脱硝触媒１２へ供給することができる。
【００６７】
例えば、図９（ａ）に示すように排気ガス通路１０の断面が円である場合、噴射ノズル１６を排気ガス通路１０の中心軸上に配置すると、排気ガス通路１０の内面と噴射ノズル１６と間の距離は常に一定であるので、外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを等角度（図中の矢印方向）に設けることが好ましい。また、図９（ｂ）又は図９（ｃ）に示すように排気ガス通路１０の断面が正方形又は長方形である場合、噴射ノズル１６を排気ガス通路１０の中心軸上に配置すると、排気ガス通路１０の断面の対角線上（図中の矢印方向）が最も排気ガス通路１０の内面と噴射ノズル１６と間の距離が大きくなるので、この方向に尿素水が噴射されるように外部孔１６ｅ及び外部孔４０ｆを配置することが好ましい。
【００６８】
次に、脱硝処理の開始のシーケンス及び脱硝処理の停止のシーケンスについて説明する。図１０は、脱硝処理の開始のシーケンスを示すフローチャートである。
【００６９】
初期状態において、コンプレッサ２６及びポンプ２２は停止状態であり、空気バルブ２８及び尿素バルブ２４は閉状態である。制御部３２は、設定部３２ａから脱硝処理の開始指示を受けると、コンプレッサ２６を起動し、空気を配管３０の外管３０ａと内管３０ｂとの間の通路へ供給する（ステップＳ１０）。次に、空気の供給圧力が予め定められた値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。空気の供給圧力は、配管３０に設けられた圧力センサ（図示しない）によって測定することができる。所定時間経過しても空気の供給圧力が予め定められた値より小さい場合、コンプレッサ２６に異常が発生しているものとして脱硝処理を終了する（ステップＳ１４）。空気の供給圧力が予め定められた値以上であれば、空気バルブ２８を開状態とする（ステップＳ１６）。これにより、まず空気のみが排気ガス通路１０内に噴射される。続いて、尿素タンク２０内の尿素水の残量が予め定められた値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１８）。尿素タンク２０内の尿素水の残量は、尿素タンク２０に設けられた液面センサや重量センサ等（図示しない）によって測定することができる。尿素タンク２０内の尿素水の残量が予め定められた値より小さい場合、脱硝処理が不可能であるとして脱硝処理を終了する（ステップＳ１４）。尿素タンク２０内の尿素水の残量が予め定められた値以上である場合、ポンプ２２を起動し、配管３０の内管３０ｂに尿素水を供給する（ステップＳ２０）。次に、尿素水の供給圧力が予め定められた値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。尿素水の供給圧力は、配管３０に設けられた圧力センサ（図示しない）によって測定することができる。尿素水の供給圧力が予め定められた値より小さい場合、ポンプ２２に異常が発生しているものとして脱硝処理を終了する（ステップＳ１４）。尿素水の供給圧力が予め定められた値以上であれば、尿素バルブ２４を開状態とする（ステップＳ２４）。これにより、既に供給されている空気と尿素水とが混合された状態で排気ガス通路１０内に噴射され、排気ガスの脱硝処理が開始される。
【００７０】
このような開始のシーケンスとすることによって、二重管構造である配管３０内に液状還元剤のみが供給される状態となることがなくなり、配管３０内での尿素の析出が抑制され、配管３０が詰まってしまうことを防ぐことができる。
【００７１】
ここで、空気の供給量及び尿素水の供給量は、それぞれコンプレッサ２６の圧力設定値やポンプ２２の回転数を制御することによって調整することができる。
【００７２】
また、尿素バルブ２４の開時間と閉時間との比（デューティ比）を制御することによって尿素水の供給量を調整することもできる。同様に、空気バルブ２８の開時間と閉時間との比（デューティ比）を制御することによって空気の供給量を調整することもできる。
【００７３】
また、尿素バルブ２４を開閉制御のみが可能なバルブではなく、開度制御が可能なバルブとし、尿素バルブ２４の開度を制御することによって尿素水の供給量を調整してもよい。同様に、空気バルブ２８を開閉制御のみが可能なバルブではなく、開度制御が可能なバルブとし、空気バルブ２８の開度を制御することによって空気の供給量を調整してもよい。
【００７４】
例えば、配管３０に尿素水の流量を測定する流量センサ（図示しない）を設け、流量センサの測定値に応じてポンプ２２の回転数、尿素バルブ２４のデューティ比、尿素バルブ２４の開度の少なくとも１つをフィードバック制御することによって尿素水の供給量を適正値に調整することができる。同様に、配管３０に空気の流量を測定する流量センサ（図示しない）を設け、流量センサの測定値に応じてコンプレッサ２６の圧力設定値、空気バルブ２８のデューティ比、空気バルブ２８の開度の少なくとも１つをフィードバック制御することによって空気の供給量を適正値に調整することができる。また、コンプレッサ２６として、連続的にモータ回転数を制御できるインバータ内蔵のスクロール式のコンプレッサを用いた場合、流量センサの測定値に応じて、回転数をフィードバック制御することにより、所定の空気流量を得ることも可能である。
【００７５】
図１１は、脱硝処理の停止のシーケンスを示すフローチャートである。初期状態において、コンプレッサ２６及びポンプ２２は運転状態であり、空気バルブ２８及び尿素バルブ２４は開状態である。制御部３２は、設定部３２ａから脱硝処理の停止指示を受けると、ポンプ２２を逆回転させる（ステップＳ３０）。これにより、配管３０の内管３０ｂ内に残留する尿素水が尿素タンク２０へ逆流して回収される。配管３０内の尿素水が回収されるために十分な時間が経過後、尿素バルブ２４を閉状態とする（ステップＳ３２）。続いて、ポンプ２２及びコンプレッサ２６を停止させ（ステップＳ３４）、空気バルブ２８を閉状態とする（ステップＳ３６）。
【００７６】
また、図１２のように、配管３０の内管３０ｂから尿素タンク２０へと繋がる帰還配管５０を設け、帰還配管５０の途中に帰還バルブ５２を配置した脱硝装置１００を用いてもよい。この場合、図１３に示す脱硝処理の脱硝処理の停止のシーケンスのフローチャートに沿って処理を行う。
【００７７】
初期状態において、コンプレッサ２６及びポンプ２２は運転状態であり、空気バルブ２８及び尿素バルブ２４は開状態、帰還バルブ５２は閉状態である。制御部３２は、設定部３２ａから脱硝処理の停止指示を受けると、ポンプ２２を停止させる（ステップＳ４０）。次に、帰還バルブ５２を開状態とする（ステップＳ４２）。これによって、配管３０の外管３０ａに供給される空気が内管３０ｂ内に逆流し、内管３０ｂ内に残留する尿素水が尿素タンク２０へ回収される。外管３０ａから３０ｂへの空気の逆流は、外部孔１６ｅや外部孔４０ｆを有した第２あるいは第３の実施形態で顕著である。配管３０内の尿素水が回収されるために十分な時間が経過後、尿素バルブ２４を閉状態（ステップＳ４４）、帰還バルブ５２を閉状態（ステップＳ４６）とし、空気バルブ２８を閉状態（ステップＳ４８）とし、コンプレッサ２６を停止させる（ステップＳ５０）。
【００７８】
以上のような脱硝処理の停止のシーケンスを行うことによって、配管３０内に尿素水が残留しないようにすることができる。これによって、配管３０内での尿素の析出が抑制され、配管３０が詰まってしまうことを防ぐことができる。詳しくは、噴射ノズル１６と二重管を構成する内管５２内の尿素の残留を防ぐことができ、また内管に接続された尿素タンク２０に至る他の配管系の尿素の残留も設定によっては可能である。また、コンプレッサ２６は、通常運転時の空気の供給及び尿素水の回収の２つの機能を果たすことができる。
【００７９】
なお、帰還バルブ５２は、尿素バルブ２４と組み合わされた切替バルブとしてもよい。この場合、帰還バルブ５２と尿素バルブ２４としてのバルブの開閉が排他的に行われるものとすることが好ましい。
【００８０】
次に、脱硝処理中の制御について説明する。図１４は、脱硝処理中の制御のフローチャートを示す。ここでは、図１５に示すように、排気ガス通路１０内の噴射ノズル１６の上流側及び下流側に設けられた上流側温度センサ３４及び下流側温度センサ３６の少なくとも１つを用いて尿素水の噴射量を調整する制御を行う。
【００８１】
まず、上流側温度センサ３４によって、排気ガス通路１０内の噴射ノズル１６の上流側の温度を検知する（ステップＳ６０）。上流側温度センサ３４によって検知される温度は排気ガスの温度であり、検知された温度は制御部３２に出力される。次に、制御部３２は、予め設定部３２ａに登録されている排気ガス温度と尿素水を適正噴射量とするポンプ２２の回転数との関係を示すデータ（テーブル、マップ又は関係式）に基づいて、ステップＳ６０で得られた排気ガスの温度に対応するポンプ２２の回転数を決定する（ステップＳ６２）。制御部３２は、ステップＳ６２で決定された回転数となるようにポンプ２２を制御する（ステップＳ６４）。これによって、噴射ノズル１６から噴射される尿素水の量が調整される。排気ガスの温度は機関負荷や排気ガスの発生状況を代表し得るので、結果的に排気ガスの量及び性状を推定でき、この処理によって排気ガスの量及び性状に応じた尿素水の適正噴射量に調整することができる。なお、ステップＳ６２及びＳ６４の処理を行うことによって、制御部３２は比較部３２ｂとして機能する。脱硝処理中は、ステップＳ６０〜Ｓ６４の処理を繰り返すことによって、排気ガスの温度の変化があれば尿素水を適正な噴射量に調整し続ける。上述したように、排気ガス温度に応じた制御はポンプの回転数制御によって行われ、即座に尿素水が適正量噴射されるため、間接的に行う方法と比較し機関負荷の変化に迅速に対応できる。
【００８２】
また、上流側温度センサ３４の代わりに、噴射ノズル１６の下流側に配置した下流側温度センサ３６を用いて上記処理を行ってもよい。また、上流側温度センサ３４の検知温度と下流側温度センサ３６の検知温度との差を求め、その差が予め定められた基準値を超えた場合には上流側温度センサ３４及び下流側温度センサ３６の少なくとも１つが故障しているものとして警告を出力する構成としてもよい。
【００８３】
具体例として、排気ガスの量が増加すると、排気ガス通路１０内の温度は上昇するので、上流側温度センサ３４又は下流側温度センサ３６の検知温度が上昇するにつれてポンプ２２の回転数を増加させるようなテーブルを予め記憶させておき、検知温度が上昇するにつれてポンプ２２の回転数を増加させることによって尿素水の噴射量を増加させる。このような処理によって、排気ガスの増加に伴って供給される尿素水の量を増加させることができ、排気ガス量に応じた脱硝処理を行うことができる。
【００８４】
また、尿素水の噴射量が増えすぎると、尿素水の熱容量による影響や、噴射された尿素水が下流側温度センサ３６に液状に付着することにより、下流側温度センサ３６の検知温度が低下する。そこで、下流側温度センサ３６の検知温度が所定の基準値以下となった場合にポンプ２２の回転数を低減させるようなテーブルを予め記憶させておき、下流側温度センサ３６の検知温度がその基準値以下となった場合にポンプ２２の回転数を低減させることによって尿素水の噴射量を少なくしてもよい。また、下流側温度センサ３６の検知温度が所定の基準値よりも低下した場合、尿素水の噴射量が多すぎることを示す警告を出力する処理を行ってもよい。このような処理によって、尿素水が液状のまま脱硝触媒１２やその周辺の排気ガス通路１０の内面に付着することを防ぐことができ、尿素水の析出、構成部材の腐食、脱硝触媒１２の劣化等を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上の実施形態は、船舶用のディーゼル機関の排気ガスの処理に適用することができるがこれに限定されるものではなく、他の移動体、例えば鉄道車両、自動車等についても適用することができる。また、ディーゼル機関以外の間欠燃焼を行う機関（直噴式のオットー機関等）についても適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  排気ガス通路、１２  脱硝触媒、１６  噴射ノズル、２０  尿素タンク、３０  配管、３０ａ  外管、３０ｂ  内管、３２  制御部、３４  上流側温度センサ、３６  下流側温度センサ、４０  噴射ノズル外管、４２  噴射ノズル内管、５２  帰還バルブ、１００  脱硝装置。
【図１】
2010281275.tif 000003
【図２】
2010281275.tif 000004
【図３】
2010281275.tif 000005
【図４】
2010281275.tif 000006
【図５】
2010281275.tif 000007
【図６】
2010281275.tif 000008
【図７】
2010281275.tif 000009
【図８】
2010281275.tif 000010
【図９】
2010281275.tif 000011
【図１０】
2010281275.tif 000012
【図１１】
2010281275.tif 000013
【図１２】
2010281275.tif 000014
【図１３】
2010281275.tif 000015
【図１４】
2010281275.tif 000016
【図１５】
2010281275.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月9日(2010.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項７に対応したＳＣＲ脱硝装置の制御装置は、外側を空気が通り、内側をタンクから供給された液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、二重管構造にバルブを設け、液状還元剤の噴射を停止するときに、バルブを開とすることにより二重管構造に残留する液状還元剤を排出する。これにより、脱硝処理の停止時に、二重管構造を通って供給される空気によって二重管構造内に残留する液状還元剤を排出することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、本発明のＳＣＲ脱硝装置の制御装置によれば、外側を空気が通り、内側をタンクから供給された液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射する構成において、二重管構造にバルブを設け、液状還元剤の噴射を停止するときに、バルブを開とすることによって、脱硝処理の停止時に、二重管構造を通って供給される空気によって二重管構造に残留する液状還元剤を排出することができる。これにより、配管系での還元剤の析出が抑制され、析出による配管系の詰まりを防止することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを通す排気ガス通路に設けた脱硝触媒と、
排気ガス通路における脱硝触媒の上流側に設けられ、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガス通路内に噴射する噴射ノズルと、
噴射ノズルに接続され、外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管と、
を備えたことを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、予め空気と混合させた液状還元剤を排気ガスの流れ方向の略直角方向に噴射する構成としたことを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、複数の噴射孔を有し、
複数の噴射孔は、排気ガス通路の内面と噴射ノズル間が予め定められた距離を確保できる位置に設けられていることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、二重管の内側から供給される液状還元剤と外側から供給される空気とを上流側で混合した後、下流側で排気ガス通路内に噴射することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳＣＲ脱硝装置であって、
噴射ノズルは、
二重管の内管に接続される噴射ノズル内管と、二重管の外管に接続される噴射ノズル外管と、を組み合わせた二重構造を有し、
噴射ノズル内管の周囲には噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とを繋ぐ内部孔が設けられ、噴射ノズル外管の周囲には噴射ノズル外管と排気ガス通路とを繋ぐ外部孔が設けられ、
噴射ノズル内管と噴射ノズル外管とは単一の固定部材により同軸上に固定されていることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置。
【請求項６】
外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
液状還元剤の噴射を停止するときに、液状還元剤の供給を停止させた後に空気の供給を停止させることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項７】
外側を空気が通り、内側をタンクから供給された液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
二重管構造にバルブを設け、液状還元剤の噴射を停止するときに、バルブを開とすることにより二重管構造に残留する液状還元剤を排出することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項８】
外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
二重管構造内の液状還元剤を吸引する吸引手段によって、液状還元剤の噴射を停止するときに、二重管構造内の液状還元剤を吸引させることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項９】
外側を空気が通り、内側を液状還元剤が通る二重管構造を有し、予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
液状還元剤の噴射を開始するときに、空気の供給を開始させた後に液状還元剤の供給を開始させることを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項１０】
予め空気と混合させた液状還元剤を噴射ノズルから排気ガス通路内に噴射するＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
排気ガス通路内の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＳＣＲ脱硝装置の制御装置であって、
排気ガス通路内の噴射ノズルの下流側の温度を検出する温度検出手段から得られた排気ガス通路内の温度に基づいて液状還元剤の噴射量を制御することを特徴とするＳＣＲ脱硝装置の制御装置。