(57)【要約】【課題】エンジンから排出される排ガスへ注入量を制御して還元剤を注入する還元剤注入装置及びそれを適用した脱硝装置において、廉価な構成で且つ排ガスへの還元剤の注入量の制御値を最適なものとして脱硝率の低下や還元剤の外部排出を適切に抑制することができる技術を提供する。【解決手段】エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、エンジンに供給される燃焼用空気の湿度を検出する湿度検出手段とを備え、注入量制御手段が、湿度検出手段で検出される燃焼用空気の湿度が高いほど還元剤の注入量を減少させ、且つ、負荷検出手段で検出されるエンジンの負荷が高いほど燃焼用空気の湿度上昇に対する還元剤の注入量の減少割合を拡大させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排ガスに還元剤を注入する還元剤注入部と、
前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置であって、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記エンジンに供給される燃焼用空気の湿度を検出する湿度検出手段とを備え、
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、且つ、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が高いほど前記燃焼用空気の湿度上昇に対する前記還元剤の注入量の減少割合を拡大させる還元剤注入装置。
【請求項２】
前記注入量制御手段が、前記負荷検出手段及び前記湿度検出手段の検出結果に拘らず前記還元剤の注入量を所定の最低注入量以上に制限する請求項１に記載の還元剤注入装置。
【請求項３】
前記最低注入量が、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が低負荷域となるときに、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度に関係なく前記排ガス中の窒素酸化物を処理可能な前記還元剤の注入量に設定されている請求項２に記載の還元剤注入装置。
【請求項４】
前記最低注入量が、前記エンジンの負荷が高いほど多くなるように設定されている請求項２又は３に記載の還元剤注入装置。
【請求項５】
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度よりも高いときは当該湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度以下のときは前記還元剤の注入量を前記最低注入量に設定する請求項２〜４の何れか１項に記載の還元剤注入装置。
【請求項６】
前記湿度検出手段が、前記燃焼用空気の湿度として、前記燃焼用空気の絶対湿度又は前記燃焼用空気の露点温度を検出する請求項１〜５の何れか１項に記載の還元剤注入装置。
【請求項７】
エンジンから排出された排ガスに対して還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤注入装置により還元剤が注入された排ガスを通過させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元反応により無害化する脱硝触媒部とを備えた脱硝装置であって、
前記還元剤注入装置として、請求項１〜６の何れか１項に記載の還元剤注入装置を備えた脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出された排ガスに還元剤を注入する還元剤注入部と、
前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置及び脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロエンジンやガスタービンエンジンなどのエンジン（内燃機関）から排出される排ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と呼ぶ。）を低減するための脱硝装置として、当該エンジンから排出された排ガスに対して尿素水やアンモニア水などの還元剤を噴霧などにより注入する還元剤注入装置を設け、下流側の脱硝触媒を通過させてＮＯｘを注入した還元剤と反応させることで、排ガスに含まれるＮＯｘを一定値以下に調整する脱硝装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
このような脱硝装置では、排ガスに対する還元剤の注入量が少なすぎると脱硝率が低下し、逆に、排ガスに対する還元剤の注入量が多すぎると還元剤が外部に排出されるという問題が生じるため、排ガスに対する還元剤の注入量は適切なものに設定するのが望ましい。
【０００３】
そこで、上記特許文献１記載の脱硝装置に適用される還元剤注入装置では、排ガスへの還元剤の注入量を適切なものに設定するため、エンジンで駆動される発電機による発電量などのエンジンの負荷（以下、単に「エンジン負荷」と呼ぶ場合がある。）の状態とエンジンへ供給される燃焼用空気の湿度（以下、単に「燃焼用空気湿度」と呼ぶ場合がある。）の状態とに基づいて排ガスへの還元剤の注入量をフィードフォワード制御するように構成されている。具体的には、エンジン負荷から排ガスに対する還元剤の基本注入量が決定され、更にその基本注入量に対し燃焼用空気湿度に基づいて一義的に決定した係数が乗算されて、還元剤の注入量の制御値が求められる。
【０００４】
更に、この従来の還元剤注入装置では、排ガスへの還元剤の注入量を一層適切なものに設定するため、脱硝触媒から排出された排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサが設けられ、このＮＯｘセンサの検出結果に基づいて排ガスへの還元剤の注入量がフィードバック制御される。具体的には、上記のように決定した還元剤の注入量の制御値が、ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度に基づいて微調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３２７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の還元剤注入装置では、排ガスへの還元剤の注入量のフィードフォワード制御において、エンジン負荷に基づいて決定した基本注入量に乗算される係数が、エンジン負荷に関係なく、燃焼用空気湿度に基づいて一義的に決定されたものである。即ち、エンジン負荷が、高負荷域、中負荷域、低負荷域等の何れかの負荷域において継続的に運転される場合も、夫々の負荷に関係なく、一つの上記係数が採用されていた。
そして、このようなフィードフォワード制御だけでは、排ガスへの還元剤の注入量の制御値が最適なものとはならず、脱硝率の低下や還元剤の外部排出の抑制効果が十分ではなかった。
更に、排ガスへの還元剤の注入量の制御値を最適なものにするためには比較的高価なＮＯｘセンサを設けてフィードバック制御を加える必要があるため、装置コストの上昇等も問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エンジンから排出される排ガスへ注入量を制御して還元剤を注入する還元剤注入装置及びそれを適用した脱硝装置において、廉価な構成で且つ排ガスへの還元剤の注入量の制御値を最適なものとして脱硝率の低下や還元剤の外部排出を適切に抑制することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するための本発明に係る還元剤注入装置は、
エンジンから排出された排ガスに還元剤を注入する還元剤注入部と、
前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置であって、
その第１特徴構成は、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記エンジンに供給される燃焼用空気の湿度を検出する湿度検出手段とを備え、
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、且つ、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が高いほど前記燃焼用空気の湿度上昇に対する前記還元剤の注入量の減少割合を拡大させる点にある。
【０００９】
本願発明者らは、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘ濃度は、燃焼用空気の湿度が高いほど減少するが、その減少率はエンジン負荷が高いほど拡大することを見出し、本願発明を完成するに至った。
即ち、上記第１特徴構成によれば、排ガスへの還元剤の注入量を制御するにあたり、その注入量として設定する制御値を、上記湿度検出手段で検出される燃焼用空気湿度が高いほど減少させる上に、その燃焼用空気湿度上昇に対する還元剤の減少割合を上記負荷検出手段で検出されるエンジン負荷が高いほど拡大させる状態で決定するので、排ガスへの還元剤の注入量が最適なものとなり、脱硝率の低下や還元剤の外部排出が適切に抑制されることになる。
【００１０】
本発明に係る還元剤注入装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記注入量制御手段が、前記負荷検出手段及び前記湿度検出手段の検出結果に拘らず前記還元剤の注入量を所定の最低注入量以上に制限する点にある。
【００１１】
上記第２特徴構成によれば、排ガスへの還元剤の注入量を制御するにあたり、上記負荷検出手段及び上記湿度検出手段の検出結果に基づいて決定した注入量の制御値が上記最低注入量未満であったとしても、排ガスへの還元剤の実際の注入量は上記最低注入量に設定される。よって、排ガス中のＮＯｘ濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのＮＯｘに対し十分な最低注入量以上の還元剤を注入して、脱硝率の低下を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る還元剤注入装置の第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記最低注入量が、前記負荷検出手段で検出される前記エンジンの負荷が低負荷域となるときに、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度に関係なく前記排ガス中の窒素酸化物を処理可能な前記還元剤の注入量に設定されている点にある。
【００１３】
上記第３特徴構成によれば、エンジン負荷が低負荷域（例えば最低負荷域）となる際には、湿度検出手段の検出結果に拘らず排ガスへの還元剤の注入量が常時最低注入量に設定される。よって、低負荷のためにエンジンの運転状態が不安定となり排ガス中のＮＯｘ濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのＮＯｘに対し十分な最低注入量以上の還元剤を注入して、脱硝率の低下を抑制することができる。
また、エンジン負荷が低負荷域よりも上昇した際において、燃焼用空気湿度が高くなって排ガス中のＮＯｘ濃度が低くなると想定できる場合でも、還元剤の注入量が上記のように低負荷域の状態に基づいて決定した最低注入量以上に制限される。よって、燃焼用空気湿度上昇のためにエンジンの運転状態が不安定となり排ガス中のＮＯｘ濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのＮＯｘ濃度に対し十分な最低注入量以上の還元剤を注入して、脱硝率の低下を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る還元剤注入装置の第４特徴構成は、上記第２乃至上記第３の何れかの特徴構成に加えて、
前記最低注入量が、前記エンジンの負荷が高いほど多くなるように設定されている点にある。
【００１５】
上記第４特徴構成によれば、エンジン負荷が高いほど還元剤の注入量の設定下限値となる最低注入量が多くなるので、ＮＯｘが発生し易い状態の高負荷域においてＮＯｘ濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのＮＯｘ濃度に対し十分な最低注入量以上の還元剤を注入して、脱硝率の低下を抑制することができる。
【００１６】
本発明に係る還元剤注入装置の第５特徴構成は、上記第２乃至上記第４の何れかの特徴構成に加えて、
前記注入量制御手段が、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度よりも高いときは当該湿度が高いほど前記還元剤の注入量を減少させ、前記湿度検出手段で検出される前記燃焼用空気の湿度が特定湿度以下のときは前記還元剤の注入量を前記最低注入量に設定する点にある。
【００１７】
上記第５特徴構成によれば、燃焼用空気湿度が各負荷において定められた特定湿度よりも低い範囲内にあるときには、その燃焼用空気湿度が高いほど還元剤の注入量を減少させる形態で還元剤の注入量が制御されることで、排ガスへの還元剤の注入量の最適化が図られ、脱硝率の低下や還元剤の外部排出が適切に抑制される。一方、エンジンへ供給される燃焼用空気湿度が上記特定湿度よりも高い範囲内にあるときには、還元剤の注入量が一定の最低注入量に設定されることで、燃焼用空気湿度上昇による排ガス中のＮＯｘ濃度の特異的な上昇にも対応して、当該ＮＯｘ濃度に対し十分な最低注入量以上の還元剤が注入され、脱硝率の低下が抑制される。
【００１８】
本発明に係る還元剤注入装置の第６特徴構成は、上記第１乃至上記第５の何れかの特徴構成に加えて、
前記湿度検出手段が、前記燃焼用空気の湿度として、前記燃焼用空気の絶対湿度又は前記燃焼用空気の露点温度を検出する点にある。
【００１９】
排ガス中のＮＯｘ濃度は、燃焼用空気湿度に応じて変化するが、絶対湿度又はそれに直接的に関連する露点温度との関係は、相対湿度等との関係と比較して、略直線的な比例関係を有することが、本願発明者らにより確認された。
そこで、上記第６特徴構成によれば、湿度検出手段で検出された燃焼用空気の絶対湿度又は露点温度に基づいて排ガスへの還元剤の注入量が制御されるため、排ガス中のＮＯｘ濃度に対して極めて適切な量の還元剤を注入し、脱硝率の低下や還元剤の外部排出をより一層適切に抑制することができる。
【００２０】
この目的を達成するための本発明に係る脱硝装置は、
エンジンから排出された排ガスに対して還元剤を注入する還元剤注入装置と、
前記還元剤注入装置により還元剤が注入された排ガスを通過させて当該排ガス中の窒素酸化物を還元反応により一定値以下に調整する脱硝触媒部とを備えた脱硝装置であって、
前記還元剤注入装置として、上述した還元剤注入装置を備える。
これにより、上述した還元剤注入装置と同様に、脱硝率の低下や還元剤の外部排出が適切に抑制された脱硝処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本願発明に係る還元剤注入装置及びそれを備えた脱硝装置の実施の形態を示す概略構成図
【図２】燃焼用空気の絶対湿度又は露点温度に対するＮＯｘ濃度の変化状態、並びに第１実施形態の制御方法における還元剤の注入量制御値の変化状態を示すグラフ図
【図３】燃焼用空気の絶対湿度又は露点温度に対するＮＯｘ濃度の変化状態、並びに第２実施形態の制御方法における還元剤の注入量制御値の変化状態を示すグラフ図
【図４】燃焼用空気の相対湿度に対するＮＯｘ濃度の変化状態、並びに第３実施形態の制御方法における還元剤の注入量制御値の変化状態を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る還元剤注入装置１００及びそれを備えた脱硝装置２００の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、脱硝装置２００には、エンジン１から排出された排ガスＥ（Ｅ０）に対して還元剤Ｋを注入する還元剤注入装置１００と、還元剤注入装置１００により還元剤Ｋが注入された排ガスＥ（Ｅ１）を通過させて当該排ガスＥ（Ｅ１）中のＮＯｘを還元反応により一定値以下に調整する脱硝触媒部１２とが設けられており、脱硝触媒部１２からはＮＯｘが一定値以下に調整された後の排ガスＥ（Ｅ２）が排出される。
【００２３】
エンジン１は、吸気路３に設けられたミキサ４により燃焼用空気Ａと天然ガス系都市ガスである燃料ガスＧとの混合気Ｍを形成し、当該混合気Ｍを吸気路３から燃焼室（図示せず）に吸気して燃焼させることで軸動力を発生し、排気路５に排ガスＥを排出するように構成されたレシプロエンジンとして構成されている。かかるエンジン１から排出された直後の排ガスＥ０には、酸性雨や光化学スモッグなどの原因となり排出量が厳しく規制されているＮＯｘが含まれている。
上記エンジン１の軸動力は、あらゆる駆動源として利用可能であるが、本実施形態では発電機２の駆動源として利用されており、発電機２の発電電力は各電力負荷に供給される。
【００２４】
脱硝触媒部１２は、エンジン１の排気路５に設けられており、還元剤注入装置１００により還元剤Ｋが注入された排ガスＥ１を還元触媒に接触させて、当該排ガスＥ１中のＮＯｘを還元させて脱硝することにより一定値以下に調整し、当該調整された後の排ガスＥ２を排出するように構成されている。
ここで、上記還元剤Ｋとしては尿素水やアンモニア水を利用することができ、還元触媒としては酸化チタン−酸化バナジウム触媒や酸化チタン−酸化バナジウム−酸化タングステンなどの一般的な還元触媒を利用することができる。
【００２５】
この種のエンジン１は、ある一定の負荷域で継続的に運転される場合には、その負荷域におけるＮＯｘ濃度の変化に応じて適当な量の還元剤Ｋを注入する必要がある。また、エンジン１の負荷は、その使用条件や設置場所等によって様々であるため、その使用条件等に応じて還元剤Ｋの供給量を最適なものとする技術が必要となる。
【００２６】
そこで、このような脱硝装置２００に適用される還元剤注入装置１００には、エンジン１から排出された排ガスＥ（Ｅ０）に還元剤Ｋを注入する還元剤注入部としての還元剤注入器１０と、還元剤注入部による還元剤Ｋの注入量を制御する注入量制御手段としての制御装置２０とが設けられている。
更に、還元剤注入装置１００には、エンジン１の負荷を検出する負荷検出器１４（負荷検出手段の一例）と、エンジン１に供給される燃焼用空気Ａの湿度を検出する湿度検出器１５（湿度検出手段の一例）とが設けられている。
【００２７】
還元剤注入器１０は、エンジン１の排気路５の脱硝触媒部１２よりも上流側に噴霧ノズル１０ａを配置し、筐体内部に貯留する還元剤Ｋを当該噴霧ノズル１０ａに送出し、当該噴霧ノズル１０ａから排気路５に通流する排ガスＥ０に還元剤Ｋを噴霧するように構成されている。
更に、この還元剤注入器１０は、後述する制御装置２０から入力された信号に基づいて当該信号に含まれる注入量制御値に相当する量の還元剤Ｋを噴霧ノズル１０ａから噴霧するように構成されている。
【００２８】
負荷検出器１４は、発電機２の発電電力を計測し、その発電電力をエンジン負荷として、後述する制御装置２０に出力するように構成されている。
一方、湿度検出器１５は、吸気路３のミキサ４の上流側にセンサ部１５ａを備え、そのセンサ部１５ａに接触する燃焼用空気Ａの湿度を計測するものであり、公知の湿度計測装置が利用されている。
更に、この湿度検出器１５は、燃焼用空気湿度として、燃焼用空気Ａの相対湿度の他に、適宜、絶対湿度やそれに直接的に関連する露点温度を検出するように構成する。
【００２９】
上記制御装置２０は、湿度検出器１５及び負荷検出器１４から入力された信号に基づいて適切な還元剤Ｋの注入量に対応する注入量制御値を演算し、当該注入量制御値を含む信号を上記還元剤注入器１０に対して出力する形態で、還元剤注入器１０による還元剤Ｋの注入量を制御する注入量制御手段として機能する。
以下、この制御装置２０による注入量制御方法の実施形態について説明する。
【００３０】
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態の注入量制御方法について、図２に基づいて説明する。
尚、図２は、燃焼用空気Ａの絶対湿度又はそれに対応する露点温度に対するＮＯｘ濃度の変化状態、並びに第１実施形態の制御方法における還元剤Ｋの注入量制御値の変化状態を示すグラフ図であって、図２（ａ）は、エンジン負荷が１００％である高負荷域の当該変化状態、図２（ｂ）は、エンジン負荷が７５％である中負荷域の当該変化状態、図２（ｃ）は、エンジン負荷が５０％である低負荷域の当該変化状態を夫々示す。
また、この第１実施形態では、湿度検出器１５を燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度を検出するように構成する。
【００３１】
エンジン１から排出される排ガスＥ中のＮＯｘ濃度は、図２に示すように、エンジン１に供給される燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度に対して、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度が高いほど略直線的に低くなる傾向を示す。
更に、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスＥ中のＮＯｘ濃度の減少割合について、図２（ａ）に示すようにエンジン負荷が１００％である高負荷域では比較的大きな減少割合でＮＯｘ濃度が減少し、図２（ｂ）に示すようにエンジン負荷が７５％である中負荷域では高負荷域よりも小さな減少割合でＮＯｘ濃度が減少し、図２（ｃ）に示すようにエンジン負荷が５０％である低負荷域では中負荷域よりも小さな減少割合でＮＯｘ濃度が減少する。即ち、エンジン負荷が高いほど燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスＥ中のＮＯｘ濃度の減少割合は拡大する傾向にある。
そして、これらの関係を用いれば、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度、及び負荷検出器１４で検出されるエンジン負荷から、排ガスＥ中のＮＯｘ濃度を略正確に推定することができる。
【００３２】
制御装置２０は、その推定されるＮＯｘ濃度に対して注入すべき適切な還元剤Ｋの量を注入量制御値として決定する。
即ち、図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）に示すように、制御装置２０は、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度が高いほど還元剤Ｋの注入量が略直線的に減少するように、注入量制御値を決定する。
更に、制御装置２０は、負荷検出器１４で検出されるエンジン負荷が高いほど燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する還元剤Ｋの注入量の減少割合を拡大させるように、注入量制御値を決定する。
【００３３】
具体的には、図２（ａ）に示す高負荷域では、制御装置２０は、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスＥ中のＮＯｘ濃度の直線的且つ比較的大きな割合での減少状態に合わせて、その排ガスＥに注入すべき適切な還元剤Ｋの量としての注入量制御値を、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対して直線的に且つ比較的大きな割合で減少させるように決定する。
【００３４】
図２（ｂ）に示す中負荷域では、制御装置２０は、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスＥ中のＮＯｘ濃度の直線的且つ高負荷域よりも小さい中程度の割合での減少状態に合わせて、その排ガスＥに注入すべき適切な還元剤Ｋの量としての注入量制御値を、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対して直線的に且つ高負荷域よりも小さい中程度の割合で減少させるように決定する。
【００３５】
図２（ｃ）に示す低負荷域では、制御装置２０は、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する排ガスＥ中のＮＯｘ濃度の直線的且つ中負荷域よりも小さい割合での減少状態に合わせて、その排ガスＥに注入すべき適切な還元剤Ｋの量としての注入量制御値を、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対して直線的に且つ中負荷域よりも小さい割合で減少させるように決定する。
【００３６】
そして、制御装置２０は、このようにＮＯｘ濃度に対して適切な量として決定された還元剤Ｋの注入量制御値を含む信号を上記還元剤注入器１０に対して出力し、還元剤注入器１０は、その信号の入力に従って、排ガスＥに対して当該注入量制御値に相当する量の還元剤Ｋを注入するので、排ガスＥへの還元剤Ｋの注入量が最適なものとなり、脱硝率の低下や還元剤Ｋの外部排出が適切に抑制されることになる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態の注入量制御方法について、図３に基づいて説明する。
尚、図３は、燃焼用空気Ａの絶対湿度又はそれに対応する露点温度に対するＮＯｘ濃度の変化状態、並びに第１実施形態の制御方法における還元剤Ｋの注入量制御値の変化状態を示すグラフ図であって、図３（ａ）は、エンジン負荷が１００％である高負荷域の当該変化状態、図３（ｂ）は、エンジン負荷が７５％である中負荷域の当該変化状態、図３（ｃ）は、エンジン負荷が５０％である低負荷域の当該変化状態を夫々示す。
また、この第２実施形態では、湿度検出器１５を燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度を検出するように構成する。
尚、第１実施形態と同様の構成については、説明を割愛する場合がある。
【００３８】
本実施形態の注入量制御方法は、制御装置２０が、負荷検出器１４及び湿度検出器１５の検出結果に拘らず還元剤Ｋの注入量制御値を所定の最低注入量ｋｍｉｎ以上に制限する点で、上記第１実施形態と異なる。
即ち、本実施形態の注入量制御方法において、制御装置２０は、上記第１実施形態の注入量制御方法にて決定した注入量制御値が上記最低注入量ｋｍｉｎ未満であったとしても、排ガスＥへの還元剤Ｋの注入量制御値をｋｍｉｎに決定し、還元剤注入器１０に当該最低注入量ｋｍｉｎの還元剤Ｋを排ガスＥに注入させる。
よって、排ガスＥ中のＮＯｘ濃度がエンジン負荷や燃焼用空気湿度等から予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、還元剤Ｋの注入量が最低注入量ｋｍｉｎ以上に制限されているので、そのＮＯｘに対し十分な注入量の還元剤Ｋが注入され、脱硝率の低下が抑制されている。
【００３９】
この最低注入量ｋｍｉｎは、負荷検出器１４で検出されるエンジン負荷が低負荷域となるときに、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度に関係なく排ガスＥ中のＮＯｘを処理可能な還元剤Ｋの注入量に設定されている。
即ち、図３（ｃ）に示す低負荷域では、制御装置２０は、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度が最も低い場合に推定される排ガスＥ中のＮＯｘ濃度に対して注入すべき適切な還元剤Ｋの量を求め、その量を最低注入量ｋｍｉｎとし、当該低負荷域における注入量制御値を燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度やエンジン負荷に関係なく最低注入量ｋｍｉｎに決定する。
【００４０】
すると、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す高負荷域及び中負荷域では、制御装置２０は、上記第１実施形態と同様の方法で負荷検出器１４及び湿度検出器１５の検出結果に基づき注入量制御値を一旦決定し、その注入量制御値が上記最低注入量ｋｍｉｎ未満であった場合には、一旦決定した注入量制御値を最低注入量ｋｍｉｎに置き換える形態で、注入量制御値を決定する。
即ち、制御装置２０は、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度が特定の絶対湿度又は露点温度ｔよりも高いときは、燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度が高いほど還元剤Ｋの注入量制御値が減少し、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度が特定の絶対湿度又は露点温度ｔ以下のときは還元剤Ｋの注入量制御値が最低注入量ｋｍｉｎに設定される。
【００４１】
更に、制御装置２０は、最低注入量ｋｍｉｎをエンジン負荷が高いほど多くなるように設定する。
具体的には、図３（ｂ）に示す中負荷域では、最低注入量ｋｍｉｎを、上記低負荷域で設定した最低注入量ｋｍｉｎ（図３（ｃ）参照）よりも若干大きめに設定し、また、図３（ａ）に示す高荷域では、最低注入量ｋｍｉｎを、上記中負荷域で設定した最低注入量ｋｍｉｎ（図３（ｂ）参照）よりも若干大きめに設定する。
すると、ＮＯｘが発生し易い状態の高負荷域においてＮＯｘ濃度が予測される値よりも特異的に上昇した場合でも、そのＮＯｘ濃度に対し十分な最低注入量ｋｍｉｎ以上の還元剤Ｋが注入され、脱硝率の低下が抑制される。尚、当然、最低注入量ｋｍｉｎをエンジン負荷に関係なく一定に設定しても構わない。
【００４２】
〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態の注入量制御方法について、図４に基づいて説明する。
尚、図４は、燃焼用空気Ａの相対湿度に対するＮＯｘ濃度の変化状態、並びに第１実施形態の制御方法における還元剤Ｋの注入量制御値の変化状態を示すグラフ図であって、図４（ａ）は、エンジン負荷が１００％である高負荷域の当該変化状態、図４（ｂ）は、エンジン負荷が７５％である中負荷域の当該変化状態、図４（ｃ）は、エンジン負荷が５０％である低負荷域の当該変化状態を夫々示す。
また、この第３実施形態では、湿度検出器１５を燃焼用空気Ａの相対湿度を検出するように構成する。
尚、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成については、説明を割愛する場合がある。
【００４３】
本実施形態の注入量制御方法は、制御装置２０が、燃焼用空気Ａの絶対湿度又はそれに対応する露点温度に代えて、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの相対湿度に基づいて注入量制御値を決定する点で、上記第２実施形態と異なる。
即ち、図４に示すように、エンジン１から排出される排ガスＥ中のＮＯｘ濃度は、燃焼用空気Ａの相対湿度が高いほど低くなる傾向にあり、且つ、燃焼用空気Ａの相対湿度の上昇に対する排ガスＥ中のＮＯｘ濃度の減少割合は、エンジン負荷が高いほど拡大する傾向にある。
しかし、上記第１実施形態及び上記第２実施形態の燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度に対するＮＯｘ濃度の関係と比較して、燃焼用空気Ａの相対湿度に対するＮＯｘ濃度の関係は、若干のばらつきが生じる傾向にあるため、ＮＯｘ濃度の推定精度は若干劣ることになる。
【００４４】
そこで、制御装置２０は、上記のように推定されるＮＯｘ濃度に対して若干の余裕を持って注入すべき適切な還元剤Ｋの量を注入量制御値として決定する。
即ち、図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）に示すように、制御装置２０は、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの相対湿度が高いほど還元剤Ｋの注入量が略直線的に減少するように注入量制御値を決定するのであるが、その際の相対湿度と注入量制御値との関係において、相対湿度から推定されるＮＯｘ量は若干の余裕を持った大きめとされており、その大きめのＮＯｘ濃度に対して適切な注入量制御値が関係付けられている。
【００４５】
〔別実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００４６】
（１）上記実施の形態では、エンジン１をレシプロエンジンとして構成したが、本願発明をガスタービンエンジンなどの別のエンジンに適用可能しても構わない。
【００４７】
（２）上記実施の形態では、エンジン１の軸動力を発電機２の駆動源として利用する構成を説明したが、エンジン１の軸動力をヒートポンプの圧縮機の駆動源とするなど、別の駆動源として利用しても構わない。
【００４８】
（３）上記実施の形態では、制御装置２０は、負荷検出器１４で検出されるエンジン負荷が高いほど燃焼用空気Ａの絶対湿度又は露点温度の上昇に対する還元剤Ｋの注入量の減少割合を拡大させるように、還元剤Ｋの注入量制御値を決定したが、例えばエンジン負荷が一定の場合などにおいて、エンジン負荷に基づく注入量制御値の決定を省略して、湿度検出器１５で検出される燃焼用空気Ａの湿度のみから還元剤Ｋの注入量制御値を決定しても構わない。
【００４９】
（４）上記実施の形態では、負荷検出器１４は、発電機２の発電電力をエンジン負荷として検出するように構成したが、別途入力される負荷情報（例えば、発電量、エンジントルク、又はエンジン回転数等）からエンジン負荷を検出するように構成しても構わない。
また、制御装置２０は、その負荷検出器１４で検出されるエンジン負荷に応じて、エンジン負荷が、高負荷域、中負荷域、低負荷域の何れの負荷域であるかを判定し、その負荷域における燃焼用空気湿度と還元剤注入量との関係に基づいて、還元剤Ｋの注入量制御値を決定するように構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、エンジンから排出された排ガスに還元剤を注入する還元剤注入部と、前記還元剤注入部による還元剤の注入量を制御する注入量制御手段とを備えた還元剤注入装置及びそれを適用した脱硝装置であって、廉価な構成で且つ排ガスへの還元剤の注入量の制御値を最適なものとして脱硝率の低下や還元剤の外部排出を適切に抑制することができるものとして有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１        ：エンジン
１０      ：還元剤注入器
１２      ：脱硝触媒部
１４      ：負荷検出器（負荷検出手段）
１５      ：湿度検出器（湿度検出手段）
２０      ：制御装置（注入量制御手段）
１００    ：還元剤注入装置
２００    ：脱硝装置
Ａ        ：燃焼用空気
Ｅ        ：排ガス
Ｋ        ：還元剤
ｋｍｉｎ  ：最低注入量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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