(57)【要約】      （修正有）【課題】浄化効率が高く、構造がコンパクトで、且つディーゼル機関の性能に影響を与えず、占有面積が小さく、コストが低い舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システムを提供する。【解決手段】脱窒反応ユニット１０、バイパスユニット２０、還元剤供給ユニット３０及び還元剤計量噴射ユニット４０を含み、脱窒反応ユニットは、排気マニホールド４００の下流と過給機２００の排気側の上流との間に設置され、バイパスユニットは、制御可能にディーゼル機関の排気マニホールドと過給機とを連通し、且つ過給機の排気側に制御可能にバイパスされ、還元剤供給ユニット及び還元剤計量噴射ユニットは排気マニホールドに還元剤を供給し、還元剤計量噴射ユニットは還元剤供給ユニットによって提供される還元剤を制御可能に排気マニホールドに向けて計量噴射する。【選択図】図１
0003231231.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システムであって、前記高圧選択触媒還元脱窒システム（１００）は、脱窒反応ユニット（１０）、バイパスユニット（２０）、還元剤供給ユニット（３０）及び還元剤計量噴射ユニット（４０）を含み、ただし、前記脱窒反応ユニット（１０）は排気マニホールド（４００）の下流と過給機（２００）の排気側の上流との間に設置され、前記バイパスユニット（２０）は、ディーゼル機関（３００）の前記排気マニホールド（４００）と前記過給機（２００）とを制御可能に連通し、且つ前記過給機（２００）の排気側に制御可能にバイパスされ、前記還元剤供給ユニット（３０）及び前記還元剤計量噴射ユニット（４０）は前記ディーゼル機関（３００）の前記排気マニホールド（４００）に還元剤を供給し、前記還元剤計量噴射ユニット（４０）は前記還元剤供給ユニット（３０）によって提供される前記還元剤を制御可能に前記排気マニホールド（４００）に向けて計量噴射することを特徴とする舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項２】
前記脱窒反応ユニット（１０）は、脱窒反応器（１１）、入口弁（１２）及び出口弁（１３）を含み、前記入口弁（１２）、前記脱窒反応器（１１）、及び前記出口弁（１３）は、この順で前記排気マニホールド（４００）の下流に設置され、前記出口弁（１３）の下流端で前記過給機（２００）の排気側の上流排気管に接続されることを特徴とする請求項１に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項３】
前記バイパスユニット（２０）は、排気主弁（２１）、過給排気バイパス弁（２２）、及び反応吸気バイパス弁（２３）を含み、前記過給排気バイパス弁（２２）は、前記過給機（２００）の排気側を介さず、前記排気主弁（２１）から排出される排ガスを制御可能に直接排出し、前記反応吸気バイパス弁（２３）は、前記出口弁（１３）から排出される脱窒浄化後の排ガスを掃気マニホールド（５００）に制御可能にバイパスすることを特徴とする請求項２に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項４】
前記脱窒反応ユニット（１０）の前記出口弁（１３）の下流端の排気管は前記排気主弁（２１）の下流に接続されることを特徴とする請求項３に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項５】
前記還元剤供給ユニット（３０）は、還元剤タンク（３１）及び還元剤ポンプ（３２）を含み、前記還元剤計量噴射ユニット（４０）は、計量器（４１）及び噴射弁（４２）を含み、前記還元剤タンク（３１）、前記還元剤ポンプ（３２）、前記計量器（４１）及び前記噴射弁（４２）はこの順に接続され、前記噴射弁（４２）はコントローラＥＣＵの制御下で、前記排気マニホールド（４００）に向けて前記還元剤を噴射することを特徴とする請求項１に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項６】
前記還元剤タンク（３１）内の前記還元剤は尿素溶液、アンモニア水のうちの１つ又は組合せであることを特徴とする請求項５に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項７】
前記噴射弁（４２）は、前記排気マニホールド（４００）に集積されることを特徴とする請求項５に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項８】
前記高圧選択触媒還元脱窒システム（１００）は、舶用低速、中速、高速のディーゼル機関のメインエンジン及びディーゼル機関の発電機セットに適用され、ディーゼル機関の出力は２００ｋＷ〜８００００ｋＷをカバーすることを特徴とする請求項１に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【請求項９】
舶用の前記舶用ディーゼル機関に適用するオイルは軽油、舶用燃料油、又は重油を含むが、これらに限定されないことを特徴とする請求項１に記載の高圧選択触媒還元脱窒システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、船舶エンジン排ガスの処理技術に関し、特に、舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶ディーゼル機関の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）は、大気汚染物質の重要な構成要素の１つであり、現在、広く適用されている舶用排ガス浄化技術は選択触媒還元脱窒（ＳＣＲ）である。船舶ディーゼル機関排ガスは、温度が低い（２２０〜２８０℃）ため、脱窒触媒の触媒性能の発揮及び還元剤の熱分解は、両方ともに一定の困難性がある。特に、還元剤の熱分解では、尿素を例とすると、その十分な熱分解をサポートするのに排ガスの温度が十分でない場合、反応器の入口に大量の結晶物質が生成され、それによりＳＣＲシステムは浄化性能を失う。
【０００３】
ＳＣＲ反応器を船舶ディーゼル機関の過給機の前端に取り付け、過給機の前端の排気ガスが仕事をしていないため、通常、その温度は高く（２８０〜５００℃）、還元剤が熱分解するのに十分であり、同時に、当該温度は、脱窒触媒がその触媒性能を発揮する最適な温度区間でもある。したがって、過給前の高圧選択触媒還元システム（ＨＰ−ＳＣＲ）は、現在、船舶ディーゼル機関排ガスの浄化に広く適用されている。しかし、その欠点も明らかであり、システム内に、通常、還元剤が十分に分解されるとともに、煙道ガスと十分に混合されることを保証するために、反応器の前に比較的長い還元剤蒸発混合管を１本配置する必要があり、それにより、反応器を通過するとき、良い浄化効果を得ることができる。しかし、システムのレイアウトに一定の困難をもたらし、システム全体の占有面積が大きくなり、システムのコストが高くなる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案は、従来技術の欠点を解消するために、上記の問題を解決できる舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
設計原理
本解決手段は、還元剤噴射ユニットをディーゼル機関の過給機のフロント排気マニホールドに集積し、排気マニホールドのスペース及び高温排気ガス（２８０〜５００℃）を利用して、還元剤溶液を十分に蒸発分解させるとともに、還元剤とディーゼル機関の排気ガスとの十分な混合を実現し、それにより、一般的に使用される還元剤蒸発混合装置の配置を省くことができ、システムの占有面積を効果的に低下させ、システム全体のコストを低下させる。
【０００６】
本考案の目的は、以下の技術的解決手段によって実現される。
【０００７】
本方案の舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システム（１００）は、脱窒反応ユニット（１０）、バイパスユニット（２０）、還元剤供給ユニット（３０）及び還元剤計量噴射ユニット（４０）を含み、ただし、前記脱窒反応ユニット（１０）は排気マニホールド（４００）の下流と過給機（２００）の排気側の上流との間に設置され、前記バイパスユニット（２０）は、ディーゼル機関（３００）の前記排気マニホールド（４００）と前記過給機（２００）とを制御可能に連通し、且つ前記過給機（２００）の排気側に制御可能にバイパスされ、前記還元剤供給ユニット（３０）及び前記還元剤計量噴射ユニット（４０）は前記ディーゼル機関（３００）の前記排気マニホールド（４００）に還元剤を供給し、前記還元剤計量噴射ユニット（４０）は前記還元剤供給ユニット（３０）によって提供される還元剤を制御可能に排気マニホールド（４００）に向けて計量噴射する。
【０００８】
好ましくは、前記脱窒反応ユニット（１０）は、脱窒反応器（１１）、入口弁（１２）及び出口弁（１３）を含み、前記入口弁（１２）、前記脱窒反応器（１１）、及び前記出口弁（１３）は、この順で前記排気マニホールド（４００）の下流に設置され、前記出口弁（１３）の下流端で前記過給機（２００）の排気側の上流排気管に接続される。
【０００９】
好ましくは、前記バイパスユニット（２０）は、排気主弁（２１）、過給排気バイパス弁（２２）、及び反応吸気バイパス弁（２３）を含み、前記過給排気バイパス弁（２２）は、前記過給機（２００）の排気側を介さず、前記排気主弁（２１）から排出される排ガスを制御可能に直接排出し、前記反応吸気バイパス弁（２３）は、前記出口弁（１３）から排出される脱窒浄化後の排ガスを掃気マニホールド（５００）に制御可能にバイパスする。
【００１０】
好ましくは、前記脱窒反応ユニット（１０）の前記出口弁（１３）の下流端の排気管は前記排気主弁（２１）の下流に接続される。
【００１１】
好ましくは、前記還元剤供給ユニット（３０）は、還元剤タンク（３１）及び還元剤ポンプ（３２）を含み、前記還元剤計量噴射ユニット（４０）は、計量器（４１）及び噴射弁（４２）を含み、前記還元剤タンク（３１）、前記還元剤ポンプ（３２）、前記計量器（４１）及び前記噴射弁（４２）はこの順に接続され、前記噴射弁（４２）はコントローラＥＣＵの制御下で、前記排気マニホールド（４００）に向けて前記還元剤を噴射する。
【００１２】
好ましくは、前記還元剤タンク（３１）内の前記還元剤は尿素溶液、アンモニア水のうちの１つ又は組合せである。
【考案の効果】
【００１３】
従来技術に比べて、本考案の有益な効果は次のとおりである。当該新型ＨＰ−ＳＣＲシステムは、浄化効率が高く、構造がコンパクトで、且つディーゼル機関の性能に影響を与えず、占有面積が小さく、コストが低い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本考案の舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システムの模式図。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
本考案の実施例の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下、本考案の実施例の添付図面を参照しながら、本考案の実施例における技術的解決手段について、明確且つ完全に説明する。説明した実施例は、本考案の一部の実施例にすぎず、全ての実施例ではないことは明らかである。本考案の実施例に基づいて、当業者の創造的な働きなしで得られたすべての他の実施例は、いずれも本考案の保護範囲に属する。
【００１６】
図１を参照すると、舶用エンジンの排気と吸気の模式図であり、ディーゼル機関３００、排気マニホールド４００、過給機２００、掃気マニホールド５００及び排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システム１００を含む。
【００１７】
舶用ディーゼル機関排ガスの高圧選択触媒還元脱窒システム１００は、脱窒反応ユニット１０、バイパスユニット２０、還元剤供給ユニット３０及び還元剤計量噴射ユニット４０を含み、ただし、脱窒反応ユニット１０は排気マニホールド４００の下流と過給機２００の排気側の上流との間に設置され、バイパスユニット２０は、ディーゼル機関３００の排気マニホールド４００と過給機２００とを制御可能に連通し、且つ過給機２００の排気側に制御可能にバイパスされ、還元剤供給ユニット３０及び還元剤計量噴射ユニット４０はディーゼル機関３００の排気マニホールド４００に還元剤を供給し、還元剤計量噴射ユニット４０は還元剤供給ユニット３０によって提供される還元剤を制御可能に排気マニホールド４００に向けて計量噴射する。
【００１８】
ここで、脱窒反応ユニット１０は、脱窒反応器１１、入口弁１２及び出口弁１３を含み、入口弁１２、脱窒反応器１１、及び出口弁１３は、この順で排気マニホールド４００の下流に設置され、出口弁１３の下流端で過給機２００の排気側の上流排気管に接続される。
【００１９】
ここで、バイパスユニット２０は、排気主弁２１、過給排気バイパス弁２２、及び反応吸気バイパス弁２３を含み、過給排気バイパス弁２２は、過給機２００の排気側を介さず、排気主弁２１から排出される排ガスを制御可能に直接排出し、反応吸気バイパス弁２３は、出口弁１３から排出される脱窒浄化後の排ガスを掃気マニホールド５００に制御可能にバイパスする。
【００２０】
さらに、脱窒反応ユニット１０の出口弁１３の下流端の排気管は排気主弁２１の下流に接続される。
【００２１】
ここで、還元剤供給ユニット３０は、還元剤タンク３１及び還元剤ポンプ３２を含み、還元剤計量噴射ユニット４０は、計量器４１及び噴射弁４２を含み、還元剤タンク３１、還元剤ポンプ３２、計量器４１及び噴射弁４２はこの順に接続され、噴射弁４２はコントローラＥＣＵの制御下で、排気マニホールド４００に向けて還元剤を噴射する。
【００２２】
さらに、還元剤タンク３１内の還元剤は尿素溶液、アンモニア水のうちの１つ又は組合せである。
【００２３】
さらに、噴射弁４２は、排気マニホールド４００に集積される。
【００２４】
ここで、高圧選択触媒還元脱窒システム１００は、舶用低速、中速、高速のディーゼル機関のメインエンジン及びディーゼル機関の発電機セットに適用され、ディーゼル機関の出力は２００ｋＷ〜８００００ｋＷをカバーする。
【００２５】
ここで、舶用の前記舶用ディーゼル機関に適用するオイルは軽油（ＭＧＯ）、舶用燃料油（ＭＤＯ）、又は重油（ＨＦＯ）を含むが、これらに限定されない。
【００２６】
動作原理
船舶ディーゼル機関排ガスの窒素酸化物を浄化する高圧選択触媒還元脱窒システム（ＨＰ−ＳＣＲ）の設計方法において、当該システムは、ディーゼル機関の過給機の前端に取り付けられる。ＳＣＲシステムの還元剤噴射弁は、ディーゼル機関が過給される前の排気マニホールドに集積される。ディーゼル機関がＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードを起動した後、ＳＣＲシステムが起動されて運転し、還元剤を噴射弁のノズルによりディーゼル機関の排気マニホールド４００内に直接噴射する。排気マニホールド内で、排気ガスの温度が高い（２８０〜５００℃）ため、噴射で入ってきた還元剤は十分に熱分解され、ＳＣＲ反応に必要なＮＨ３を生成するとともに、高温の煙道ガスと十分に混合されてから、脱窒反応器に入って選択触媒還元反応を行って、Ｎ２及びＨ２Ｏを生成する。それによりディーゼル機関の排気ガスを浄化するという目的を達成し、浄化後の排気ガスは、直接過給機に入って、過給機が仕事をするように続いて推進する。当該新型ＨＰ−ＳＣＲシステムは、浄化効率が高く、占有面積が小さいなどの特徴を有すると同時に、過給機及びディーゼル機関の性能への影響もない。
【００２７】
テスト検証の実例１
新型ＨＰ−ＳＣＲシステムを６Ｓ５０−ＭＥＣ  ８．５舶用低速ディーゼル機関（定格出力９９６０ＫＷ、回転速度１２７ｒｐｍ）に取り付る。燃料油は低硫黄油（ＭＧＯ）である。ディーゼル機関は、負荷が７５％になるとＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードに切り替えた後、新型ＨＰ−ＳＣＲシステムの運転を開始する。４０重量％尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、続いて、排気ガスとともにＳＣＲ反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が０．８５である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘ濃度は２０７ｐｐｍであり、アンモニアスリップは１ｐｐｍと検出された。
【００２８】
テスト検証の実例２
新型ＨＰ−ＳＣＲシステムを６Ｓ５０−ＭＥＣ  ８．５舶用低速ディーゼル機関（定格出力９９６０ＫＷ、回転速度１２７ｒｐｍ）に取り付ける。燃料油は低硫黄油（ＭＧＯ）である。ディーゼル機関は、負荷が１００％になるとＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードに切り替えた後、新型ＨＰ−ＳＣＲシステムの運転を開始する。４０重量％尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、続いて、排気ガスとともにＳＣＲ反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が０．９５である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘ濃度は１７８ｐｐｍであり、アンモニアスリップは１ｐｐｍと検出された。
【００２９】
テスト検証の実例３
新型ＨＰ−ＳＣＲシステムをＭＡＮ  ６Ｌ２３−３０Ｈ舶用補助ディーゼル機関（定格出力８５２ＫＷ、回転速度７２０ｒｐｍ）に取り付ける。燃料油は低硫黄油（ＭＧＯ）である。ディーゼル機関は、負荷が７５％になるとＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードに切り替え、新型ＨＰ−ＳＣＲシステムの運転を開始する。４０重量％尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、続いて、排気ガスとともにＳＣＲ反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が０．８５である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘ濃度は１６９ｐｐｍであり、アンモニアスリップは２ｐｐｍと検出された。
【００３０】
テスト検証の実例４
新型ＨＰ−ＳＣＲシステムをＭＡＮ  ６Ｌ２３−３０Ｈ舶用中速補助ディーゼル機関（定格出力８５２ＫＷ、回転速度７２０ｒｐｍ）に取り付ける。燃料油は低硫黄油（ＭＧＯ）である。ディーゼル機関は、負荷が１００％になるとＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードに切り替え、新型ＨＰ−ＳＣＲシステムの運転を開始する。４０重量％尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、過給機の仕事を経た後、ＳＣＲ反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が０．９５である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘ濃度は１７４ｐｐｍであり、アンモニアスリップは１ｐｐｍと検出された。
【００３１】
テスト検証の実例５
新型ＨＰ−ＳＣＲシステムを６Ｓ５０−ＭＥＣ  ８．５舶用低速ディーゼル機関（定格出力９９６０ＫＷ、回転速度１２７ｒｐｍ）に取り付ける。燃料油は舶用ディーゼルオイル（ＭＤＯ）である。ディーゼル機関は、負荷が７５％になるとＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードに切り替えた後、新型ＨＰ−ＳＣＲシステムの運転を開始する。４０重量％尿素溶液は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、続いて、排気ガスとともにＳＣＲ反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が０．８５である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘ濃度は２１９ｐｐｍであり、アンモニアスリップは３ｐｐｍと検出された。
【００３２】
テスト検証の実例６
新型ＨＰ−ＳＣＲシステムを６Ｓ５０−ＭＥＣ  ８．５舶用低速ディーゼル機関（定格出力９９６０ＫＷ、回転速度１２７ｒｐｍ）に取り付ける。燃料油は低硫黄油（ＭＧＯ）である。ディーゼル機関は、負荷が７５％になるとＴｉｅｒ  ＩＩＩ運転モードに切り替えた後、新型ＨＰ−ＳＣＲシステムの運転を開始する。２０重量％のアンモニア水は、還元剤供給ユニットによって還元剤噴射ユニットに輸送され、ディーゼル機関の排気マニホールド内に直接噴射され、続いて、排気ガスとともにＳＣＲ反応器に入って脱窒反応する。アンモニア窒素比が０．８５である場合、浄化後のディーゼル機関の排気ガス中のＮＯｘ濃度は２０３ｐｐｍであり、アンモニアスリップは１ｐｐｍと検出された。
【００３３】
最後に留意されたいのは次のとおりである。以上の実施例は、本考案の技術的解決手段を説明するためのものにすぎず、それを限定するものではない。前述の実施例を参照しながら、本考案について詳細に説明したが、当業者であれば、前述の各実施例に記載の技術的解決手段を変更するか、又は技術的特徴の一部に対して等価置換を行ってもよく、これらの変更又は置換に対応する技術的解決手段の本質が本考案の各実施例の技術的解決手段の範囲から逸脱しないことを理解すべきである。
【符号の説明】
【００３４】
１００  高圧選択触媒還元脱窒システム
１０  脱窒反応ユニット
１１  脱窒反応器
１２  入口弁
１３  出口弁
２０  バイパスユニット
２１  排気主弁
２２  過給排気バイパス弁
２３  反応吸気バイパス弁
３０  還元剤供給ユニット
３１  還元剤タンク
３２  還元剤ポンプ
４０  還元剤計量噴射ユニット
４１  計量器
４２  噴射弁
２００  過給機
３００  ディーゼル機関
４００  排気マニホールド
５００  掃気マニホールド
【図１】
0003231231.tif 000003