(57)【要約】【課題】簡易な構造にて、還元剤の尿素水を排ガス中に均一拡散させて当該排ガス中の窒素酸化物を効率良く還元して排ガスを浄化できる排ガス浄化装置を提供することにある。【解決手段】排ガスダクト１１に尿素水１２を添加する尿素噴霧ノズル１３と、尿素噴霧ノズルによる尿素水の添加位置よりも排ガスの流通方向下流側に位置するようにダクト１１内に配置され、排ガス中の窒素酸化物を尿素水によって窒素に還元させるＳＣＲ触媒１４と、ノズル１３と触媒１４との間に配置され、排ガスに旋回流れを付与する攪拌部材１５とを具備し、攪拌部材が、排ガスを流通方向に沿って旋回させるように当該流通方向に対して３０°以上６０°以下の傾斜を有する旋回翼を備え、攪拌部材とノズル１３との距離Ｌ１をダクト１１の直径Ｄ１に対する割合で１．８以上６．３以下とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスダクト内を流通する排ガス中の窒素酸化物を還元して浄化する排ガス浄化装置であって、
前記排ガスダクトに還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段による前記還元剤の添加位置よりも前記排ガスの流通方向下流側に位置するように前記排ガスダクト内に配置され、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元剤によって窒素に還元させる還元触媒と、
前記還元剤添加手段と前記還元触媒との間に配置され、前記排ガスに旋回流れを付与する攪拌部材とを具備し、
前記攪拌部材が、前記排ガスを流通方向に沿って旋回させるように当該流通方向に対して３０°以上６０°以下の傾斜を有する旋回翼を備え、
前記攪拌部材と前記還元触媒との距離Ｌ１が前記排ガスダクトの直径Ｄ１に対する割合で１．８以上６．３以下である
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載された排ガス浄化装置であって、
前記攪拌部材は、前記還元剤の蒸発を促進する蒸発部材である
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された排ガス浄化装置であって、
前記旋回翼は、孔または突起が複数形成されているものである
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記還元剤添加手段と前記攪拌部材との距離Ｌ２が前記排ガスダクトの直径Ｄ１に対する割合で７以下である
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記攪拌部材は、前記排ガスダクトとの間に隙間を有するように前記排ガスダクトに支持部材を介して支持されている
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記攪拌部材と前記排ガスダクトとの間に断熱材が配置されている
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記攪拌部材は、加水分解触媒が塗布されたものである
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記攪拌部材は、排ガス流通方向に複数配置されている
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記攪拌部材は、前記排ガスダクトに対して回転可能に支持する回転支持手段を有する
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載された排ガス浄化装置であって、
前記還元剤添加手段は、前記還元剤を前記排ガスダクトの壁面近傍に添加するものであり、
前記攪拌部材は、前記排ガスダクトの前記排ガス流通方向の中央部分に位置する箇所に穴を有するものである
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤を排ガスに添加し当該排ガス中の窒素酸化物を還元して当該排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関し、特にディーゼルエンジンやガスエンジンなど内燃機関から排出される排ガスや、廃棄物を焼却したり溶融したりする炉から排出される排ガス中の窒素酸化物を還元して排ガスを浄化する場合に適用すると有効である。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等の内燃機関や廃棄物を焼却する炉などから排出される排ガスには窒素酸化物が含まれており、当該窒素酸化物を排ガス浄化装置で還元することにより当該排ガスを浄化して大気へ排出するようにしている。この排ガス浄化装置は、還元剤としてアンモニアを用い当該アンモニアと排ガス中の窒素酸化物を脱硝触媒で接触させて窒素に還元して排ガスを浄化している。このような排ガス浄化装置においては、アンモニアの原料として尿素を用いて、当該尿素を排ガス中に均一に拡散させることで触媒による窒素酸化物の還元除去を向上させることが検討されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、尿素水噴射弁の近傍にヒータ付設の気化器を設けると共に、旋回翼を設けた排気ガス処理装置が開示されている。この排気ガス処理装置では、尿素水噴射装置から噴射された尿素水をヒータ付設の気化器で気化して尿素蒸気とし、旋回翼により尿素蒸気を排ガス中に拡散している。
【０００４】
また、排ガスダクトの一方の端面を閉止した円筒状の旋回室を設けると共に、旋回室の閉止端面に尿素水スプレノズルを設け、旋回室に接線方向から排ガスを導入するように排ガス入口ダクトをさらに設けた尿素水気化器が知られている。この尿素水気化器では、旋回室の排ガス流通方向下流側に配置された脱硝触媒の入口側でアンモニア濃度分布の偏りを防止している
【０００５】
さらに、排ガスが流通する排ガス通路に尿素水を噴霧する尿素水噴霧ノズルと当該排ガス通路内に配置される脱硝触媒との間に、多孔板や混合板や遮蔽板などを設置した排ガス浄化装置が知られている。このような排ガス浄化装置では、前記部材の設置により、排ガスの流れに乱れを生じさせて排ガス通路の径断面にて尿素水を排ガス中で均一に拡散させている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４４５９７号公報（例えば、段落[００１６]−[００４１]、[図１]〜[図６]など参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１記載の排気ガス処理装置では、尿素水噴射装置の他にヒータ付設の気化器を具備する装置であり、気化器の設置により装置自体が複雑になってしまう上に、装置の大型化および装置コストの増加を招いてしまう。
【０００８】
また、上述した尿素水気化器では、尿素水スプレノズルからの尿素水噴霧直後に排ガス流に旋回を与えているため、排ガス流量が多くなってノズルから噴霧された尿素水の液滴が旋回室による旋回が大きくなりすぎるとその影響を受け排ガスダクトの壁面などに衝突して脱硝触媒へ還元剤を均一に供給できなくなる。また逆に、排ガス流量が少なくなって旋回室による排ガスの旋回が小さくなりすぎると排ガス中に還元剤を均一拡散することができず脱硝触媒へ還元剤を均一に供給できなくなる。その結果、脱硝触媒の所定の脱硝性能を得ることができないおそれがあった。加えて、排ガス温度が低下すると固体物が析出して排ガスダクトの腐食および目詰まりなどを生じるおそれがあった。
【０００９】
さらに、多孔板や混合板や遮蔽板などを設置した場合には、排ガスへの還元剤の混合度合いを高めるために排ガス流路を長くしなければならず、大型になってしまうおそれがあった。また逆に、排ガス流路を短くするとその径方向の断面において還元剤の濃度分布に偏りが生じて、脱硝触媒に対して還元剤が均一に接触せず当該脱硝触媒の所定の脱硝性能を得ることができないおそれがあった。加えて、排ガスの流量が変化すると排ガス中に還元剤が均一に分散しないおそれがあった。
【００１０】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、簡易な構造にて、還元剤を排ガス中に均一拡散させて当該排ガス中の窒素酸化物を効率良く還元して排ガスを浄化できる排ガス浄化装置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】
【００１１】
上述した課題を解決する第１の発明に係る排ガス浄化装置は、排ガスダクト内を流通する排ガス中の窒素酸化物を還元して浄化する排ガス浄化装置であって、前記排ガスダクトに還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記還元剤添加手段による前記還元剤の添加位置よりも前記排ガスの流通方向下流側に位置するように前記排ガスダクト内に配置され、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元剤によって窒素に還元させる還元触媒と、前記還元剤添加手段と前記還元触媒との間に配置され、前記排ガスに旋回流れを付与する攪拌部材とを具備し、前記攪拌部材が、前記排ガスを流通方向に沿って旋回させるように当該流通方向に対して３０°以上６０°以下の傾斜を有する旋回翼を備え、前記攪拌部材と前記還元触媒との距離Ｌ１が前記排ガスダクトの直径Ｄ１に対する割合で１．８以上６．３以下であることを特徴とする。
【００１２】
上述した課題を解決する第２の発明に係る排ガス浄化装置は、第１の発明に係る排ガス浄化装置であって、前記攪拌部材が、前記還元剤の蒸発を促進する蒸発部材であることを特徴とする。
【００１３】
上述した課題を解決する第３の発明に係る排ガス浄化装置は、第１または第２の発明に係る排ガス浄化装置であって、前記旋回翼が、孔または突起が複数形成されているものであることを特徴とする。
【００１４】
上述した課題を解決する第４の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第３の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記還元剤添加手段と前記攪拌部材との距離Ｌ２が前記排ガスダクトの直径Ｄ１に対する割合で７以下であることを特徴とする。
【００１５】
上述した課題を解決する第５の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第４の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記攪拌部材が、前記排ガスダクトとの間に隙間を有するように前記排ガスダクトに支持部材を介して支持されていることを特徴とする。
【００１６】
上述した課題を解決する第６の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第５の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記攪拌部材と前記排ガスダクトとの間に断熱材が配置されていることを特徴とする。
【００１７】
上述した課題を解決する第７の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第６の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記攪拌部材が、加水分解触媒が塗布されたものであることを特徴とする。
【００１８】
上述した課題を解決する第８の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第７の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記攪拌部材が、排ガス流通方向に複数配置されていることを特徴とする。
【００１９】
上述した課題を解決する第９の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第８の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記攪拌部材が、前記排ガスダクトに対して回転可能に支持する回転支持手段を有することを特徴とする。
【００２０】
上述した課題を解決する第１０の発明に係る排ガス浄化装置は、第１乃至第９の発明の何れか一つに係る排ガス浄化装置であって、前記還元剤添加手段が、前記還元剤を前記排ガスダクトの壁面近傍に添加するものであり、前記攪拌部材が、前記排ガスダクトの前記排ガス流通方向の中央部分に位置する箇所に穴を有するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
第１の発明に係る排ガス浄化装置によれば、排ガスダクト内を流通する排ガス中の窒素酸化物を還元して浄化する排ガス浄化装置であって、前記排ガスダクトに還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記還元剤添加手段による前記還元剤の添加位置よりも前記排ガスの流通方向下流側に位置するように前記排ガスダクト内に配置され、前記排ガス中の窒素酸化物を前記還元剤によって窒素に還元させる還元触媒と、前記還元剤添加手段と前記還元触媒との間に配置され、前記排ガスに旋回流れを付与する攪拌部材とを具備し、前記攪拌部材が、前記排ガスを流通方向に沿って旋回させるように当該流通方向に対して３０°以上６０°以下の傾斜を有する旋回翼を備え、前記攪拌部材と前記還元触媒との距離Ｌ１が前記排ガスダクトの直径Ｄ１に対する割合で１．８以上６．３以下であることにより、還元剤添加手段から添加された還元剤が完全に蒸発し、当該還元剤が攪拌部材により排ガス中に均一に拡散する。そして、還元触媒における排ガス流通方向に対する断面で還元剤が均一に接触することとなり、還元触媒で還元剤を有効に利用して排ガス中の窒素酸化物を還元して除去することができる。このように旋回翼の角度、および排ガスダクトの直径Ｄ１に対する攪拌部材と還元触媒との距離Ｌ１の調整という簡易な構成にて脱硝性能を向上できる。また、排ガスダクト長を最適化することができるので、排ガス浄化置自体のコンパクト化を図ることができる。
【００２２】
第２の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記攪拌部材が、前記還元剤の蒸発を促進する蒸発部材であることにより、第１の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、還元剤の液滴が蒸発部材上で蒸発しガス化するため、液滴蒸発に必要となる排ガスダクト長（還元剤添加手段と蒸発部材との距離）を短くでき、装置のコンパクト化をさらに図ることができる。
【００２３】
第３の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記旋回翼が、孔または突起が複数形成されているものであることにより、第１および第２の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、排ガスとの接触面積が広くなり、排ガスの熱をより効率良く還元剤の液滴に伝達して蒸発を促進することができる。よって、液滴蒸発に必要となる排ガスダクト長を短くでき、装置のコンパクト化をさらに図ることができる。
【００２４】
第４の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記還元剤添加手段と前記攪拌部材との距離Ｌ２が前記排ガスダクトの直径Ｄ１に対する割合で７以下であることにより、第１乃至第３の発明に係る排ガス浄化装置と同様、液滴蒸発に必要となる排ガスダクト長を短くでき、装置のコンパクト化をさらに図ることができる。
【００２５】
第５の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記攪拌部材が、前記排ガスダクトとの間に隙間を有するように前記排ガスダクトに支持部材を介して支持されていることにより、第１乃至第４の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、攪拌部材と排ガスダクトの接触面積を減らすことができ、排ガスダクトへの放熱による攪拌部材の温度低下が無くなり、攪拌部材への還元剤などの固着を防止できる。
【００２６】
第６の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記攪拌部材と前記排ガスダクトとの間に断熱材が配置されていることにより、第１乃至第５の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、排ガスダクトへの放熱による攪拌部材の温度低下が断熱材により抑制され、攪拌部材への還元剤などの固着や副生成物の析出をより確実に防止できる。
【００２７】
第７の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記攪拌部材が、加水分解触媒が塗布されたものであることにより、第１乃至第６の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、還元剤が尿素水である場合に尿素水からアンモニアを生成する生成反応が促進されて、当該アンモニアを還元触媒に安定して供給でき、還元触媒での脱硝反応を促進できる。
【００２８】
第８の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記攪拌部材が、排ガス流通方向に複数配置されていることにより、第１乃至第７の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、排ガスを確実に旋回できる上に、旋回による圧力損失を低減できる。さらに、一つの攪拌部材による排ガスへの旋回の付与よりも大きな旋回力を排ガス流通方向にて圧力損失せずに付与することができるため、排ガスダクト長をさらに短くすることができる。
【００２９】
第９の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記攪拌部材が、前記排ガスダクトに対して回転可能に支持する回転支持手段を有することにより、第１乃至第８の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、攪拌部材の旋回翼が排ガスの流入により回転し、攪拌部材自体により排ガスへ旋回力を付与する上に、攪拌部材が回転することで前記排ガスの旋回をさらに大きくできる。よって、排ガスに添加される還元剤の蒸発を促進する上に、還元剤を排ガス内で均一に拡散させることができ、還元触媒による脱硝性能を向上させることができる。
【００３０】
第１０の発明に係る排ガス浄化装置によれば、前記還元剤添加手段が、前記還元剤を前記排ガスダクトの壁面近傍に添加するものであり、前記攪拌部材が、前記排ガスダクトの前記排ガス流通方向の中央部分に位置する箇所に穴を有するものであることにより、第１乃至第９の発明に係る排ガス浄化装置と同様な作用効果を奏する他、排ガスに添加された還元剤を排ガス流通方向に対する断面にて均一に拡散させることができ、還元触媒での脱硝を効率良く行うことができる。すなわち、エンジンの負荷が変動したり、排ガスの流量が変動したりしても、排ガスダクトの周壁に沿って流通する排ガスの流れをそのまま利用して、還元剤添加手段から添加される還元剤を攪拌部材へ案内して通過させることができ、排ガス中に確実に還元剤を混合させて均一に拡散させることができる。さらに攪拌部材の中心部分が開いているため圧力損失を低減でき、エンジンの燃費向上や廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉でのファン動力低下が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明に係る排ガス浄化装置の実施形態について、図面に基づき具体的に説明する。
【００３２】
［第一の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第一の実施形態につき図１〜５を用いて説明する。
図１は排ガス浄化装置の概略構成図である。図２は図１の排ガス浄化装置の旋回翼の模式図である。図３は選択還元触媒の入口側におけるアンモニアの濃度分布を示す図であり、図３（ａ）に排ガスダクトに攪拌部材を設置していない場合を示し、図３（ｂ）に排ガスダクト内に設置した攪拌部材と還元触媒の距離を５００ｍｍとした場合を示し、図３（ｃ）に排ガスダクト内に設置した攪拌部材と還元触媒の距離を２０００ｍｍとした場合を示す。図４は攪拌部材の配置による還元剤質量流量の標準偏差を示すグラフである。図５は排ガス流量と還元剤質量流量の標準偏差との関係を示すグラフである。なお、図３において、ドットの濃淡は還元剤質量流量（ｋｇ／ｓ）の標準偏差の大小を示す。
【００３３】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン、ガスエンジンなどの内燃機関で燃料が燃焼されて排気される窒素酸化物含有の排ガス、廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉などから排気される窒素酸化物含有の排ガスの浄化処理に利用される。
【００３４】
上述した排ガス浄化装置１０は、図１に示すように、排ガス１が流通する排ガスダクト１１と、排ガスダクト１１内に還元剤である尿素水１２を噴霧する尿素噴霧ノズル（還元剤添加手段）１３と、排ガスダクト１１内に配置され、尿素水１２が排ガス１中の水と反応してなるアンモニアによって排ガス１中の窒素酸化物を窒素に還元して排ガスを浄化する選択型還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒と称す）１４とを有する装置である。排ガスダクト１１は、排ガス１の導入側と排ガス２の排出側にて円筒状の小径部１１ａ，１１ｂをなし、これら小径部１１ａ，１１ｂの間にて小径部１１ａ，１１ｂよりも径が大きく排ガス流通方向に対する断面で四角形状の大径部１１ｃをなしており、小径部１１ａ，１１ｂと大径部１１ｃとが接続部１１ｄ，１１ｅにて接続されている。排ガスダクト１１において、排ガス１の導入側の小径部１１ａには尿素噴霧ノズル１３が配置され、大径部１１ｃにはＳＣＲ触媒１４が複数（図１中では二段二列（四個））配置されている。なお、ＳＣＲ触媒１４としては、ハニカム形状のものなどが挙げられる。
【００３５】
上述した排ガスダクト１１内には、尿素噴霧ノズル１３とＳＣＲ触媒１４との間に位置して攪拌部材１５が配置される。よって、上述した排ガスダクト１１においては、排ガス流通方向上流側から、尿素噴霧ノズル１３、攪拌部材１５、ＳＣＲ触媒１４の順序にて配置される。旋回部材１５は、例えば図２に示すように、軸体１６の周面１６ａに旋回翼１７が複数取り付けられたものが挙げられる。ただし、旋回翼１７は、排ガス流通方向に対して所定の角度θ傾斜するように配置されている。この攪拌部材１５により排ガス１に旋回流れが付与される。
【００３６】
上述した排気ガス浄化装置１０においては、尿素噴霧ノズル１３から噴霧された尿素水１２が気化し排ガス１中の水と反応してアンモニアとなり、当該アンモニアが攪拌部材１５によりＳＣＲ触媒１４の排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて、排ガス流通方向に対して直角となる断面で旋回回転が１回転となるように、旋回翼１７の角度θ、排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１が設定されている。すなわち、旋回翼１７は、排ガス流通方向に対して３０°以上６０°以下の範囲の角度に調整される。旋回翼１７の角度θが６０°より大きくなると圧力損失が大きくなってしまい、逆にこの角度θが３０°より小さくなると排ガス１に添加された尿素水１２が十分に蒸発しない上に排ガス中に均一に拡散せず排ガスダクト長を長くしなければならなくなってしまう。攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１が排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１に対する割合（Ｌ１／Ｄ）で１．８以上６．３以下の範囲に調整される。この割合Ｌ１／Ｄ１を６．３より大きくすると排ガス１に添加された尿素水１２が十分に蒸発し排ガス中に均一に拡散されるものの、排ガスダクト１１が長くなりすぎてしまう。また逆にこの割合Ｌ１／Ｄ１を１．８未満とすると排ガス１に添加された尿素水１２が十分に蒸発しない上に排ガス中に均一に拡散しなくなってしまう。具体的には、旋回翼１７の角度を３０°とした場合には、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１が排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１に対する割合（Ｌ１／Ｄ１）で６．３に設定される。旋回翼１７の角度を６０°とした場合には、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１が排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１に対する割合（Ｌ１／Ｄ１）で１．８に設定される。
【００３７】
ここで、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１を調整したときの排ガスに添加された尿素水１２が蒸発し排ガス中の水と反応してなるアンモニアの拡散について評価を行った結果を図３に示す。ただし、排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１を４５０ｍｍとしたときの排ガス１に尿素水１２を添加した場合を示すものである。なお、大径部１１ｃの直径Ｄ２を１２００ｍｍとし、排ガス１の導入側の接続部１１ｄは、小径部１１ａの延在方向から３５°にて拡径して延在している。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、排ガスダクト１１において、尿素噴霧ノズル１３とＳＣＲ触媒１４の間に攪拌部材１５を配置しない場合には、ＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて、アンモニアが図中右上の一部に片寄った濃度分布となっていることが分かる。図３（ｂ）に示すように、排ガスダクト１１において、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４の距離Ｌ１を５００ｍｍとした場合には、ＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて、アンモニアが図中ほぼ中央から左下側で円弧をなし１／４回転で片寄った濃度分布となっていることが分かる。図３（ｃ）に示すように、排ガスダクト１１において、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４の距離Ｌ１を２０００ｍｍとした場合には、ＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて、アンモニアが図中の中央で１回転してほぼ均一の濃度分布となっていることが分かる。よって、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１が排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１に対する割合（Ｌ１／Ｄ）で４．４となるときに、アンモニアは攪拌部材１５により１回転以上旋回した状態にてＳＣＲ触媒１４と接触することが分かった。
【００３９】
ここで、排ガスダクト１１内における攪拌部材１５の配置と排ガスに添加された尿素水１２が蒸発反応してなるアンモニアの拡散との関係について評価を行った結果を図４に示す。ただし、排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１を４５０ｍｍとしたときの排ガス１に尿素水１２を添加した場合を示すものである。なお、大径部１１ｃの直径Ｄ２を１２００ｍｍとし、排ガス１の導入側の接続部１１ｄは、小径部１１ａの延在方向から３５°にて拡径して延在している。
【００４０】
図４に示すように、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１を０．５ｍとし、攪拌部材１５と尿素噴霧ノズル１３との距離Ｌ２を３．０ｍとした場合には、ＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて還元剤質量流量の標準偏差が約２．３Ｅ−０６となり、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１を２．０ｍとし、攪拌部材１５と尿素噴霧ノズル１３との距離Ｌ２を１．５ｍとした場合には、ＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて還元剤質量流量の標準偏差が１．０Ｅ−０６となることが分かった。すなわち、尿素噴霧ノズル１３とＳＣＲ触媒１４との距離（Ｌ１＋Ｌ２）が同じ場合であっても、排ガスダクト１１内における、尿素噴霧ノズル１３から噴霧された尿素水１２が蒸発した領域において、尿素噴霧ノズル１３近傍に攪拌部材１５を配置した方が、還元剤（アンモニア）を排ガス中により均一に拡散できることが分かった。
【００４１】
ここで、排ガス流量と還元剤質量流量の標準偏差との関係につき図５を用いて説明する。この図５におけるモード１、モード２、モード３、モード４として下記表１の条件とした。
【００４２】
【表１】
2009108726.tif 000003
【００４３】
図５および表１に示すように、約６６００Ｎｍ3／ｈから約１９００Ｎｍ3／ｈの範囲にて排ガス流量が変わっても、ＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向上流側の端面１４ａにて還元剤質量流量の標準偏差が約３．０Ｅ−０４以下になっており、排ガス流量に依存せずに還元剤を排ガス中に均一に拡散できることが分かった。
【００４４】
よって、排ガス浄化装置１０では、排ガス１に噴霧された尿素水１２が当該排ガス１の熱により蒸発すると共に、排ガス１中の水と反応してアンモニアとなり、前記アンモニアが攪拌部材１５により排ガスダクト１１の径方向で旋回して当該排ガスダクトの径方向の断面でほぼ均一に拡散する。そして、均一に拡散したアンモニアを含む排ガスがＳＣＲ触媒１４と接触して当該排ガス中の窒素酸化物が還元して浄化し、窒素酸化物が除去された排ガス２が排ガスダクト１１の小径部１１ｂから排出される。
【００４５】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置１０によれば、攪拌部材１５が、排ガス１を流通方向に沿って旋回させるように当該流通方向に対して３０°以上６０°以下の傾斜を有する旋回翼１７を備え、攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１が排ガスダクト１１の小径部１１ａの直径Ｄ１に対する割合（Ｌ１／Ｄ１）で１．８以上６．３以下であることで、尿素噴霧ノズル１３から噴霧された尿素水１２が完全に蒸発し、当該排ガス中の水と反応してアンモニアとなり、当該アンモニアが攪拌部材１５により排ガス中に均一に拡散する。そして、ＳＣＲ触媒１４の排ガス流通方向に対する断面１４ａでアンモニアが均一に接触することとなり、ＳＣＲ触媒１４でアンモニアを有効に利用して排ガス中の窒素酸化物を還元して除去することができる。このように旋回翼１７の角度、および排ガスダクト１１の小径部の直径Ｄ１に対する攪拌部材１５とＳＣＲ触媒１４との距離Ｌ１の調整という簡易な構成にて脱硝性能を向上できる。また、排ガスダクト長を最適化することができるので、排ガス浄化置１０自体のコンパクト化を図ることができる。
【００４６】
さらに、上述したように尿素水１２がＳＣＲ触媒１４前で完全に蒸発してガス状となり、排ガスダクト１１の流路断面で十分に混合均一拡散しており、過剰な尿素水１２の供給やＳＣＲ触媒１４を通過することによるリークアンモニアを抑制することができる。また、尿素噴霧ノズル１３の噴霧圧力等を調整することなく、噴霧後に尿素水１２の液滴の分布が存在しても（エンジンが非定常運転のように負荷変動がある場合にも）、排ガスダクト１１の流路断面で十分に混合均一拡散しており、過剰な尿素水１２の供給やＳＣＲ触媒１４を通過することによるリークアンモニアを抑制することができる。攪拌部材１５が低圧損にて十分な混合均一拡散が可能となり、エンジンの燃費が改善される。
【００４７】
［第二の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第二の実施形態につき図６を用いて説明する。
図６は、排ガス浄化装置の攪拌部材の模式図である。
【００４８】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置１０において、攪拌部材１５に代えて尿素水１２の液滴の蒸発を促進する蒸発部材を適用したものであり、それ以外は同一の機器を有している。
【００４９】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は尿素噴霧ノズルから噴射された尿素水の液滴の蒸発を促進する蒸発部材（攪拌部材）を具備しており、蒸発部材に未蒸発の尿素液滴が衝突するように配置されている。この蒸発部材２５は、例えば、図６に示すように、軸体１６の周面１６ａに複数の旋回翼２７が取り付けられたものであり、各旋回翼２７には孔２７ａが複数形成されている。このように蒸発部材２５の旋回翼２７に複数の孔２７ａを設けることで、排ガスとの接触面積が広くなり、排ガスの熱をより効率良く尿素水の液滴に伝達して蒸発を促進することができる。よって、液滴蒸発に必要となる排ガスダクト長を短くでき、装置のコンパクト化をさらに図ることができる。具体的には、尿素噴霧ノズルと蒸発部材２５との距離Ｌ２が排ガスダクト１１の直径Ｄ１に対する割合（Ｌ１／Ｄ１）で７未満となるように当該蒸発部材２５を配置することができる。
【００５０】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置によれば、上述した第一の実施形態と同様な作用効果を奏する他、尿素液滴が蒸発部材２５上で蒸発しガス化するため、液滴蒸発に必要となる排ガスダクト長（尿素噴霧ノズルと蒸発部材２５の距離Ｌ２）を短くでき、装置のコンパクト化をさらに図ることができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、孔２７ａが複数形成された旋回翼２７を具備する蒸発部材２５を用いて説明したが、このような蒸発部材２５に代えて、例えば、複数の突起部が設けられた旋回翼を有する蒸発部材を適用することも可能である。このような蒸発部材であっても、上述した蒸発部材２５と同様な作用効果を奏する。
【００５２】
［第三の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第三の実施形態につき図７を用いて説明する。
図７は、排ガス浄化装置の概略構成図であり、（ａ）がその側面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面矢視図である。
【００５３】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置の攪拌部材の支持構造を変えたものであり、それ以外は同じ構成を有する。
本実施形態に係る排ガス浄化装置において、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置と同一機器には同一符号を付記しその説明を省略する。
【００５４】
本実施形態に係る排ガス浄化装置３０は、図７に示すように、排ガスダクト１１の小径部１１ａ内に第１，第２の支持部材３１，３２により攪拌部材３５が取り付けられる。すなわち、攪拌部材３５は、軸体３６と、軸体３６の周面に基端側が取り付けられた複数の旋回翼３７を有するものである。旋回翼３７の先端側に円筒状の第１の支持部材３１が取り付けられる。第１の支持部材３１は第２の支持部材３２により排ガスダクト１１の小径部１１ａに取り付けられる。よって、排ガスダクト１１の小径部１１ａと攪拌部材３５との間に隙間Ｓが介在することとなる。
【００５５】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置３０によれば、上述した第一および第二の実施形態と同様な作用効果を奏する他、攪拌部材３５が、排ガスダクト１１の小径部１１ａとの間に隙間Ｓを有するように排ガスダクト１１に第１，第２の支持部材３１，３２を介して支持されていることで、攪拌部材３５と排ガスダクト１１の接触面積を減らすことができ、排ガスダクト１１への放熱による攪拌部材３５の温度低下が無くなり、攪拌部材３５に尿素や副反応性生成であるシアヌル酸など析出物の固着を防止できる。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１，第２の支持部材３１，３２により攪拌部材３５を排ガスダクト１１に取り付けた排ガス浄化装置３０を用いて説明したが、例えば、図８に示すように、攪拌部材３５と排ガスダクト１１の小径部１１ａとの間に熱伝導の小さい材料である断熱材（例えばセラミックやガラスなどのタイルやウールなど）４１を配置することも可能である。このような構成の排ガス浄化装置であっても、排ガスダクトへの放熱による攪拌部材の温度低下が断熱材により抑制され、攪拌部材への還元剤などの固着を防止できる。
【００５７】
［第四の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第四の実施形態につき具体的に説明する。
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置において、攪拌部材に加水分解触媒をコートしたものであり、それ以外は同一の機器を有している。
【００５８】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、加水分解触媒を塗布した攪拌部材を具備する装置である。この触媒としては、アルミナ、チタニア、シリカ、ゼオライト、セリア、マグネシア、カルシア等の金属酸化物、またはその混合物が挙げられる。さらに、前記金属酸化物を担体とし、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）などの遷移金属、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を混合若しくは担持させても良い。
【００５９】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置によれば、上述した第一乃至第三の実施形態と同様な作用効果を奏する他、攪拌部材に上述した触媒を塗布することで、尿素水からアンモニアを生成する生成反応が促進されて、ガス化した還元剤（アンモニア）をＳＣＲ触媒１４に安定して供給でき、ＳＣＲ触媒１４での脱硝反応を促進できる。
【００６０】
［第五の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第五の実施形態につき図９を参照して具体的に説明する。
図９は、排ガス浄化装置の概略構成図である。
【００６１】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、上述した第一の実施形態において、攪拌部材を排ガス流通方向で複数並列に配置した構成であり、それ以外は同一の機器を有している。
本実施形態に係る排ガス浄化装置において、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置と同一機器には同一符号を付記しその説明を省略する。
【００６２】
本実施形態に係る排ガス浄化装置５０では、図９に示すように、排ガスダクト１１の小径部１１ａに攪拌部材５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃが並列に配置されている。ただし、攪拌部材５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃの各旋回角度（排ガス流通方向に対する傾斜角）θ１，θ２，θ３は、排ガス流通方向上流側から順番に大きくなっている。すなわち、旋回角度θ１＜旋回角度θ２＜旋回角度θ３となっている。これにより、排ガスに徐々に旋回が付与されていくことになり、圧力損失を低減できる。
【００６３】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置５０によれば、複数の攪拌部材５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃを配置したことにより、排ガスを確実に旋回できる上に、旋回による圧力損失を低減できる。さらに、一つの攪拌部材による排ガスへの旋回の付与よりも大きな旋回力を排ガス流通方向にて圧力損失せずに付与することができるため、排ガスダクト長をさらに短くすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、攪拌部材を三段設置すると共に、排ガス流通方向上流側から順番に各攪拌部材の旋回角度を大きくした排ガス浄化装置５０を用いて説明したが、例えば攪拌部材を二段にて配置したり、四段以上にて配置したりした排ガス浄化装置とすることも可能である。このような排ガス浄化装置であっても、上述した排ガス浄化装置５０と同様な作用効果を奏する。
【００６５】
また、本実施形態では、排ガスを同一方向に旋回させる攪拌部材を複数有する排ガス浄化装置５０を用いて説明したが、例えば、複数の攪拌部材のうち一つは排ガスを一方へ旋回させるように配置し、それ以外は排ガスを他方へ旋回させるように配置した排ガス浄化装置とすることも可能である。このような排ガス浄化装置であっても、上述した排ガス浄化装置５０と同様な作用効果を奏する。
【００６６】
［第六の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第六の実施形態につき図１０を参照して具体的に説明する。
図１０は、排ガス浄化装置の攪拌部材の模式図である。
【００６７】
本実施形態に係る排ガス浄化装置は、上述した排ガス浄化装置の第一の実施形態において、攪拌部材を回転可能に排ガスダクトに配置した構成であり、それ以外は同一の機器を有している。
本実施形態に係る排ガス浄化装置において、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置と同一機器には同一符号を付記しその説明を省略する。
【００６８】
本実施形態に係る排ガス浄化装置では、図１０に示すように、排ガスダクト１１の小径部１１ａに攪拌部材６５が回転可能に支持されている。すなわち、攪拌部材６５は、軸体６６と、軸体６６に取り付けられた複数の旋回翼６７を有するものである。軸体６６は、軸受６８に回転可能に支持されており、軸受６８が支持部材６９で排ガスダクト１１の小径部１１ａ内に取り付けられている。よって、排ガスダクト１１の小径部１１ａ内に排ガスが流入することにより、旋回翼６７は回転して、排ガスダクトの流路断面にて排ガスを均一混合して拡散する。
【００６９】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置によれば、上述した第一乃至第五の実施形態と同様な作用効果を奏する他、攪拌部材６５の旋回翼６７が排ガスの流入により回転することで、旋回翼６７自体により排ガスへ旋回力を付与する上に、旋回翼６７が回転することで前記排ガスの旋回をさらに大きくしている。よって、排ガスに噴霧される尿素水の蒸発を促進する上に、尿素水が排ガス中の水と反応してなるアンモニアを排ガス内で均一に拡散させることができ、ＳＣＲ触媒による脱硝性能を向上させることができる。
【００７０】
［第七の実施形態］
本発明に係る排ガス浄化装置の第七の実施形態につき図１１を用いて説明する。
図１１は、排ガス浄化装置の概略構成図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＸＩ−ＸＩ線断面矢視図である。
【００７１】
本実施形態に係る排ガス浄化装置７０は、上述した第一の実施形態に係る排ガス浄化装置において、尿素噴霧ノズルの位置を規定すると共に、攪拌部材の形状を変えたものであり、それ以外は同じ構成を有する。
本実施形態に係る排ガス浄化装置において、上述した本発明の第一の実施形態に係る排ガス浄化装置と同一機器には同一符号を付記しその説明を省略する。
【００７２】
本実施形態に係る排ガス浄化装置７０では、図１１に示すように、排ガスダクト１１の小径部１１ａの壁面近傍に尿素水１２を噴霧するように尿素噴霧ノズル７３が配置されている。尿素噴霧ノズル７３とＳＣＲ触媒１４との間に攪拌部材７５が配置される。ただし、攪拌部材７５は、円筒状部材７６と、その周面に基端側が取り付けられた複数の旋回翼７７とを有するものである。旋回翼７７の先端側は、排ガスダクト１１の小径部１１ａの壁面と接触している。すなわち、攪拌部材７５が、排ガスダクト１１の排ガス流通方向の中央部分に位置する箇所に穴を有している。よって、尿素噴霧ノズル７３から噴霧された尿素水１２は、排ガスダクト１１の周面近傍にて図中左側から右側へ流通しながら蒸発し、さらに排ガス中の水と反応してアンモニアとなり、このアンモニアが攪拌部材７５を通過することで排ガスダクト１１の径方向の断面にて均一に拡散した状態となる。その結果、前記アンモニア含有の排ガスがＳＣＲ触媒１４における排ガス流通方向に対する断面にて均一に接触することとなり効率良く脱硝が行われる。
【００７３】
したがって、本実施形態に係る排ガス浄化装置７０によれば、上述した第一乃至第六の実施形態と同様な作用効果を奏する他、尿素噴霧ノズル７３が、尿素水１２を排ガスダクト１１の壁面近傍に添加するものであり、攪拌部材７５が、排ガスダクト１１の排ガス流通方向の中央部分に位置する箇所に穴を有するものであることにより、排ガス１に噴霧された尿素水１２を効率良く蒸発させると共に、生成したアンモニアを排ガス流通方向に対する断面にて均一に拡散させることができ、ＳＣＲ触媒１４での脱硝を効率良く行うことができる。エンジンの負荷が変動したり、排ガスの流量が変動したりしても、排ガスダクト１１の周壁に沿って流通する排ガスの流れをそのまま利用して、尿素噴霧ノズル１３から噴霧される尿素水１２が蒸発し、排ガス中の水と反応してなるアンモニアを攪拌部材７５の旋回翼７６へ案内して通過させることができ、排ガス中に確実にアンモニアを混合させて均一に拡散させることができる。さらに攪拌部材７５の中心部分が開いているため圧力損失を低減でき、エンジンの燃費向上や廃棄物焼却炉や廃棄物溶融炉でのファン動力低下が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る排ガス浄化装置の第一の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る排ガス浄化装置の第一の実施形態の攪拌部材の模式図である。
【図３】選択還元触媒の入口側におけるアンモニアの濃度分布を示す図である。
【図４】攪拌部材の配置による還元剤質量流量の標準偏差を示すグラフである。
【図５】排ガス流量と還元剤質量流量の標準偏差との関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る排ガス浄化装置の第二の実施形態の攪拌部材の模式図である。
【図７】本発明に係る排ガス浄化装置の第三の実施形態の概略構成図である。
【図８】本発明に係る排ガス浄化装置の第三の実施形態の他例の攪拌部材の模式図である。
【図９】本発明に係る排ガス浄化装置の第五の実施形態の概略構成図である。
【図１０】本発明に係る排ガス浄化装置の第六の実施形態攪拌部材の模式図である。
【図１１】本発明に係る排ガス浄化装置の第七の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１，２            排ガス
１０，３０，５０，７０  排ガス浄化装置
１１              排ガスダクト
１２              尿素水
１３，７３        尿素噴霧ノズル
１４              選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）
１５，３５，５５，６５，７５  攪拌部材
１７，２７，３７，６７，７７  旋回翼
２５              蒸発部材
６８              軸受
【図１】
2009108726.tif 000004
【図２】
2009108726.tif 000005
【図３】
2009108726.tif 000006
【図４】
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【図５】
2009108726.tif 000008
【図６】
2009108726.tif 000009
【図７】
2009108726.tif 000010
【図８】
2009108726.tif 000011
【図９】
2009108726.tif 000012
【図１０】
2009108726.tif 000013
【図１１】
2009108726.tif 000014