特許 6235760 還元剤噴射装置、船舶及び還元剤噴射装置の運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6235760

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】還元剤噴射装置、船舶及び還元剤噴射装置の運転方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20171113BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 B

   B01D53/94 400

   B01D53/94 222

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-512399(P2017-512399)

(86)(22)【出願日】2017年1月16日

(86)【国際出願番号】JP2017001180

【審査請求日】2017年3月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】503116899

【氏名又は名称】新潟原動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】三村 敬久

【審査官】 二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１８５６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５５０８６００（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 実公平０７−０２８９０８（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００− ３／３８

Ｆ０１Ｎ ９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス脱硝装置に排ガスを導く排気管の内部に設けられた噴射ノズルと、
還元剤を前記噴射ノズルに送る還元剤配管と、
前記還元剤配管中に設けられた還元剤ポンプと、
洗浄水を前記噴射ノズルに送る洗浄水配管と
前記洗浄水配管中に設けられた洗浄水ポンプと、
前記洗浄水ポンプよりも上流側の前記洗浄水配管に設けられて前記還元剤配管からの還元剤を前記洗浄水配管に導入する切替部と、
を備える還元剤噴射装置。

【請求項2】

前記還元剤ポンプの異常時に前記切替部の切り換えを行う制御部を備える請求項１に記載の還元剤噴射装置。

【請求項3】

前記制御部は、還元剤の流量を制御するための制御値を有しており、前記還元剤ポンプの異常時は、前記制御値に基づいて前記洗浄水ポンプを制御することにより還元剤を前記噴射ノズルから噴射する制御を行う請求項２に記載の還元剤噴射装置。

【請求項4】

エンジンと、排ガス脱硝装置と、請求項１〜３のいずれか一つに記載の還元剤噴射装置を備えた船舶。

【請求項5】

排ガス脱硝装置に排ガスを導く排気管の内部に設けられた噴射ノズルと、還元剤ポンプを有し前記噴射ノズルに接続された還元剤供給系と、洗浄水ポンプを有し前記噴射ノズルに接続された洗浄水供給系とを有する還元剤噴射装置の運転方法であって、
通常運転時に、還元剤供給系からの還元剤を前記還元剤ポンプにより前記噴射ノズルに圧送して噴射することで前記排ガス脱硝装置を動作させる通常運転ステップと、
運転終了時に、洗浄水供給系からの洗浄水を前記洗浄水ポンプにより前記噴射ノズルに圧送して前記噴射ノズルを洗浄するノズル洗浄ステップと、
還元剤ポンプの異常時に、前記還元剤供給系を前記洗浄水ポンプに接続し、前記洗浄水ポンプにより還元剤を前記噴射ノズルに圧送して噴射することで前記排ガス脱硝装置を動作させる緊急運転ステップと、
を有する還元剤噴射装置の運転方法。

【請求項6】

前記緊急運転ステップにおいては、
前記噴射ノズルから所定量の還元剤を噴射するように前記還元剤ポンプを制御するための制御値に基づいて前記洗浄水ポンプを制御することにより、前記洗浄水ポンプによって前記噴射ノズルから噴射する還元剤の量を調節する請求項５記載の還元剤噴射装置の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、還元剤を噴射ノズルから噴射して排ガス脱硝装置に供給する還元剤噴射装置に係り、特に、排ガス脱硝装置に還元剤を供給する動力源となる還元剤ポンプにバックアップを設ける必要がなく、還元剤ポンプが故障した際には、噴射ノズルに洗浄水を供給する洗浄水ポンプを還元剤の供給用に使用することができる還元剤噴射装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１〜３には、排ガスの浄化に用いられる排ガス脱硝装置に還元剤を供給する還元剤噴霧装置又は還元剤供給装置に関する発明が開示されている。
まず、下記特許文献１に記載された還元剤噴霧装置では、噴霧器１１への配管に三方弁２１を設け、尿素水２２と純水２３の切換を行う構成となっている。この発明では、噴霧器１１が二重化されてはいるが、ポンプ９の二重化についての記載は無い。

【0003】

次に、下記特許文献２に記載された還元剤供給装置の発明は、尿素の固形化による閉塞の防止を目的としている。同文献の図４に係る実施例では、流量制御ポンプ２２４５に、三方バルブ( 流量制御バルブ２２４３) を介して還元剤供給部２２２１と貯水タンク２２３１を接続し、両者でポンプを兼用することが記載されている。但し、ポンプは１台であり、尿素水ポンプの二重化は考えられていない。

【0004】

さらに、下記特許文献３に記載された還元剤噴射装置の発明は、噴霧ノズルの閉塞防止のために尿素水と洗浄水の切換を行うものである。同文献の図１に示すように、この発明では、水、尿素水の各供給系統に、流量計、圧力計、電磁弁をそれぞれ備えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実公平７−２８９０８号公報

【特許文献2】特許第５５０８６００号公報

【特許文献3】特開平９−１５００３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記各特許文献に開示されているような従来の還元剤噴射装置を有する脱硝装置では、尿素水ラインと洗浄水ライン、それぞれのラインにポンプを搭載しており、脱硝装置が停止している間に尿素水噴射ノズル内に残った尿素水を結晶化させないため、洗浄水は脱硝装置の始動及び停止時に尿素水噴射ノズルより噴射するものとされていた。

【0007】

ディーゼルエンジンを駆動源としており、ＮＯｘ排出について条約等で規制を受ける、前述したような従来の還元剤噴射装置を有する脱硝装置が設けられた船舶では、その航行中に尿素水ポンプが故障した場合には、脱硝装置を停止せざるを得ない。そして、脱硝装置を停止すれば、エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物が高くなり、当該運航海域が排ガス規制エリア（ＥＣＡ、Emission Control Area ）である場合には条約に違反する恐れが生じる。このような問題を解決するためには、尿素水ポンプが故障した場合のバックアップとして、もう１台尿素水ポンプを搭載しておき、その尿素水ポンプを用いることにより、排気ガス中の窒素酸化物を低いレベルで維持することが考えられる。しかしながら、この場合には、脱硝装置における尿素水の供給システムが複雑化し、また船舶に占める本装置全体の設置面積が増加し、尿素水ポンプの設備コストも増大するという問題があった。

【0008】

本発明は、上述した従来の課題を解決することを目的としており、還元剤を噴射ノズルから噴射して排ガス脱硝装置に供給する還元剤噴射装置において、還元剤ポンプにバックアップを設ける必要がなく、かつ還元剤ポンプが故障した際には洗浄水ポンプを還元剤の供給用に使用することができる還元剤噴射装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

請求項１に記載された還元剤噴射装置は、
排ガス脱硝装置に排ガスを導く排気管の内部に設けられた噴射ノズルと、
還元剤を前記噴射ノズルに送る還元剤配管と、
前記還元剤配管中に設けられた還元剤ポンプと、
洗浄水を前記噴射ノズルに送る洗浄水配管と
前記洗浄水配管中に設けられた洗浄水ポンプと、
前記洗浄水ポンプよりも上流側の前記洗浄水配管に設けられて前記還元剤配管からの還元剤を前記洗浄水配管に導入する切替部と、
を備えている。

【0010】

請求項２に記載された還元剤噴射装置は、請求項１に記載の還元剤噴射装置において、前記還元剤ポンプの異常時に前記切替部の切り換えを行う制御部を備えている。

【0011】

請求項３に記載された還元剤噴射装置は、請求項２に記載の還元剤噴射装置において、前記制御部は、還元剤の流量を制御するための制御値を有しており、前記還元剤ポンプの異常時は、前記制御値に基づいて前記洗浄水ポンプを制御することにより還元剤を前記噴射ノズルから噴射する制御を行う。

【0012】

請求項４に記載された船舶は、エンジンと、排ガス脱硝装置と、請求項１〜３のいずれか一つに記載の還元剤噴射装置を備えている。

【0013】

請求項５に記載された還元剤噴射装置の運転方法は、
排ガス脱硝装置に排ガスを導く排気管の内部に設けられた噴射ノズルと、還元剤ポンプを有し前記噴射ノズルに接続された還元剤供給系と、洗浄水ポンプを有し前記噴射ノズルに接続された洗浄水供給系とを有する還元剤噴射装置の運転方法であって、
通常運転時に、還元剤供給系からの還元剤を前記還元剤ポンプにより前記噴射ノズルに圧送して噴射することで前記排ガス脱硝装置を動作させる通常運転ステップと、
運転終了時に、洗浄水供給系からの洗浄水を前記洗浄水ポンプにより前記噴射ノズルに圧送して前記噴射ノズルを洗浄するノズル洗浄ステップと、
還元剤ポンプの異常時に、前記還元剤供給系を前記洗浄水ポンプに接続し、前記洗浄水ポンプにより還元剤を前記噴射ノズルに圧送して噴射することで前記排ガス脱硝装置を動作させる緊急運転ステップと、
を有している。

【0014】

請求項６に記載された還元剤噴射装置の運転方法は、請求項５記載の還元剤噴射装置の運転方法において、
前記緊急運転ステップにおいては、
前記噴射ノズルから所定量の還元剤を噴射するように前記還元剤ポンプを制御するための制御値に基づいて前記洗浄水ポンプを制御することにより、前記洗浄水ポンプによって前記噴射ノズルから噴射する還元剤の量を調節する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、例えば次に説明する船舶の技術分野において、又は当該技術分野における次のような技術的要請に対応するに際し、以下に各項ごとに説明するような作用・効果を得ることができる。
船舶の技術分野においては、ＩＭＯの海洋汚染防止条約によりＮＯｘ排出について規制が行われているが、その３次規制では、排ガス規制エリアを航行する船舶に対し、ＮＯｘの排出を１次規制での規制値から８０％削減することが定められている。このような規制に対応するため、船舶のディーゼルエンジン等においてはＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、選択触媒還元）システムが排ガス脱硝装置として広く使用されている。ＳＣＲシステムでは、排ガス中に噴射ノズルより還元剤を噴射し、反応器において触媒で化学反応させることで、ＮＯｘの低減を行う。

【0016】

請求項１に記載の発明では、還元剤ポンプに異常が発生した際に、切替部で切り換えを行って洗浄水ポンプに還元剤を導入し、洗浄水ポンプを用いて還元剤を噴射ノズルに圧送し、排ガス中に還元剤を噴霧することができる。これにより、還元剤ポンプ異常時でも排ガス脱硝装置の運転を継続でき、また、装置の冗長性を得るために予備の尿素水ポンプを備える必要がない。

【0017】

さらに、切替部は、より具体的には、洗浄水配管中の洗浄水ポンプの上流側に挿入された三方切換弁と、その三方切換弁に一端が接続し、もう一端が、還元剤配管中の還元剤ポンプの上流側あるいは還元剤タンクに接続された、分岐配管とを有するものとすることができる。また三方弁を用いず、洗浄水配管中の洗浄水ポンプの上流側に一端が接続し、もう一端が、還元剤配管中の還元剤ポンプの上流側あるいは還元剤タンクに接続された、分岐配管と、分岐配管中および洗浄水配管中の分岐配管より上流側にそれぞれ設けられた開閉弁とを有するものとすることもできる。
還元剤としては尿素水が代表的であるが、他の薬剤も適用可能である。

【0018】

切替部の切り換えは手動で行うことも可能であるが、より好適には、請求項２に記載の発明のように、還元剤ポンプの異常をセンサ等で検知し制御部により自動で行うことができる。

【0019】

請求項３に記載の発明では、以下に説明するような作用・効果が得られる。
すなわち、前記ＳＣＲシステムを運転する際には、排ガス中のＮＯｘ排出量に応じた還元剤の流量制御が重要となる。還元剤が少ないと充分な脱硝反応が行われず、還元剤（尿素水）が多すぎると加水分解されたアンモニアが触媒後流に流出するためである。還元剤ポンプの正常時は、脱硝装置に接続されるエンジンの出力の大きさに応じて適切な流量の還元剤が、還元剤ポンプにより噴射ノズルに圧送される。一方で、洗浄水ポンプの流量は、通常は前述と無関係な洗浄に適した流量に設定される。したがって、還元剤ポンプの異常時に洗浄水ポンプを用いて還元剤を噴射する際には、洗浄水ポンプの系統においても、還元剤の流量を制御することが望ましい。

【0020】

還元剤の流量の制御値は、より具体的には、脱硝装置に接続されるエンジンの出力の大きさに対する還元剤の流量の関係を示すテーブル、グラフ、関数等のデータとすることができる。また、還元剤の流量制御値は、エンジンから排出される排ガス中のＮＯｘ濃度をセンサにより計測し、計測されたＮＯｘ排出量と還元剤の流量との関係を示すテーブル、グラフ、関数等のデータとすることができる。また、脱硝装置によって処理された排ガス中でのＮＯｘ濃度をセンサにより計測し、これからのフィードバック演算により求めた還元剤の流量とすることができる。

【0021】

還元剤の流量の制御値に基く制御は、流量の制御値に基いて洗浄水ポンプの回転数を制御するものとすることができるが、他の制御、例えば、流量の制御値に基いてコントロールバルブを制御するものでも良い。洗浄水ポンプの容量が還元剤ポンプの容量と同等の場合には、流量の制御値に基づいて、還元剤ポンプを運転したのと同等の速度で洗浄水ポンプを運転するのが標準的であるが、必要に応じて相対的に早い速度または遅い速度としても良い。洗浄水ポンプの容量が還元剤ポンプの容量よりも小さい場合には、流量の制御値に基づいて、洗浄水ポンプを相対的により早い速度で運転し、適切な還元剤の流量を得ても良い。また、容量の小さな洗浄水ポンプでは充分な還元剤の流量が得られない場合には、制御部は、洗浄水ポンプの容量が上限に達する際にエンジンの出力を制限する制御を行っても良い。

【0022】

本発明の内容は、排ガス脱硝装置に還元剤を供給する技術分野であれば、如何なる用途においても実施可能であるが、請求項４に記載の発明は、ＩＭＯの海洋汚染防止条約の排ガス規制エリアを航行する可能性のある船舶に対し特に有用とされるものである。

【0023】

請求項５及び請求項６に記載の方法の発明は、請求項１乃至３に記載の還元剤噴射装置の発明と、請求項１乃至３に記載の還元剤噴射装置を有する請求項５に記載の船舶の発明において、還元剤噴射装置を運転する際、還元剤ポンプに異常が発生した時でも排ガス脱硝装置の運転を継続できるという実用上顕著な効果を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施形態である還元剤噴射装置が設けられた排ガス脱硝装置の全体構成図であって、特に通常運転を行っている際の尿素水ライン及び洗浄水ラインの接続状況を示す図である。

【図2】実施形態の全体構成図であって、特に尿素水ポンプが故障した際の尿素水ライン及び洗浄水ラインの接続状況を示す図である。

【図3】実施形態において還元剤噴射装置を制御する際に使用される尿素水流量とエンジン負荷との関係を示す制御データを例示するグラフである。

【図4】実施形態における排ガス脱硝装置の運転手順を示す流れ図である。

【図5】実施形態における排ガス脱硝装置の運転停止手順を示す流れ図である。

【図6】実施形態の還元剤噴射装置における尿素水ライン及び洗浄水ラインの変形例を示す図である。

【図7】実施形態の還元剤噴射装置における尿素水ライン及び洗浄水ラインの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１〜図３を参照して実施形態の還元剤噴射装置１等の構成について説明する。
この還元剤噴射装置１は、排ガス脱硝装置２に排ガスを導くエンジン３の排気管４内に還元剤である尿素水を噴射して供給する装置である。排ガス脱硝装置２には還元触媒が設けられており、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）は還元剤である尿素水と還元触媒により還元され無害化されて環境中に排出される。

【0026】

エンジン３の排気管４には、エンジン３と排ガス脱硝装置２の間に噴射ノズル５が設けられている。噴射ノズル５は、排気管４の周壁に設けられたＴ継手状の取付部のフランジ板を気密状態に貫通して固定されている。噴射ノズル５には、還元剤を前記噴射ノズル５に送る還元剤配管としての尿素水ライン６と、洗浄水を前記噴射ノズル５に送る洗浄水配管としての洗浄水ライン７に並列に接続されている。

【0027】

尿素水ライン６は、その最も上流側において、還元剤供給源として尿素水タンク８に接続されている。尿素水タンク８から供給される尿素水は、尿素水ライン６中に設けられた還元剤ポンプとしての尿素水ポンプ９により下流に向けて圧送される。尿素水ライン６において、尿素水ポンプ９の下流側（吐出側）には、圧力検知部１０が接続され、さらに下流側には流量検知部１１が接続されており、流量検知部１１の流出側が前記噴射ノズル５に接続されている。

【0028】

洗浄水ライン７は、その最も上流側において、洗浄水供給源として洗浄水タンク１２に接続されている。洗浄水タンク１２から供給される洗浄水は、洗浄水ライン７中に設けられた洗浄水ポンプ１３により下流に向けて圧送される。洗浄水ライン７において、洗浄水ポンプ１３の下流側（吐出側）には、圧力検知部１４が接続され、さらに下流側には流量検知部１５が接続されており、流量検知部１５の流出側が前記噴射ノズル５に接続されている。ここで、尿素水ライン６と洗浄水ライン７は合流部１６で合流されて噴射ノズル５に接続される。

【0029】

なお、図１及び図２においては、洗浄水ポンプ１３と尿素水ポンプ９は同一形状のシンボルで表しているが、両ポンプ１３，９は、最大出力、最大流量等の性能、仕様が必ずしも同一であるとは限らない。

【0030】

洗浄水ポンプ１３よりも上流側の洗浄水ライン７には、切替部として切替弁２０が設けられている。この切替弁２０は流路の切り替えをアクチュエータ２２によって行う電磁弁であり、切り替え可能なポートの数が３つある三方弁である。すなわち、洗浄水タンク１２に接続された第１入口Ａと、洗浄水ポンプ１３に接続された出口Ｂと、切替操作によって第１入口Ａに代えて出口Ｂに接続される第２入口Ｃの３つのポートを有している。そして、前記尿素水ライン６は、尿素水タンク８と尿素水ポンプ９の中間位置から分岐したバイパス管２１を有しており、このバイパス管２１が第２入口Ｃに接続されている。

【0031】

従って、アクチュエータ２２によって切替弁２０の弁体を操作することにより、切替弁２０の流路を２つの選択肢から択一的に選択・設定することができる。すなわち、第１には、第１入口Ａと出口Ｂを連通させ、洗浄水タンク１２から洗浄水ポンプ１３によって洗浄水を洗浄水ライン７に供給する流路である。この流路を、切替弁２０の連通しているポートの名称からＡＢと称する。この場合、尿素水ライン６のバイパス管２１から洗浄水ライン７に尿素水が流入することはない。第２には、第２入口Ｃと出口Ｂを連通させ、尿素水タンク８からバイパス管２１及び切替弁２０を経て洗浄水ポンプ１３によって尿素水を洗浄水ライン７に供給する流路である。この流路を、切替弁２０の連通しているポートの名称からＣＢと称する。この場合、洗浄水タンク１２から切替弁２０を通って洗浄水ライン７に洗浄水が流入することはない。

【0032】

この還元剤噴射装置１は、排ガス脱硝装置２の通常運転中（連続運転又は停止操作時）に、尿素水ポンプ９と洗浄水ポンプ１３の駆動を制御するとともに、連続運転中に尿素水ポンプ９に異常が発生した時には、切替弁２０のアクチュエータ２２を操作して尿素水ライン６のバイパス管２１を洗浄水ライン７に接続するように流路の切り替え制御を行う制御部２５を備えている。

【0033】

制御部２５には、洗浄水ライン７の圧力検知部１４と流量検知部１５の信号ラインが接続されている。制御部２５は、この信号ラインを介して、洗浄水ライン７の使用時に洗浄水の圧力と流量に関するデータを取得することができる。また制御部２５は、洗浄水ポンプ１３の駆動を制御するための制御値（パラメータ）を備えている。この制御値は、噴射ノズル５から噴射する洗浄水の流量や圧力が、噴射ノズル５を洗浄する目的に適した値となるように設定されている。制御部２５は、洗浄水ライン７の使用時には、この制御値に基づいて洗浄水ポンプ１３を制御するが、これに加え、圧力検知部１４からの圧力と流量検知部１５からの流量を用いて、洗浄水の圧力や流量が目標の値に収斂するように制御を行ってもよい。

【0034】

制御部２５には、尿素水ライン６の圧力検知部１０と流量検知部１１の信号ラインが接続されている。制御部２５は、この信号ラインを介して、尿素水ライン６の使用時に尿素水の圧力と流量に関するデータを取得することができる。また制御部２５は、尿素水ポンプ９の駆動を制御するための制御値（パラメータ）を備えている。すなわち、本実施形態のようなＳＣＲシステムを運転する際には、排ガス中のＮＯｘ排出量に応じた還元剤の流量制御が重要となる。尿素水が少ないと充分な脱硝反応が行われず、尿素水が多すぎると加水分解されたアンモニアが触媒後流に流出するためである。尿素水ポンプ９が正常に作動している際には、排ガス脱硝装置２に接続されるエンジン３の出力の大きさ又は負荷に応じた適切な流量の尿素水を噴射ノズル５に圧送する必要がある。

【0035】

図３は、実施形態において還元剤噴射装置１を制御する際に使用される尿素水流量（縦軸、相対値で表す。）とエンジン３の負荷（横軸、％で表す。）との関係を示す制御データを例示するグラフである。制御部２５は、排ガス脱硝装置２の連続運転時には、エンジン３から供給される負荷のデータと、このグラフに示される制御データによって決定される必要な尿素水の流量が実現されるような制御値を予め計算して記憶部に格納しており、駆動時には係る制御値で尿素水ポンプ９を制御し、尿素水の流量を必要な値に設定する。なお、季節による運転環境の変化によりＮＯｘ排出量は変化するため、エンジン３の負荷に対する尿素水流量もそれに従った調整がなされており、負荷率毎に調整範囲が存在する。例えば、図３においては、太い実線で示す基準の尿素水流量に対し、細い実線で囲んだ斜線領域で示すように流量調整範囲が設定され、運転環境が変化しても規制値を満足するようにされる。

【0036】

制御部２５は、尿素水ライン６の使用時には、前記制御値に基づいて尿素水ポンプ９を制御するが、これに加え、圧力検知部１０からの圧力と流量検知部１１からの流量を用いて、尿素水の圧力や流量が目標の値に収斂するように制御を行ってもよい。

【0037】

また、制御部２５は、圧力検知部１０が検出した圧力や流量検知部１１が検出した流量から見て、又は尿素水ポンプ９から送られる故障信号等から見て、尿素水ポンプ９又は尿素水ライン６に異常が発生したと判断される場合には、切替弁２０のアクチュエータ２２を作動させる制御を行い、切替弁２０の流路を第２入口Ｃから出口Ｂに至る流路ＣＢに設定するとともに、尿素水ポンプ９を停止し、尿素水ポンプ９を駆動するための前記制御値に基づいて洗浄水ポンプ１３を駆動する。これにより、尿素水ポンプ９のバックアップを特に設けていないにも係わらず、尿素水の供給系統に何らかの異常が生じた場合であっても、洗浄水ライン７を利用して尿素水を噴射ノズル５から排気管４内に噴射することができる。

【0038】

図４及び図５を参照して実施形態の還元剤噴射装置１等の作用について説明する。
図４は、排ガス脱硝装置２の運転手順を示す流れ図である。船舶のディーゼルエンジン３等において、前記還元剤噴射装置１を含む排ガス脱硝装置２であるＳＣＲ（選択触媒還元）システムの運転を開始する（Ｓ１１）。ＳＣＲ運転を開始すると、排気管４内の排ガス中に噴射ノズル５から尿素水が噴射され、排ガス脱硝装置２（反応器）では触媒によって化学反応が起こりＮＯｘが低減される通常運転の状態となる（Ｓ１２）。

【0039】

この通常運転においては、切替弁２０の流路は次のように設定されている。すなわち、第１入口Ａと出口Ｂが連通しており（図１に示す状態。流路ＡＢ）、第２入口Ｃは遮断されているので、洗浄水ライン７と、尿素水ライン６は遮断されている。そして、尿素水ポンプ９は駆動され、洗浄水ポンプ１３は停止しているので、噴射ノズル５からは尿素水のみが噴射される。

【0040】

排ガス脱硝装置２が正常に動作している間に、尿素水ポンプ９及び尿素水ライン６に故障が検出されたか否かが、制御部２５において定期的に判断される（Ｓ１３）。具体的には、次のように( ア）〜( ウ）のいずれかが成立すれば制御部２５は故障と判断する。
( ア）負荷率( 機関回転数、噴射量）が一定の場合において、図３に示すような制御データに基づいて制御部２５が生成する尿素水の流量指令値と、流量検知部１１が検出した実流量との差異が所定許容範囲を越えて大きい、又は小さい場合。
( イ）制御部２５が、尿素水ポンプ９が故障時に発生する故障信号( 断線、可動部品の固着等) を検出した場合。
( ウ）圧力検知部１０が検出した尿素水ライン６の圧力が所定許容範囲を外れて変化したことを制御部２５が検出した場合( 尿素水ライン６からの漏れによる圧力低下や、何らかの原因による圧力上昇）。

【0041】

制御部２５が、尿素水ポンプ９又は尿素水ライン６に故障が検出されたと判断した場合には（Ｓ１３、ＹＥＳ）、制御部２５は、切替弁２０の流路を切り替えることによって、尿素水の供給に利用するラインを、尿素水ライン６から洗浄水ライン７に切り替える（Ｓ１４）。すなわち、第２入口Ｃと出口Ｂを連通させ（図２に示す状態。流路ＣＢ）、尿素水タンク８からバイパス管２１及び切替弁２０を経て洗浄水ポンプ１３に至るラインを、尿素水の供給ラインとする。この場合、洗浄水タンク１２から切替弁２０を通って洗浄水ライン７に洗浄水が流入することはない。

【0042】

同時に制御部２５において、洗浄水ライン７の流量、圧力及び洗浄水ポンプ１３の駆動制御値を、尿素水ライン６の流量、圧力及び尿素水ポンプ９の制御値に読み替えて設定する（Ｓ１５）。

【0043】

これによって、洗浄水ライン７と洗浄水ポンプ１３によって噴射ノズル５から尿素水が噴射される切替運転が始まる（Ｓ１６）。

【0044】

図５は、排ガス脱硝装置２の運転停止手順を示す流れ図である（Ｓ２１）。
前記ＳＣＲ（選択触媒還元）システムが通常運転（図４、Ｓ１２）又は切替運転（図４、Ｓ１６）を行っている状態において、その運転が停止されるのは、例えば負荷率が２５％未満といった低い状態にあること、また船舶の現在位置が規制領域の外にあること、といった停止条件が満足される場合である。

【0045】

制御部２５は、排ガス脱硝装置２の運転の停止条件が満足されている場合、尿素水ポンプ９又は尿素水ライン６等が故障しているか否かを判断する（Ｓ２２）。この故障判断は、運転中、定期的に行われているものであり、圧力や流量の異常を示す信号や、尿素水ポンプ９から異常を示す信号が送られた場合には、制御部２５には故障フラグが立ち、制御部２５は故障モードに入る。

【0046】

尿素水ポンプ９及び尿素水ライン６等は故障しておらず、制御部２５が故障モードにない場合（Ｓ２２、ＮＯ）には、尿素水ポンプ９を停止し（Ｓ２３）、洗浄水ポンプ１３を始動し（Ｓ２４）、噴射ノズル５から洗浄水を噴射して噴射ノズル５の洗浄を行う（Ｓ２５）。所定時間の洗浄を行った後、洗浄水ポンプ１３を停止し（Ｓ２６）、排ガス脱硝装置２が運転を停止する（Ｓ２７）。

【0047】

尿素水ポンプ９又は尿素水ライン６等が故障しており、制御部２５が故障モードにある場合（Ｓ２２、ＹＥＳ）には、尿素水タンク８からバイパス管２１を経て、切替弁２０の第２入口Ｃから出口Ｂに至る流路ＣＢが形成されているため（図２参照）、制御部２５は、切替え指令を切替弁２０のアクチュエータ２２に出力して弁体を駆動し、図１中に示すように切替弁２０の流路を第１入口Ａから出口Ｂに至る流路ＡＢに切替え（Ｓ２８）、洗浄水ライン７に洗浄水が流れるようにする。

【0048】

同時に制御部２５において、尿素水ライン６の流量、圧力を達成するように設定されていた洗浄水ポンプ１３の制御値を、元の洗浄水ポンプ１３の制御値に戻し（Ｓ２９）、洗浄水ポンプ１３によって噴射ノズル５から所定の圧力、流量によって洗浄水を噴射して噴射ポンプを洗浄する（Ｓ３０）。所定時間の洗浄を行った後、洗浄水ポンプ１３を停止し（Ｓ３１）、排ガス脱硝装置２が運転を停止する（Ｓ２７）。

【0049】

本実施形態によれば、尿素水ポンプ９や尿素水ライン６に異常が発生した際に、切替弁２０を切り替えて洗浄水ポンプ１３で尿素水を噴射ノズル５に圧送するので、排ガス中に尿素水を噴霧する動作を継続することができる。これにより、尿素水ポンプ９等の異常時でも排ガス脱硝装置２の運転を継続でき、また、装置の冗長性を得るために予備の尿素水ポンプ９を備える必要がない。

【0050】

なお、切替弁２０としては三方弁を用いたが、三方弁を用いずに、図６又は図７に示すような変形例の構造を採用することもできる。
すなわち、図６に示すように、洗浄水ライン７の洗浄水ポンプ１３の上流側と、尿素水タンク８を接続する第２バイパス管Ｂ２を設け、このバイパス管Ｂ２中に第１開閉弁Ｖ１を設ける。また、洗浄水ライン７において、第２バイパス管Ｂ２と洗浄水ライン７との連結部と、洗浄水タンク１２との間に第２開閉弁Ｖ２を設ける。さらに、尿素水ライン６において、尿素水ポンプ９と尿素水タンク８の間に第３開閉弁Ｖ３を設ける。

【0051】

この構成によれば、通常運転時には、第１開閉弁Ｖ１と第２開閉弁Ｖ２を閉止し、第３開閉弁Ｖ３を開放して尿素水の供給を行うことができる。噴射ノズル５の洗浄時には、第１開閉弁Ｖ１と第３開閉弁Ｖ３を閉止し、第２開閉弁Ｖ２を開放して洗浄水の供給を行うことができる。尿素水ポンプ９が故障した場合には、第２開閉弁Ｖ２と第３開閉弁Ｖ３を閉止し、第１開閉弁Ｖ１を開放して尿素水の供給を行うことができる。なお、この構成においては尿素水ポンプ９を停止することで尿素水ライン６による尿素水の供給は停止できるため、第３開閉弁Ｖ３を設けずに省略することも可能である。

【0052】

また、図７に示すように、洗浄水ライン７の洗浄水ポンプ１３の上流側と、尿素水ライン６の尿素水ポンプ９の上流側とを連結する第３バイパス管Ｂ３を設け、さらに洗浄水ライン７における第３バイパス管Ｂ３との連結部と、洗浄水タンク１２との間に第４開閉弁Ｖ４を設け、さらにまた第３バイパス管Ｂ３に第５開閉弁Ｖ５を設ける。

【0053】

この構成によれば、通常運転時には、第４開閉弁Ｖ４と第５開閉弁Ｖ５を閉止すれば、尿素水の供給を行うことができる。噴射ノズル５の洗浄時には、第５開閉弁Ｖ５を閉止し、第４開閉弁Ｖ４を開放して洗浄水の供給を行うことができる。尿素水ポンプ９が故障した場合には、第４開閉弁Ｖ４を閉止し、第５開閉弁Ｖ５を開放して尿素水の供給を行うことができる。

【0054】

以上説明した実施形態では、還元剤としては実施形態で説明したように尿素水が代表的であるが、他の還元性の薬剤も適用可能である。

【0055】

以上説明した実施形態では、切替弁２０を電磁弁とし、尿素水ポンプ９の異常をセンサ等で検知し制御部２５により自動で切替弁２０の流路を切り替えることとしたが、手動で行うことも可能である。

【0056】

以上説明した実施形態では、尿素水の流量の制御値を決定するための制御データとしては、エンジン３の出力の大きさに対する尿素水の流量の関係を示すグラフを例示したが、データ形式には限定はなく、グラフ、関数等のデータとすることもできる。なお、排ガス脱硝装置２によって処理された排ガス中でのＮＯｘの量をセンサにより計測し、これからのフィードバック演算により求めた尿素水の流量とすることもできる。

【0057】

以上説明した実施形態では、尿素水の流量の制御は、尿素水の流量の制御値に基いて洗浄水ポンプ１３の回転数を制御して行うことができるが、他の制御値と制御機器による制御、例えば、尿素水の流量の制御値に基いて流量制御弁を制御するものでも良い。

【0058】

また、洗浄水ポンプ１３の容量が尿素水ポンプ９の容量と同等の場合には、尿素水の流量の制御値に基づいて、尿素水ポンプ９を運転したのと同等の速度で洗浄水ポンプ１３を運転して尿素水を供給するのが標準的であるが、必要に応じて相対的に早い速度または遅い速度としても良い。洗浄水ポンプ１３の容量が尿素水ポンプ９の容量よりも小さい場合には、尿素水の流量の制御値に基づいて、洗浄水ポンプ１３を相対的により早い速度で運転し、適切な尿素水の流量を得ても良い。また、容量の小さな洗浄水ポンプ１３では充分な尿素水の流量が得られない場合には、制御部２５は、洗浄水ポンプ１３の容量が上限に達する際にエンジン３の出力を制限する制御を行っても良い。

【0059】

本発明が適用される船舶の技術分野においては、排ガス規制エリアを航海する船舶の大部分がＳＣＲシステムを搭載している。また、ＥＣＡ内では、ＳＣＲシステムが故障しても脱硝動作を維持するという冗長性が船級から要求されている。通常、尿素水ポンプは、冗長性を維持するため設備コストの高額化を受忍しつつバックアップとして２台を用意しておき、万が一、尿素水ポンプが故障した場合には、バックアップの尿素水ポンプを稼働させることになっていた。しかしながら、以上説明した実施形態及び変形例の説明から明らかなように、本発明によれば、仮に尿素水ポンプ９が故障した場合であっても、従来から存在している洗浄水ポンプ１３を尿素水ポンプ９のバックアップとして使用することができるため、バックアップ専用の尿素水ポンプを用意する必要がなく、設備コストの高額化を招来することなく、ＥＣＡ内での排ガス規制の遵守を確実に達成することができるという実用上顕著な効果が得られる。

【符号の説明】

【0060】

１…還元剤噴射装置
２…排ガス脱硝装置
３…エンジン
４…排気管
５…噴射ノズル
６…還元剤配管としての尿素水ライン
７…洗浄水配管としての洗浄水ライン
９…還元剤ポンプとしての尿素水ポンプ
１３…洗浄水ポンプ
２０…切替部としての切替弁
２１…バイパス管
２５…制御部

【要約】

【課題】排ガス脱硝装置の還元剤噴射装置において、還元剤ポンプにバックアップを設ける必要がなく、還元剤ポンプが故障した際にも還元剤の供給を継続すること。
【解決手段】還元剤噴射装置１は、排気管４の内部に設けられた噴射ノズル５と、尿素水ライン６と、尿素水ポンプ９と、洗浄水ライン７と、洗浄水ポンプ１３と、洗浄水ポンプの上流側で洗浄水ラインに設けられて尿素水ラインからの尿素水を洗浄水ラインに導入する切替弁２２を有する。通常作動時は切替弁を流路ＡＢとするが、尿素水ポンプが故障した場合には切替弁を流路ＣＢとして洗浄水ポンプで尿素水を流量制御して噴射ノズルに供給する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】