特許 6643882 燃焼機関の排ガス浄化設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6643882

(24)【登録日】2020年1月9日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】燃焼機関の排ガス浄化設備

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20200130BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 B

   B01D53/94 222

   B01D53/94 400

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-236326(P2015-236326)

(22)【出願日】2015年12月3日

(65)【公開番号】特開2017-101620(P2017-101620A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】特許業務法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川口 博昭

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕士

(72)【発明者】

【氏名】馬場 真二

【審査官】 小笠原 恵理

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５１０００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７１１４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、を備え、
兼用タンク装置は、貯蔵兼用生成タンクで生成された還元剤溶液を高濃度化する高濃度化装置を具備し、
前記高濃度化装置は、
還元剤溶液の濃度を計測する生成用濃度計と、
生成された還元剤溶液を前記貯蔵兼用生成タンクに戻し還元剤粉体を再溶解する高濃度化ラインと、を有する
燃焼機関の排ガス浄化設備。

【請求項2】

前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼機関の排ガス浄化設備。

【請求項3】

燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
調整タンク装置は、還元剤溶液の濃度を適正範囲に調整する濃度調整装置を具備し、
前記濃度調整装置は、
前記調整タンクの還元剤溶液の濃度を計測する調整用濃度計と、
前記調整タンクの還元剤溶液を貯蔵兼用生成タンクに戻して還元剤粉体を再溶解させる還流ラインと、
溶媒を前記調整タンクに補給する希釈ラインと、を有する
燃焼機関の排ガス浄化設備。

【請求項4】

燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
調整タンク装置は、還元剤溶液を撹拌する溶液撹拌装置を具備し、
前記溶液撹拌装置は、
調整タンクの還元剤溶液を取り出して再度当該調整タンクに戻し、還元剤溶液を循環させて前記調整タンク内の還元剤水液を撹拌する撹拌ラインと、を有する
燃焼機関の排ガス浄化設備。

【請求項5】

燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
燃焼機関が船舶燃焼機関であり、
海水を真水化することで溶媒を製造する溶媒製造機と、
前記溶媒を貯蔵兼用生成タンクに供給する溶媒供給ラインと、を具備し、
前記溶媒供給ラインに、溶媒を適正温度に加熱する加熱装置を有する
燃焼機関の排ガス浄化設備。

【請求項6】

燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
兼用タンク装置は、
固液分離部材により還元剤粉体から分離された還元剤溶液を貯留する溶液貯留部と、
貯蔵兼用生成タンク内で還元剤溶液の液相面を検出する溶媒検出器と、を備える
燃焼機関の排ガス浄化設備。

【請求項7】

調整タンク装置は、還元剤溶液の濃度を調整する希釈装置を具備し、
前記希釈装置は、溶媒を前記調整タンクに補給する溶媒補給ラインを有する
請求項２乃至６のいずれか一項に記載の燃焼機関の排ガス浄化設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼機関の排ガス浄化設備に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、燃焼機関から排出される排ガス中のＮＯｘの排出を低減するものとして、排ガス中に還元剤を吹き込んで触媒上で脱硝するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択的触媒還元方式）や、触媒を用いずに脱硝するＳＮＣＲ(Selective Non-Catalytic Reduction：無触媒脱硝方式)が知られている。

【0003】

たとえば、ＳＣＲが採用されている輸送機器のうち、陸上をディーゼルエンジン機関により走行する車両では、アンモニア水（NH₃）や尿素水などの還元剤を補給する場所が多数あるので、走行中に還元剤が不足した場合でも、直ちに還元剤の補給が可能である。これに対して、船舶では、上記車両に比べて排気量が多いので大量の還元剤が必要となり、還元剤の補給も寄港時に限られることから、ＳＣＲの還元剤として、尿素粉のような容積的に有利なものが検討されている。

【0004】

尿素粉を船舶に積載して利用するものとして、例えば特許文献１では、船舶に装備されている造水機を利用して尿素水を随時製造し、洋上で尿素水の補給が受けられない船舶であっても、省スペースと積載重量とを軽減することを確保しつつＮＯｘを浄化できる排気ガス浄化システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−０７１１４８号公報

【特許文献2】実公平０７−０１１１４７号公報

【特許文献3】実開平０８−００１４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、尿素粉は、水に極めて溶けやすく、大気中の水蒸気を吸湿して固化、固着しやすいので、適切に管理する必要がある。また、船舶内の空気は多湿である。このため、上記特許文献１には、尿素粉貯蔵タンク（原料ホッパー）に乾燥装置を設けたものが提案されている。

【0007】

また、特許文献２および３では、飽和溶液の尿素水を貯える溶液タンクと、水と前記溶液タンクから導いた尿素水とを混合させる混合部と、前記混合部で所望濃度の尿素水が製造されるように該混合部に供給される水及び前記溶液タンクからの尿素水の量を適宜に設定する設定部を具備する尿素水溶液製造装置が開示されている。これら尿素水溶液製造装置にも、尿素粉貯蔵タンク（尿素受槽）や尿素粉を貯蔵する倉庫（空間）が別途必要で、尿素粉を十分に貯留する広いスペースを必要とする。しかも尿素粉貯蔵タンクや倉庫に、尿素粉が固着しないように適切に湿度を管理する必要がある。

【0008】

さらに、上記特許文献２および３では、尿素粉と水とを混合して尿素水にするための溶液タンク（溶解槽）および撹拌装置（撹拌機）が必要となる。上記溶液タンクは、尿素粉および水を受けるとともに、これらを十分に撹拌させるため、必然的に大容積となる。

【0009】

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、排ガス浄化設備の省スペース化を実現できる燃焼機関の排ガス浄化設備を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る燃焼機関の排ガス浄化設備は、燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
兼用タンク装置は、貯蔵兼用生成タンクで生成された還元剤溶液を高濃度化する高濃度化装置を具備し、
前記高濃度化装置は、
還元剤溶液の濃度を計測する生成用濃度計と、
生成された還元剤溶液を前記貯蔵兼用生成タンクに戻し還元剤粉体を再溶解する高濃度化ラインと、を有するものである。

【0011】

上記構成によれば、貯蔵兼用生成タンクにより、還元剤粉体を貯蔵するとともに、貯蔵した還元剤粉体に溶媒を供給して溶解させ、還元剤溶液を生成することができるので、粉状還元剤の貯蔵スペースを無くして、排ガス浄化設備の省スペース化を実現できる。
また、上記構成によれば、還元剤溶液の濃度が低い時に、高濃度化装置により、貯蔵兼用生成タンクで生成された還元剤溶液を、高濃度化ラインを介して貯蔵兼用生成タンクに戻し、還元剤粉体を再溶解する。これにより、貯蔵兼用生成タンク内の還元用粉体が減少して溶媒の接触面が減少しても、高濃度な還元剤溶液を生成することができる。

【0012】

また上記構成において、前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置を備えるものである。

【0016】

本発明に係る燃焼機関の排ガス浄化設備は、燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
調整タンク装置は、還元剤溶液の濃度を適正範囲に調整する濃度調整装置を具備し、
前記濃度調整装置は、
調整タンクの還元剤溶液の濃度を計測する調整用濃度計と、
前記調整タンクの還元剤溶液を貯蔵兼用生成タンクに戻して還元剤粉体を再溶解させる還流ラインと、
溶媒を前記調整タンクに補給する希釈ラインと、を有するものである。

【0017】

上記構成によれば、調整タンク装置により、調整用濃度計の検出値に基づいて調整タンク内の還元剤溶液の濃度が適正範囲より低く検出された時に、調整タンクの還元剤溶液を貯蔵兼用生成タンクに戻して還元用粉体を再溶融させ、還元剤溶液の濃度を上げる。また調整タンク内の還元剤溶液の濃度が適正範囲より高く検出された時に、希釈ラインから調整タンクに溶媒を補給することで、調整タンクの還元剤溶液を貯蔵兼用生成タンクに戻して還元用粉体を再溶融させ、還元剤溶液の濃度を下げる。これにより、調整タンクにおける還元剤溶液の濃度を、適正範囲に調整することができる。

【0018】

本発明に係る燃焼機関の排ガス浄化設備は、燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
調整タンク装置は、還元剤溶液を撹拌する溶液撹拌装置を具備し、
前記溶液撹拌装置は、
調整タンクの還元剤溶液を取り出して再度当該調整タンクに戻し、還元剤溶液を循環させて前記調整タンク内の還元剤水液を撹拌する撹拌ラインと、を有するものである。

【0019】

上記構成によれば、還流用ポンプにより、循環ラインを介して還元剤溶液を循環させて、調整タンク内の還元剤溶液を撹拌する。これにより還元剤溶液の濃度むらをなくして均一となすることができる。また撹拌翼を回転させるような機械式撹拌装置に比べて、振動に強くかつ故障も少なく、メンテナンス性を改善することができる。

【0020】

本発明に係る燃焼機関の排ガス浄化設備は、燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
燃焼機関が船舶燃焼機関であり、
海水を真水化することで溶媒を製造する溶媒製造機と、
前記溶媒を貯蔵兼用生成タンクに供給する溶媒供給ラインと、を具備し、
前記溶媒供給ラインに、溶媒を適正温度に加熱する加熱装置を有するものである。

【0021】

上記構成によれば、船舶の燃焼機関に適用することで、限られた船体内空間を有効利用することができる。また加熱装置により溶媒を適正な温度範囲にすることで、還元剤粉体の溶解状態が低下することがなく、効率よく還元剤溶液を生成することができる。

【0022】

本発明に係る燃焼機関の排ガス浄化設備は、燃焼機関と、前記燃焼機関の排ガスラインの排ガス中に還元剤溶液を供給する還元装置と、還元剤粉体から還元剤溶液を製造する生成装置と、を具備し、
前記生成装置は、
還元剤粉体を貯蔵するとともに、溶媒を還元剤粉体に供給して溶解させる貯蔵兼用生成タンクを有する兼用タンク装置と、
前記貯蔵兼用生成タンクから取り出した還元剤溶液を貯留する調整タンクを有する濃度調整可能な調整タンク装置と、を備え、
兼用タンク装置は、
固液分離部材により還元剤粉体から分離された還元剤溶液を貯留する溶液貯留部と、
貯蔵兼用生成タンク内で還元剤溶液の液相面を検出する溶媒検出器と、を備えるものである。

【0023】

上記構成によれば、溶媒レベル計の検出値に基づいて、溶媒を還元剤粉末に十分に浸漬させ、高濃度の還元剤溶液を、溶液分離部材を介して溶液貯留部からスムーズに取り出すことができる。
また、上記構成において、調整タンク装置は、還元剤溶液を調整する希釈装置を具備し、
前記希釈装置は、溶媒を調整タンクに補給する溶媒補給ラインを有するものである。
上記構成によれば、調整タンク装置により、生成用濃度計の検出値に基づいて、調整タンクに溶媒を補給することにより、高濃度な還元剤溶液を希釈して排ガス還元に適した濃度範囲にすることができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、還元剤粉体の貯蔵空間を省スペース化でき、貯蔵タンクから生成タンクへの還元剤粉体の供給装置を無くして低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明に係る舶用燃焼機関の排ガス浄化設備の実施例１を示す概略構成図である。

【図2】貯蔵兼用生成タンク装置を示す縦断面図である。

【図3】排ガス浄化装置のブロック図である。

【図4】貯蔵兼用生成タンクの変形例を示す縦断面図である。

【図5】本発明に係る舶用燃焼機関の排ガス浄化設備の実施例２を示す概略構成図である。

【図6】本発明に係る舶用燃焼機関の排ガス浄化設備の実施例３を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

［実施例１］
（設備概要）
図１は本発明の関連技術に係る舶用燃焼機関の排ガス浄化設備の実施例１を示す概略構成を示す図である。この舶用機関の排ガス浄化設備は、溶媒である水を精製するための造水機（溶媒製造機）１１と、大型ディーゼル機関からなる舶用燃焼機関１６と、を備えた船舶１０において、上記舶用燃焼機関１６から排出される排ガスを還元装置１２により浄化するものである。この還元装置１２は、排ガスライン１６Ｌに配置された還元用触媒１３と、サービスタンク１４内の尿素水（還元剤溶液）を還元装置用ポンプＰ３（図３）により導入して排ガス中に噴射するノズル式の還元剤吹込み装置１５と、を具備している。そして、還元剤吹込み装置１５により尿素水が吹き込まれた排ガスを還元用触媒１３に導入して、窒素酸化物（NOx）などを含む大気汚染物質を除去し排ガスを浄化する。

【0027】

この排ガス浄化設備は、還元剤粉体である尿素粉末Ｕから尿素水を生成する生成装置２０を具備している。この生成装置２０は、貯蔵兼用生成タンク（以下、兼用タンクという）３１を有する兼用タンク装置３０と、兼用タンク３１で生成された尿素水を濃度調整可能に貯留する調整タンク４１を有する調整タンク装置４０と、を具備する。兼用タンク３１は、少なくとも1回の航海に必要な全ての尿素粉末Ｕを貯蔵する貯蔵機能と、尿素粉末Ｕに溶媒である水を供給して尿素水を生成する生成機能とを有している。そして、調整タンク４１の尿素水が、還元装置１２のサービスタンク１４に供給される。調整タンク装置４０は、調整タンク４１と希釈装置４２と撹拌装置４３とを具備している。

【0028】

また、この排ガス浄化設備は、造水機１１から兼用タンク３１に水を供給する溶媒供給ラインＬ０と、兼用タンク３１から調整タンク４１に尿素水を供給する生成ラインＬ１と、調整タンク４１からサービスタンク１４に尿素水を供給する溶液供給ラインＬ２と、を具備している。

【0029】

造水機１１から兼用タンク３１に水を供給する溶媒供給装置２１は、溶媒供給ラインＬ０の上流側に溶媒供給用ポンプＰ０が設置されている。また溶媒供給ラインＬ０の兼用タンク３１への入口近傍に、舶用燃焼機関１６などから取り出した熱水や蒸気、或いは発電電力により、水を加熱する加熱装置２２が設置されている。この加熱装置２２は、兼用タンク３１において、水で尿素粉末Ｕを溶解する時に吸熱反応が生じ、この吸熱反応により水の温度が低下して、溶解が阻害されるのを防止するためである。溶媒である水の適正温度はたとえば４０℃〜５０℃である。これは適正温度が４０℃未満では、尿素粉末Ｕが水に溶ける溶解量が低下して高濃度の尿素水が得られないためであり、５０℃を超えると、毒性のあるアンモニアガスが発生して周辺雰囲気を悪化させ、作業員に悪影響を与えるためである。

【0030】

（兼用タンク装置・兼用タンク）
図２は、兼用タンク装置を示す縦断面図である。図２に示すように、兼用タンク３１は、溶媒供給ラインＬ０から供給された水を複数の散水ノズル２３ａ〜２３ｄを介して上方から均等に散布し、これにより尿素粉末Ｕを溶解させて尿素水を生成する。この兼用タンク３１は、たとえば角筒状（または円筒状）の側壁３１ａと、底壁３１ｂと、天壁３１ｅとを具備している。底壁３１ｂは、下方に向かって所定の勾配で傾斜する傾斜壁部３１ｃと、傾斜壁部３１ｃの下端部に形成された開口部３１ｄとを有する。また天壁３１ｅは、開閉蓋を有する薬剤投入口３１ｆが形成されている。さらに開口部３１ｄに、尿素粉末Ｕと尿素水の混合物から尿素水を分離して通過を許す固液分離部材であるフィルタ３２が設けられおり、このフィルタ３２の下部に、尿素水を溜める溶液貯留部３３が、兼用タンク３１と一体に形成されている。尿素粉末は水に非常に溶解しやすいので、フィルタ３２を通過した溶液貯留部３２の尿素水は、尿素が完全に溶解した飽和状態に近いものとなる。なお、兼用タンク３１と溶液貯留部３２の間にフィルタ３２を設置したが、このフィルタ３２に替えて、尿素粉末Ｕと水の混合物から尿素水を分離する公知の分離構造体であればよい。

【0031】

図１に示すように、生成ラインＬ１には、上流側から順に、尿素水の濃度を検出する生成用濃度計ＣＥ１と、高濃度化用ポンプ兼用の生成用ポンプＰ１と、高濃度化ラインＬ３の分岐部と、生成用バルブＶ１と、調整タンク４１に送り出される尿素水供給量を検出する生成用流量計Ｆ１とを具備している。なお、この生成用濃度計ＣＥ１は生成ラインＬ１に設けられているが、溶液貯留部３２の尿素水濃度を検出することができればよく、任意に設置場所を選択することができる。

【0032】

兼用タンク装置３０に、兼用タンク３１で生成された尿素水を高濃度化するために生成用高濃度化装置（高濃度化装置）３５が設けられている。生成用高濃度化装置３５は、生成ラインＬ１の生成用濃度計ＣＥ１、生成用ポンプＰ１および生成用バルブＶ１と、高濃度化ラインＬ３と、高濃度化ラインＬ３に介在された高濃度化用バルブＶ２と、を具備している。もちろん、生成ラインＬ１と高濃度化ラインＬ３の分岐部に、生成用バルブＶ１と高濃度化用バルブＶ２を兼用する三方弁を設けてもよい。

【0033】

（生成用高濃度化装置の作用）
上記構成において、生成用ポンプＰ１を作動し、生成用バルブＶ１を開、高濃度化バルブＶ２を閉として、溶液貯留部３２の尿素水を生成ラインＬ１から調整タンク４１に送る。この時、生成濃度計ＣＥ１により尿素水の濃度が検出される。この尿素水の濃度が適正範囲より低い場合、図３に示す生成制御装置（還元剤生成制御装置）４５により（または表示装置４６を見た作業員による手動操作により、）生成用高濃度化装置３５が作動される。すなわち、生成用バルブＶ１を閉、高濃度化用バルブＶ２を開として、生成用ポンプＰ１により尿素水を高濃度化ラインＬ３、溶媒供給ラインＬ０、加熱装置２２を介して散水ノズル２３ａ〜２３ｄに送ることにより、尿素粉体Ｕを再溶解させて尿素水の濃度を高めることができる。

【0034】

ここで、還元装置１２に使用する尿素水の最適な濃度範囲は、ISOのAUS40に記載されるように、３９重量％以上で、４１％重量以下である。尿素水の濃度が３９％未満の場合に、生成用高濃度化装置３５が作動される。

【0035】

また兼用タンク３１は、尿素粉末Ｕに浸漬した溶媒（尿素水）の液相面を検出する溶媒検出器である溶媒レベル計３６が設けられている。この溶媒レベル計３６は、たとえば溶液貯留部３２から兼用タンク３１の尿素粉末Ｕの上方空間にわたって接続されたリードパイプ３６ａと、リードパイプ３６ａの上端部から液相面までの距離から液相面の位置を検出する非接触式の距離センサ３６ｂとを備えている。この溶媒レベル計３６には、磁気フロート式や超音波式、静電容量式などの溶媒レベル計を用いてもよい。また、仮想線で示すように、液相面の上限位置と下限位置で尿素水の有無を検出する接触式の液面スイッチ３６ｃ，３６ｄを設けてもよい。

【0036】

この溶媒レベル計３６の検出値が、図３に示す生成制御装置４５に入力されて兼用タンク３１の液相面が監視されており、フィルタ３２より上方の水（尿素水）の液相面が、少なくともフィルタ３２からの所定高さ：ｄ以上になるように水の供給量が制御される。これにより、水（尿素水）の液相面の下方部分が、たとえばｄ＝１０ｃｍ以上が尿素粉末Ｕに浸漬されることで、飽和状態に近い高濃度な尿素水を得ることができる。

【0037】

また溶媒レベル計３６により検出高さ位置近傍で、尿素粉末Ｕの有無を検出する還元粉体レベル計３７が設けられている。生成用高濃度化装置３５による尿素水の循環が頻繁に起こっている場合に、超音波式や画像検出式の還元粉体レベル計３７により尿素粉末Ｕの残量を確認することができ、十分な濃度で溶解可能な位置に対応して、尿素粉末Ｕの有無を検知することができる。

【0038】

なお、実施例１では、溶液貯留部３３を兼用タンク３１に一体に形成したが、図４に示すように、兼用タンク３１とは別体の溶液貯留タンク（溶液貯留部）５３としてもよい。すなわち、兼用タンク３１で底壁近傍の側壁３１ａに開口部５１が形成され、開口部５１に配管５２を介して溶液貯留タンク５３が接続されている。なお、開口部５１には、尿素水のみの通過を許す公知の固液分離部材（またはフィルタ）５４が取り付けられていてもよいが、兼用タンク３１内から尿素粉末Ｕが流れ出ないように、十分に小さい内径の配管５２を使用したり、配管５２を交互に組み合わせたラビリンス構造として、配管５２内で尿素粉末Ｕをほとんど完全に溶解する構造であれば、フィルタを取り付けなくてもよい。また溶媒レベル計３６は、溶液貯留タンク５３の液面を計測するレーザや超音波式、フロート式などの検出器により構成される。

【0039】

この兼用タンク３１は、散水ノズル２３ａ〜２３ｄに替えて、溶媒供給ラインＬ０に接続された複数の浸透管５５を均等な間隔で垂下して尿素粉末Ｕの上方から内部に貫入したものが用いられる。これら浸透管５５は、埋没される下方部分に多数の孔部が形成され、水を尿素粉末Ｕの内部に供給することで、さらに、尿素粉末Ｕを均等に溶解させることができる。

【0040】

（調整タンクと調整タンク装置）
調整タンク装置４０は、調整タンク４１に供給された尿素水の濃度が適正範囲を超えた時に、調整タンク４１に水を補給して尿素水を希釈し、適正範囲の濃度とする希釈装置４２が設けられている。さらに、調整タンク装置４０には、希釈装置４２により水が補給されて希釈された時に、尿素水を撹拌して均一化な濃度とする撹拌装置４３が設けられている。

【0041】

調整タンク４１の底部から尿素水をサービスタンク１４に送る溶液供給ラインＬ２には、上流側から、調整用濃度計ＣＥ２と、撹拌用ポンプ［および還流用ポンプ（実施例２）］兼用の溶液供給用ポンプＰ２と、溶液供給ラインＬ２から調整タンク４１に接続された撹拌ラインＬ５の分岐部と、溶液供給用バルブＶ４と、が順次設けられている。なお、この調整用濃度計ＣＥ２は溶液供給ラインＬ２に設けられているが、調整タンク４１の尿素水濃度を検出することができればよく、任意に設置場所を選択することができる。

【0042】

希釈装置４２は、溶媒供給ラインＬ０から調整タンク４１に接続された希釈ライン兼用の溶媒補給ラインＬ４と、この溶媒補給ラインＬ４に設けられた溶媒補給用流量計Ｆ２および溶媒補給用バルブＶ３とを具備している。溶媒補給ラインＬ４は、溶媒供給用ポンプＰ０と加熱装置２２の間の溶媒供給ラインＬ０から分岐されている。

【0043】

前記撹拌装置４３は、撹拌ラインＬ５と、撹拌ラインＬ５に介在された撹拌用バルブＶ５、撹拌ラインＬ５と、撹拌ラインＬ５の下流端（出口端）が接続されて調整タンク４１に設置されたノズル（図示せず）と、を具備している。図示しない前記ノズルは、たとえば調整タンク４１内の尿素水に渦流を形成する接線方向に設置され、これにより、循環される尿素水を利用して効果的に撹拌し尿素水の濃度の均一化を図ることができる。

【0044】

ここで、希釈装置４２による濃度調整動作を説明する。
まず、生成用ポンプＰ１が作動されて、生成用濃度計ＣＥ１により生成ラインＬ０から調整タンク４１に送られる尿素水の濃度が検出される。尿素水濃度が適正範囲より高い場合、生成制御装置４５により、希釈装置４２と撹拌装置４３が作動される。希釈装置４２では、生成制御装置４５により、生成用流量計Ｆ１により検出された尿素水の供給量と、生成用濃度計ＣＥ１により検出された尿素水濃度に基づいて水の補給量が演算され、溶媒補給用バルブＶ３の開度および開放時間が制御される。この水の補給量は、溶媒補給用流量計Ｆ２により検出されて生成制御装置４５にフィードバックされる。さらに、撹拌装置４３では、溶液供給バルブＶ４を閉、撹拌用バルブＶ５を開とし、溶液供給用ポンプＰ２が作動されて、調整タンク４１の底部の尿素水を、溶液供給ラインＬ０および撹拌ラインＬ５を介して調整タンク４１に戻し、循環される尿素水を利用して尿素水を撹拌し濃度の均一化を図ることができる。

【0045】

ここで、尿素水濃度が３９重量％未満と、３９重量％以上で４１重量％以下（適正範囲）と、４１重量％を越える場合の、各バルブＶ１〜Ｖ３の開閉動作を表１に示す。

【0046】

【表1】

【0047】

（ガス浄化設備の動作）
上記排ガス浄化設備の運転方法を、図３を参照して説明する。生成制御装置４５には、手動操作およびデータ入力可能な操作盤４４と、生成制御装置４５に入力される各濃度計ＣＥ１，ＣＥ２や各液面センサ１４Ｒ，４１Ｒ、各レベル計３６，３７の検出値、各ポンプＰ０〜Ｐ３、各バルブＶ１〜Ｖ４の操作状態がそれぞれ表示される表示装置４６が設けられている。そして、図３に示すように、舶用燃焼機関１６を制御する舶用機関制御装置の信号が還元剤吹込み装置１５に入力されており、この還元剤吹込み装置１５からの信号が生成制御装置４５に入力されている。

【0048】

舶用燃焼機関１６が駆動されて排ガスライン１６Ｌから排ガスが排出されると、サービスタンク１４の尿素水が還元剤吹込み装置１５を介して排ガス中に吹き込まれる。サービスタンク１４の尿素水の減少が、サービスタンク液面センサ１４Ｒ（図３）に検出されると、溶液供給用ポンプＰ２が作動されて調整タンク４１の尿素水がサービスタンク１４に供給される。

【0049】

さらに調整タンク４１の尿素水が減少して調整タンク液面センサ４１Ｒに検出されると、生成用ポンプＰ１を作動して溶液貯留部３３の尿素水を調整タンク４１に供給する。さらに兼用タンク３１の尿素水の減少が、溶媒レベル計３６（図３）に検出されると、溶媒供給ポンプＰ０が作動されて溶媒供給ラインＬ０から水が兼用タンク３１に供給される。

【0050】

（実施例１の効果）
上記実施例１によれば、
（１）尿素粉末Ｕを貯蔵するとともに、貯蔵した尿素粉末Ｕに、溶媒である水を供給して溶解させ尿素水を生成する兼用タンク３１を設け、この兼用タンク３１に少なくとも１回の航海に必要な尿素粉末Ｕを貯蔵したので、従来では必要な尿素粉末Ｕの貯蔵スペースや、尿素粉末Ｕを貯蔵タンクから生成用タンクに供給する搬送装置を無くして、排ガス浄化設備を省スペース化することができる。また、尿素粉末Ｕや尿素水を積載する構造にするのに比較して、積載容量の低減を図ることができる。

【0051】

（２）兼用タンク装置３０に、兼用タンク３１で生成された尿素水を高濃度化する生成用高濃度化装置３５を設けたので、尿素粉末Ｕの減少や溶媒である水の吸熱作用による低温化などに起因して、兼用タンク３１で生成された尿素水が低濃度の場合でも、生成された尿素水を、高濃度化ラインＬ３を介して兼用タンク３１に戻し、尿素粉末Ｕを再溶解させることにより、高濃度な尿素水を生成することができる。

【0052】

（３）調整タンク装置４０では、調整タンク４１に送られた尿素水が、適正範囲より高濃度であった場合、希釈装置４２により溶媒補給ラインＬ４を介して調整タンク４１に溶媒である水を補給する。これにより、排ガスの還元に適した適正範囲の濃度の尿素水を、還元装置１２に供給することができる。

【0053】

（４）従来の尿素水タンクに設けられる機械式撹拌装置は、プロペラおよびその駆動機構などを有する複雑な構成となる。特に船舶に機械式撹拌装置を搭載した場合、波浪による船体揺動に起因して、撹拌軸への粉衝撃などによりトラブルが発生するおそれがあった。実施例１では、調整タンク装置４０の撹拌装置４３により、調整タンク４１内の尿素水を、溶液供給ラインＬ２および撹拌ラインＬ５を介して循環させる。このように循環水流により、調整タンク４１の尿素水を撹拌するので、濃度の均一化を効率よくおこなうことができ、故障も少なく、メンテナンスも少なくて済み、コストを削減することができる。

【0054】

（５）溶媒供給ラインＬ０に加熱装置２２を設けたので、尿素粉末Ｕを溶解するのに適した温度にすることができ、尿素粉末Ｕの溶解による吸熱作用に起因して、溶解速度や溶解濃度が低下することがなく、また有害なアンモニアガスが発生することもない。

【0055】

（６）兼用タンク３１では、溶媒レベル計３６の検出値に基づいて、溶媒を還元剤粉末Ｕに十分に浸漬させるので、高濃度の尿素水を得ることができる。

【0056】

［実施例２］
図５は、本発明の関連技術に係る船舶機関の排ガス浄化設備の実施例２の概略構成を示す図である。なお、実施例１と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
実施例１では、兼用タンク装置３０に生成用高濃度化装置３５を設け、調整タンク装置４０に希釈装置４２を設けたが、実施例２では、調整タンク装置６０に、希釈装置４２と、調整用高濃度化装置（高濃度化装置）６２とを具備した濃度調整装置６１が設けられている。

【0057】

調整タンク４１からサービスタンク１４に接続された溶液供給ラインＬ２に、上流側から順に、調整用濃度計ＣＥ２、撹拌および還流兼用の溶液供給用ポンプＰ２、上流部が部分的に撹拌ラインＬ５と兼用の還流ライン（上流側は）Ｌ６の接続部、および溶液供給用バルブＶ４が設けられている。調整用濃度計ＣＥ２は、溶液供給ラインＬ２を流れる尿素水の濃度を計測する。還流ラインＬ６は、上流側から順に、撹拌ラインＬ５の分岐部と、還流用バルブＶ６とが設けられ、下流端が溶液供給ラインＬ２に接続されている。したがって、調整用高濃度化装置６３では、調整用濃度計ＣＥ２により溶液供給ラインＬ２の尿素水が適正範囲より低濃度であることが検出されると、溶液供給用バルブＶ２を閉、還流用バルブＶ６を開、（撹拌用バルブＶ５が閉）として、溶液供給ラインＬ２の尿素水を還流ラインＬ６および溶媒供給ラインＬ０を介して兼用タンク３１に戻し、散水ノズル２３ａ〜２３ｄから再散布して尿素粉末Ｕを再溶解し、溶液貯留部３３から調整タンク４１に送り、尿素水を高濃度化する。もちろん、還流ラインＬ６で撹拌ラインＬ５との分岐部に、還流用バルブＶ６と撹拌用バルブＶ５とを兼用する三方弁を設けてもよい。

【0058】

ここで、濃度調整装置６１による濃度調整動作を説明する。
上記濃度調整装置６１において、溶液供給用ポンプＰ２が作動されて、調整用濃度計ＣＥ２により溶液供給ラインＬ２からサービスタンク１４に送られる尿素水の濃度が検出される。尿素水濃度が適正範囲より高い場合、生成制御装置４５により希釈装置４２と撹拌装置４３が作動される。まず、撹拌装置４３では、溶液供給用バルブＶ４と還流用バルブＶ６がそれぞれ閉、撹拌用バルブＶ５を開として、溶液供給ラインＬ２の尿素水を、還流ラインＬ６、撹拌ラインＬ５を介して調整タンク４１に戻す。そして、希釈装置４２では、調整用濃度計ＣＥ２による尿素水の濃度と、調整タンク４１の尿素水量に基づいて、生成制御装置４５により溶媒補給用バルブＶ３の開度が制御され、溶媒補給ラインＬ４から調整タンク４１に所定量の水が補給され、尿素水が適正範囲の濃度に希釈される。また、撹拌装置４３の動作で調整タンク４１における尿素水の濃度の均一化が図られ、調整用濃度計ＣＥ２により尿素水の正確な濃度が検出される。

【0059】

また反対に、調整用濃度計ＣＥ２により検出された尿素水濃度が適正範囲より低い場合、先に述べたように、調整用高濃度化装置６２により尿素水の濃度が高められる。

【0060】

尿素水濃度が３９重量％未満と、３９重量％以上で４１重量％以下（適正範囲）と、４１重量％を越える場合の、バルブＶ１とＶ３〜Ｖ６の開閉動作を表２に示す。

【0061】

【表2】

【0062】

上記実施例２によれば、実施例１の効果の（１）、（３）、（５）、（６）と同様の効果を奏する。さらに、調整タンク４１に希釈装置４２と調整用高濃度化装置６２とを具備した濃度調整装置６１を設けたので、調整用濃度計ＣＥ２の検出値に基づいて、希釈装置４２で尿素水の濃度を低下させ、調整用高濃度化装置６２で尿素水の高濃度を促進させ、還元に適正な範囲の濃度の尿素水を得ることができる。

【0063】

［実施例３］
図６は、本発明の関連技術に係る船舶機関の排ガス浄化設備の実施例３の概略構成を示す図である。実施例３は、実施例１で説明した兼用タンク装置３０の生成用高濃度化装置３５と、実施例２で説明した調整タンク装置６１の調整用高濃度化装置６２と、実施例１および２に共通の希釈装置４２、撹拌装置４３をそれぞれ設けた排ガス浄化設備である。

【0064】

実施例３において、２つの高濃度化装置３５，６２を選択的に使用して、尿素水の高濃度化を図り、希釈装置４２、撹拌装置４３により尿素水濃度の低下を図ることができる。そして、トラブルにより高濃度化装置３５，６２の一方が使用不能となっても、他方で高濃度化を図ることができる。
実施例３によれば、実施例1および２と同様の作用効果を奏することができる。

【0065】

上記実施例１〜３では、触媒を用いる選択的触媒還元方式(SCR)としたが、本発明は、触媒を用いない無触媒脱硝方式(SNCR)に用いてもよい。

【0066】

上記実施例１〜３における構成部材は、相互に干渉したり、矛盾が起きない範囲で、適宜組み合わせて使用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0067】

舶用燃焼機関以外にも、陸上の燃焼機関（たとえば火力発電所、ごみ焼却炉など）の排ガス浄化装置としても使用することができる。

【符号の説明】

【0068】

Ｕ 尿素粉末（還元剤粉体）
ＣＥ１ 生成用濃度計
ＣＥ２ 調整用濃度計
Ｆ１ 生成用流量計
Ｆ２ 補給用流量計
Ｐ０ 溶媒供給用ポンプ
Ｐ１ 生成用ポンプ（高濃度化用ポンプ）
Ｐ２ 溶液供給用ポンプ（撹拌用ポンプ、還流用ポンプ）
Ｌ０ 溶媒供給ライン
Ｌ１ 生成ライン
Ｌ２ 溶液供給ライン
Ｌ３ 高濃度化ライン
Ｌ４ 溶媒補給ライン（希釈ライン）
Ｌ５ 撹拌ライン
Ｌ６ 還流ライン
Ｖ１ 生成用バルブ
Ｖ２ 高濃度化用バルブ
Ｖ３ 溶媒補給用バルブ
Ｖ４ 溶液供給用バルブ
Ｖ５ 撹拌用バルブ
Ｖ６ 還流用バルブ
１１ 造水機（溶媒製造機）
１２ 還元装置
１４ サービスタンク
１６ 舶用燃焼機関
１６Ｌ 排ガスライン
２０ 生成装置
２１ 溶媒供給装置
２２ 加熱装置
２３ａ〜２３ｄ 散水ノズル
３０ 兼用タンク装置
３１ 兼用タンク
３２ フィルタ（気液分離部材）
３３ 溶液貯留部
３５ 生成用高濃度化装置（高濃度化装置）
３６ 溶媒レベル計
３７ 還元粉体レベル計
４１ 調整タンク
４０ 調整タンク装置
４２ 溶媒補給装置
４３ 撹拌装置
４５ 生成制御装置（還元剤生成制御装置）
５１ 開口部
５３ 溶液貯留タンク（溶液貯留部）
５４ 固液分離部材
５５ 浸透管
６０ 調整タンク装置
６１ 濃度調整装置
６２ 調整用高濃度化装置（高濃度化装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】