(57)【要約】【課題】複数の排ガス煙管に流入する付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止する。【解決手段】排ガス導入管１５０と、排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部１６０と、を備え、噴霧部１６０は、付着防止剤と圧縮空気との混合気が導入される円管部１６１に連結される基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂへ混合気を導くノズル部１６２と、を有し、ノズル部１６２は、先端側開口部１６２ｂが扁平形状であるとともに長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、先端側開口部１６２ｂの長手方向を水平方向と一致させるとともに排ガス導入管１５０への混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った排ガスの流通方向に対して所定角度β傾斜させて配置される排熱回収装置１００を提供する。【選択図】図５
2019066079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が供給される水室を備える容器と、
前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、
前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、
該排ガス導入管に設けられ、前記排ガス導入管に前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、
前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、
前記噴霧部は、
円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、
前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、
前記ノズル部は、
前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、
該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させるとともに前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った前記排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜させて配置される排熱回収装置。
【請求項２】
前記所定角度は、０度より大きくかつ１３５度以下の角度に設定されている請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記ノズル部は、前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が一定の変化率で漸次拡大する形状であり、
該形状の中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定されている請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
水が供給される水室を備える容器と、
前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、
前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、
該排ガス導入管に設けられ、前記排ガスに前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、
前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、
前記噴霧部は、
円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、
前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、
前記ノズル部は、前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った前記排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜させて配置される排熱回収装置。
【請求項５】
前記排ガス導入管は、該排ガス導入管の中心軸が前記容器の中心軸からずらされた状態で配置されており、
前記複数の排ガス煙管は、前記排ガス導入管の上方領域を除く他の領域に配置されており、
前記先端側開口部は、前記容器の中心軸に対して前記排ガス導入管の中心軸よりも離間した位置に配置される請求項４に記載の排熱回収装置。
【請求項６】
前記ノズル部は、前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させて配置される請求項５に記載の排熱回収装置。
【請求項７】
前記ノズル部は、前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が一定の変化率で漸次拡大する形状であり、
該形状の中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定されている請求項４に記載の排熱回収装置。
【請求項８】
前記排ガスは、硫黄酸化物とアンモニアを含み、
前記煤塵は、前記硫黄酸化物と前記アンモニアとの反応により生成された硫酸水素アンモニウムを含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境保全に対する関心の高まりに伴い、例えば、船舶の主機として用いられる２サイクル低速ディーゼル機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を削減する必要性が生じている。ＮＯｘ削減を図るためには、ディーゼル機関の排気ガスを脱硝触媒に通す方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、脱硝触媒としては、アンモニアを還元剤として窒素を還元する選択的還元法（ＳＣＲ法）に基づく触媒が一般的に用いられている。
また、舶用の小容量プラント等における蒸気発生装置として、オイルバーナによる燃焼ガスと主機から排出された排ガスとを煙管を通過させて蒸気を生成するコンポジットボイラが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８２８０４号公報
【特許文献２】特開平９−３２９３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
舶用のコンポジットボイラあるいはオイルバーナを備えないエコノマイザにおいては、主機から排出される排ガスに含まれる硫酸ミストが煙管に付着し、これがバインダーとなって煤塵が煙管に付着する可能性がある。煤塵が多量に付着して堆積すると、熱交換性能の低下や煙管の腐食や閉塞などの不具合が発生する可能性がある。
特に、主機から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物を除去するためにアンモニアを用いる脱硝装置を用いる場合、排ガス中の硫黄酸化物とアンモニアが反応して酸性硫安（硫酸水素アンモニウム：（ＮＨ４）ＨＳＯ４）が発生する。この酸性硫安により煙管への煤塵の堆積が更に促進されると、前述した不具合が特に顕著となる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することが可能な排熱回収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】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の一態様にかかる排熱回収装置は、水が供給される水室を備える容器と、前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、該排ガス導入管に設けられ、前記排ガス導入管に前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、前記噴霧部は、円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、前記ノズル部は、前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させるとともに前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った前記排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜させて配置される。
【０００７】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置によれば、排ガス導入管から容器の流入口へ導かれた排ガスは、排ガス流入室から複数の排ガス煙管の下端に導かれ、排ガス煙管を流通する際に水室に供給される水を加熱して蒸気を生成する。排ガス導入管には、付着防止剤を噴霧する噴霧部が設けられている。噴霧部が有するノズル部は、先端側開口部が扁平形状であるとともに基端側開口部から先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状となっており、長手方向を水平方向と一致させて配置される。ノズル部が排ガスの流通を妨げるように配置されるため、ノズル部に衝突した排ガスが乱流を形成し、乱流によって付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌が促進される。また、排ガス導入管への混合気の噴霧方向が排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜しているため、付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌が促進される。
このように、本発明の一態様にかかる排熱回収装置によれば、付着防止剤と排ガスとが、良好に混合および攪拌した状態で排ガス流入室から複数の排ガス煙管へ導かれるため、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
【０００８】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記所定角度は、０度より大きくかつ１３５度以下の角度に設定されていてもよい。
混合気の噴霧方向の排ガスの流通方向に対する傾斜角度を０度より大きくかつ１３５度以下の角度に設定することで、付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌を適切に促進することができる。
【０００９】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記ノズル部は、前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が一定の変化率で漸次拡大する形状であり、該形状の中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定されていてもよい。
ノズル部を中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定された形状とすることにより、排ガスの流通を妨げて乱流を発生させ、乱流によって付着防止剤と排ガスとの混合および攪拌を適切に促進することができる。
【００１０】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置は、水が供給される水室を備える容器と、前記水室に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガスが流れる複数の排ガス煙管と、前記容器の下方に設けられた流入口へ鉛直方向に沿って前記排ガスを導く排ガス導入管と、該排ガス導入管に設けられ、前記排ガスに前記排ガス煙管への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧する噴霧部と、を備え、前記容器は、前記排ガス導入管から流入する前記排ガスを前記複数の排ガス煙管の下端へ導く排ガス流入室を有し、前記噴霧部は、円筒状に形成されるとともに前記付着防止剤と該付着防止剤を噴霧するための流体との混合気が導入される円管部と、前記円管部に連結される基端側開口部から先端側開口部へ前記混合気を導いて該先端側開口部から前記排ガス導入管へ前記混合気を噴霧するノズル部と、を有し、前記ノズル部は、前記排ガス導入管への前記混合気の噴霧方向を鉛直方向から所定角度傾斜させて配置される。
【００１１】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置によれば、排ガス導入管への混合気の噴霧方向が排ガスの流通方向に対して所定角度傾斜しているため、付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。そのため、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
【００１２】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記排ガス導入管は、該排ガス導入管の中心軸が前記容器の中心軸からずらされた状態で配置されており、前記複数の排ガス煙管は、前記排ガス導入管の上方領域を除く他の領域に配置されており、前記先端側開口部は、前記容器の中心軸に対して前記排ガス導入管の中心軸よりも離間した位置に配置されてもよい。
ノズル部の先端側開口部が、容器の中心軸に対して排ガス導入管の中心軸よりも離間した位置に配置されため、排ガス導入管から排ガス流入室へ導入される付着防止剤は、排ガス導入管の上方領域であって排ガス煙管が配置される領域から十分に離間した領域に流入する。また、付着防止剤は、排ガス流入室へ流入してから排ガス煙管の下端へ導かれるまでに十分な距離を流通するため、流通する際に更に排ガスとの攪拌および拡散が促進される。
【００１３】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記ノズル部は、前記先端側開口部が扁平形状であるとともに前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が漸次拡大して短手方向の高さが漸次縮小する形状であり、該先端側開口部の長手方向を水平方向と一致させて配置されていてもよい。
扁平形状の先端開口部を備えるノズル部が排ガスの流通を妨げるように配置されるため、ノズル部に衝突した排ガスが乱流を形成し、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。
【００１４】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記ノズル部は、前記基端側開口部から前記先端側開口部へ向けて長手方向の幅が一定の変化率で漸次拡大する形状であり、該形状の中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定されていてもよい。
ノズル部を中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定された形状とすることにより、排ガスの流通を妨げて乱流を発生させ、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散を適切に促進することができる。
【００１５】
本発明の一態様にかかる排熱回収装置において、前記排ガスは、硫黄酸化物とアンモニアを含み、前記煤塵は、前記硫黄酸化物と前記アンモニアとの反応により生成された硫酸水素アンモニウムを含むものであってよい。
酸性硫安により煙管への煤塵の堆積が更に促進される環境において、複数の排ガス煙管に流入する付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の排ガス煙管に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管への煤塵の付着および堆積を適切に防止することが可能な排熱回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る船舶の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る船舶が備える排熱回収システムの概略構成図である。
【図３】図２に示すコンポジットボイラの縦断面図である。
【図４】図３に示すコンポジットボイラのI-I矢視断面図である。
【図５】図４に示すコンポジットボイラのII-II矢視断面図である。
【図６】図５に示す噴霧部を先端側開口部の正面からみた図である。
【図７】図３に示すコンポジットボイラのIII-III矢視断面図である。
【図８】コンポジットボイラの噴霧部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態に係る船舶について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る船舶１の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る船舶１が備える排熱回収システム３０の概略構成を示す図である。図１および図２に示すように、本実施形態に係る船舶１は、舶用内燃機関１０と、脱硝装置２０と、排熱回収システム３０と、開閉弁４０，５０，６０と、を備える。
【００１９】
舶用内燃機関１０は、例えば、シリンダ部（図示略）と、排気レシーバー（排気マニホールド）１１と、過給機１２とを備え、船舶１の主機として用いられる２サイクル低速ディーゼル機関である。各シリンダ部内には、クランク軸（図示略）と連結されたピストン（図示略）が配置されている。また、各シリンダ部の排気ポート（図示せず）は、排気管（図示略）を介して排気レシーバー１１と接続されており、各排気管におけるシリンダに対する開口部には、開口部を開閉する排気弁１３が配置されている。
【００２０】
脱硝装置２０は、還元剤貯蔵タンク２１と、還元剤供給装置２２と、還元剤噴射ノズル２３と、脱硝反応器２４と、バーナー部２５と、制御装置２６と、を備える。
還元剤貯蔵タンク２１には、還元剤（本実施形態ではアンモニア水または尿素水）が貯蔵されている。また、還元剤貯蔵タンク２１と還元剤供給装置２２とは、還元剤供給管Ｌ１を介して接続されており、必要に応じて還元剤貯蔵タンク２１から還元剤供給装置２２に還元剤が供給される。
【００２１】
還元剤噴射ノズル２３は、過給機１２と脱硝反応器２４とを接続する煙道Ｌ２内に設けられている。また、還元剤噴射ノズル２３と還元剤供給装置２２とは、還元剤供給管Ｌ３を介して接続されており、必要に応じて還元剤供給装置２２から還元剤が供給される。そして、還元剤噴射ノズル２３から煙道Ｌ２内に向かって、霧状の還元剤が噴霧される。
【００２２】
バーナー部２５が設けられている位置よりも上流側の煙道Ｌ２には、過給機１２を通過した排ガスを排熱回収システム３０へバイパスさせる枝管Ｌ４が接続されている。そのため、脱硝反応器２４に不調が生じた場合や窒素酸化物の排出規制が緩和される海域においては、脱硝反応器２４を用いずに船舶１を運航することが可能である。
【００２３】
さらに、煙道Ｌ２と枝管Ｌ４との分岐部よりも下流側かつバーナー部２５よりも上流側に位置する煙道Ｌ２内には、制御装置２６により開閉状態が切り替えられる開閉弁４０が設けられている。また、煙道Ｌ２と枝管Ｌ４との分岐部よりも下流側に位置する枝管Ｌ４内には、制御装置２６により開閉状態が切り替えられる開閉弁５０が設けられている。
【００２４】
脱硝反応器２４の内部には、例えば、外観が直方体形状を呈するとともに、ハニカム構造を有する触媒２４ａが複数個設けられている。触媒２４ａの中を排ガスが通過する際に、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）が窒素と水に分解され、排ガス中のＮＯｘが除去される。そして、ＮＯｘが除去された排ガスは、脱硝反応器２４と排熱回収システム３０とを接続する煙道Ｌ５を介して排熱回収システム３０に導かれる。なお、煙道Ｌ５内には、制御装置２６により開閉状態が切り替えられる開閉弁６０が設けられている。
【００２５】
次に、本実施形態の船舶１が備える排熱回収システム３０について説明する。
図２に示すように、排熱回収システム３０は、舶用内燃機関１０から排出された排ガスの排熱を回収する装置である。排熱回収システム３０は、コンポジットボイラ（排熱回収装置）１００と、排ガス流路３１と、給水流路３２と、ヒータ３３と、大気圧ドレンタンク３４と、給水ポンプ３５と、を備えている。
【００２６】
コンポジットボイラ１００は、高温の排ガスと水とを熱交換させて蒸気を生成する装置である。コンポジットボイラ１００には、煙道Ｌ５から排ガス流路３１を介して高温の排ガスが導かれる。また、コンポジットボイラ１００には、給水ポンプ３５によって大気圧ドレンタンク３４から水が給水流路３２を介して導かれる。コンポジットボイラ１００に送り込まれた水は、排ガスとの熱交換によって蒸発し、発生した蒸気がヒータ３３に送出される。ヒータ３３は、船舶１内の各種の機器（油加熱器、タンク加熱器等）の熱源として用いられる。ヒータ３３で熱源として用いられた蒸気は、大気圧ドレンタンク３４に回収される。
【００２７】
次に、本実施形態の排熱回収システム３０が備えるコンポジットボイラ１００について説明する。
本実施形態のコンポジットボイラ１００は、主機の排ガスのみを利用するエコノマイザに加え、バーナーで燃料油を焚いて雑用飽和蒸気をつくる補助ボイラとしての機能も持つ。コンポジットボイラ１００は、停泊中は燃料油を焚いて蒸気をつくる補助ボイラとして、航海中は主機の排ガスを利用する排ガスエコノマイザとして別々に使用できる。また、主機の減速などにより排ガスの熱による蒸気だけで船内必要蒸気量を賄えない場合は、燃料油の追い焚きを行う事で不足する蒸気を補う。  図３に示すように、コンポジットボイラ１００は、容器１１０と、複数の排ガス煙管１２０と、複数の燃焼ガス煙管１３０と、火炉１４０と、排ガス導入管１５０と、噴霧部１６０と、排ガス排出管１７０と、燃焼ガス排出管１８０とを備える。
【００２８】
容器１１０は、水Ｗｔが供給される水室１１１と、排ガス導入管１５０から排ガスが導入される流入口１１２と、流入口１１２から導入された排ガスが供給される排ガス流入室１１３と、排ガス煙管１２０の上端と連通する排ガス流出室１１４と、燃焼ガス煙管１３０の上端と連通する燃焼ガス流出室１１５とを備える。
【００２９】
排ガス煙管１２０は、水室１１１に鉛直方向に沿って配置されるとともに排ガス流入室１１３に連通した下端から流入する排ガスが流れる管体である。排ガス煙管１２０の下端から流入した排ガスは、上端から排ガス流出室１１４へ排出される。排ガス流出室１１４へ導かれた排ガスは、排ガス排出管１７０から船舶１の外部へ放出される。
【００３０】
燃焼ガス煙管１３０は、水室１１１に鉛直方向に沿って配置されるとともに燃焼室１４２に連通した下端から流入する燃焼ガスが流れる管体である。燃焼ガス煙管１３０の下端から流入した燃焼ガスは、上端から燃焼ガス流出室１１５へ排出される。燃焼ガス流出室１１５へ導かれた燃焼ガスは、燃焼ガス排出管１８０から船舶１の外部へ放出される。
【００３１】
火炉１４０は、燃焼バーナー１４１と、燃焼バーナー１４１により燃料が燃焼される燃焼室１４２とを備える。燃焼室１４２で生成された燃料ガスは、燃焼ガス煙管１３０の下端へ導かれる。
【００３２】
排ガス導入管１５０は、容器１１０の下方に設けられた流入口１１２へ鉛直方向に沿って排ガスを導く管体である。流入口１１２から排ガスが流入する排ガス流入室１１３は、排ガス導入管１５０から流入する排ガスを複数の排ガス煙管１２０の下端へ導く空間である。
【００３３】
なお、排ガス導入管１５０を流通する排ガスには、脱硝装置２０で還元剤として用いられたアンモニア水または尿素水から生成されたアンモニアが含まれている。また、排ガスには、二酸化硫黄と三酸化硫黄を含む硫黄酸化物が含まれている。また、排ガスに含まれる煤塵には、三酸化硫黄とアンモニアが反応して生成された酸性硫安（硫酸水素アンモニウム：（ＮＨ４）ＨＳＯ４）が含まれている。
【００３４】
噴霧部１６０は、排ガス導入管１５０に設けられ、排ガス導入管１５０に排ガス煙管１２０への煤塵の付着を防止する付着防止剤を噴霧するものである。図４および図５に示すように、噴霧部１６０は、円管部１６１と、ノズル部１６２とを備える。
付着防止剤としては、例えば、水酸化マグネシウムを主成分とした微小粒径（例えば、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下）の粉粒体を用いることができる。
【００３５】
円管部１６１は、軸線Ｘ３に沿って延びる円筒状に形成される管体である。円管部１６１には、付着防止剤と付着防止剤を噴霧するための圧縮空気との混合気が供給源（図示略）から導入される。圧縮空気の圧力は、排ガス導入管１５０を流通する排ガスよりも十分に高い圧力（例えば、１ｂａｒ以上かつ９ｂａｒ以下）であるものとする。図４および図５に示すように、円管部１６１は排ガス導入管１５０を貫通した状態で配置される。
【００３６】
ノズル部１６２は、円管部１６１に連結される基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂへ混合気を導いて先端側開口部１６２ｂから排ガス導入管１５０へ混合気を噴霧する。図６に示すように、先端側開口部１６２ｂは扁平形状となっており、長手方向の幅Ｗが短手方向の高さに対して長くなっている。図４および図５に示すように、ノズル部１６２は、基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂへ向けて長手方向の幅Ｗが漸次拡大して短手方向の高さＨが漸次縮小する形状となっている。
ノズル部１６２の軸線Ｘ３に直交する平面における断面積は、基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂに至るまでのいずれの位置においても、同じ断面積とするのが望ましい。このようにすることで、混合気がノズル部１６２を通過する際の圧力損失を低減することができる。
【００３７】
より具体的には、ノズル部１６２は、基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂへ向けて長手方向の幅Ｗが一定の変化率で漸次拡大する三角形状となっている。三角形状の中心角αは、３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定するものとする。また、三角形状の中心角αは、４５度以上かつ９０度以下の角度に設定するのが望ましい。
【００３８】
また、ノズル部１６２は、先端側開口部１６２ｂの長手方向を水平方向と一致させるとともに排ガス導入管１５０への混合気の噴霧方向を鉛直方向に沿った排ガスの流通方向に対して所定角度βだけ傾斜させて配置される。なお、排ガスの流通方向は、排ガス導入管１５０の中心軸である軸線Ｘ１に沿った下方から上方へ向けた方向となっている。
【００３９】
ここで、所定角度βは、０度より大きくかつ１３５度以下の角度に設定するものとする。また、所定角度βは、１５度以上かつ９０度以下の角度に設定するのが望ましい。所定角度βを９０度以下としているのは、所定角度を９０度よりも大きくするとノズル部１６２から噴霧される付着防止剤を含む混合気が排ガスの流通方向と逆方向の速度成分を有するものとなり、排ガスの流れによって混合気の噴霧が妨げられる可能性があるからである。
【００４０】
次に、図７を参照して、水室１１１に配置される複数の排ガス煙管１２０が配置される領域と排ガス導入管１５０が配置される領域との関係について説明する。図７は、図３に示すコンポジットボイラのIII-III矢視断面図である。図７において、破線で示す領域は、下方に排ガス導入管１５０が配置される領域を示している。また、図７において、軸線Ｘ１は円筒状に形成される排ガス導入管１５０の中心軸を示し、軸線Ｘ２は円筒状に形成される容器１１０の中心軸を示す。
【００４１】
図７に示すように、排ガス導入管１５０の中心軸である軸線Ｘ１は、容器１１０の中心軸である軸線Ｘ２からずらされた状態で配置されている。そして、複数の排ガス煙管１２０は、排ガス導入管１５０の上方領域（図７に破線で示す円に囲まれた領域）を除く他の領域に配置されている。また、図４および図５に示すように、ノズル部１６２の先端側開口部１６２ｂは、容器１１０の中心軸である軸線Ｘ２に対して排ガス導入管１５０の中心軸である軸線Ｘ１よりも離間した位置に配置されている。なお、先端側開口部１６２ｂが配置される位置は、軸線Ｘ２に対して軸線Ｘ１よりも離間した位置であればいずれの位置であってもよい。また、ノズル部１６２の先端側開口部１６２ｂが配置される位置は、軸線Ｘ１と一致していなければ、他の任意の位置であってもよい。
【００４２】
図５においては、噴霧部１６０の円管部１６１を、軸線Ｘ２に対して軸線Ｘ１よりも離間した位置において、排ガス導入管１５０の内壁を貫通させている。この場合、排ガス導入管１５０の内径をＤとした場合、噴霧部１６０が貫通する位置における排ガス導入管１５０の内壁からノズル部１６２の先端側開口部１６２ｂまでの距離をＤ／２より小さくする。Ｄ／２より小さくしているのは、先端側開口部１６２ｂが配置される位置を、軸線Ｘ２に対して軸線Ｘ１よりも離間した位置とするためである。
【００４３】
なお、図５に替えて、図８に示す変形例としてもよい。図８に示す変形例は、噴霧部１６０Ａの円管部１６１を、軸線Ｘ２に対して軸線Ｘ１よりも近接した位置において、排ガス導入管１５０の内壁を貫通させている。この場合、排ガス導入管１５０の内径をＤとした場合、噴霧部１６０が貫通する位置における排ガス導入管１５０の内壁からノズル部１６２の先端側開口部１６２ｂまでの距離をＤ／２より大きくする。Ｄ／２より大きくしているのは、先端側開口部１６２ｂが配置される位置を、軸線Ｘ２に対して軸線Ｘ１よりも離間した位置とするためである。
【００４４】
以上説明した本実施形態のコンポジットボイラ１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のコンポジットボイラ１００によれば、排ガス導入管１５０から容器１１０の流入口１１２へ導かれた排ガスは、排ガス流入室１１３から複数の排ガス煙管１２０の下端に導かれ、排ガス煙管１２０を流通する際に水室１１１に供給される水を加熱して蒸気を生成する。排ガス導入管１５０には、付着防止剤を噴霧する噴霧部１６０が設けられている。噴霧部１６０が有するノズル部１６２は、先端側開口部１６２ｂが扁平形状であるとともに基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂへ向けて長手方向の幅Ｗが漸次拡大して短手方向の高さＨが漸次縮小する形状となっており、長手方向を水平方向と一致させて配置される。ノズル部１６２が排ガスの流通を妨げるように配置されるため、ノズル部１６２に衝突した排ガスが乱流を形成し、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。また、排ガス導入管１５０への混合気の噴霧方向が排ガスの流通方向に対して所定角度β傾斜しているため、付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散が促進される。
【００４５】
このように、本実施形態のコンポジットボイラ１００によれば、付着防止剤と排ガスとが、良好に攪拌および拡散した状態で排ガス流入室１１３から複数の排ガス煙管１２０へ導かれるため、複数の排ガス煙管１２０に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りを抑制し、それぞれの排ガス煙管１２０への煤塵の付着および堆積を適切に防止することができる。
【００４６】
なお、三角形状の中心角αを９０度とし、排ガスの流通方向に対する混合気の噴霧方向の傾斜角度（所定角度β）を９０度とした場合、一例として、排ガス流入室１１３における付着防止剤の濃度分布の標準偏差が１０％向上し、排ガス流入室１１３内での付着防止材の濃度の偏りが少なくなった。
【００４７】
本実施形態のコンポジットボイラ１００において、所定角度βは、０度より大きくかつ１３５度以下の角度に設定されている。より好ましくは、１５度以上かつ９０度以下である。
混合気の噴霧方向の排ガスの流通方向に対する傾斜角度を０度より大きくかつ１３５度以下の角度に設定することで、付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散を適切に促進することができる。
【００４８】
本実施形態のコンポジットボイラ１００において、ノズル部１６２は、基端側開口部１６２ａから先端側開口部１６２ｂへ向けて長手方向の幅Ｗが一定の変化率で漸次拡大する三角形状であり、三角形状の中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定されている。
ノズル部１６２を中心角が３０度以上かつ１２０度以下の角度に設定された三角形状とすることにより、排ガスの流通を妨げて乱流を発生させ、乱流によって付着防止剤と排ガスとの攪拌および拡散を適切に促進することができる。
【００４９】
本実施形態のコンポジットボイラ１００によれば、ノズル部１６２の先端側開口部１６２ｂが、容器１１０の軸線Ｘ２に対して排ガス導入管１５０の軸線Ｘ１よりも離間した位置に配置される。そのため、排ガス導入管１５０から排ガス流入室１１３へ導入される付着防止剤は、排ガス導入管１５０の上方領域であって排ガス煙管１２０が配置される領域から十分に離間した領域に流入し、火炉１４０の下側の壁面に衝突する。壁面に衝突した付着防止剤を含む混合気は、図７に矢印で示すように容器１１０の内周面に沿って排ガス煙管１２０が配置される領域に回り込むように流れる。その結果、付着防止剤は、排ガス流入室へ流入してから排ガス煙管１２０の下端へ導かれるまでに十分な距離を流通し、排ガスとの攪拌および拡散が促進される。そして、複数の排ガス煙管１２０に流入するバインダーや煤塵の付着防止剤の濃度の偏りが防止される。
【００５０】
以上の説明においては、高温の排ガスと水とを熱交換させて蒸気を生成する排熱回収装置として、排ガス煙管１２０と燃焼ガス煙管１３０の双方を備えるコンポジットボイラ１００を適用する例を説明したが、他の排熱回収装置であってもよい。例えば、燃焼ガス煙管を備えず、高温の排ガスのみを熱源として蒸気を生成する排ガスエコノマイザを適用してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１      船舶
１０    舶用内燃機関
２０    脱硝装置
３０    排熱回収システム
１００  コンポジットボイラ（排熱回収装置）
１１０  容器
１１１  水室
１１２  流入口
１１３  排ガス流入室
１１４  排ガス流出室
１１５  燃焼ガス流出室
１２０  排ガス煙管
１３０  燃焼ガス煙管
１４０  火炉
１４１  燃焼バーナー
１４２  燃焼室
１５０  排ガス導入管
１６０  噴霧部
１６１  円管部
１６２  ノズル部
１６２ａ  基端側開口部
１６２ｂ  先端側開口部
１７０  排ガス排出管
１８０  燃焼ガス排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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