(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用主機関の排気系統に配設されて前記舶用主機関から排出される排気ガスの全量を洗浄処理し、前記排気ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する排気ガス洗浄装置と、
該排気ガス洗浄装置よりも下流の前記排気系統から分岐され、前記排気ガス洗浄装置の下流に設けられた流量制御弁によって導入量が調整されて再循環用排気ガスとして導入した前記排気ガスを、前記舶用主機関に再度給気させる排気ガス再循環装置と、
を備え、
前記排気ガス再循環装置に前記再循環用排気ガスとして導入されない前記排気ガスを、前記排気ガス洗浄装置の下流から外部に排出することを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記舶用主機関が排気タービン過給機を備え、かつ、前記排気ガス再循環装置が前記流量制御弁及び前記再循環用排気ガスを冷却する再循環用熱交換器を備えるとともに、
前記再循環用排気ガスが、前記排気タービン過給機の圧縮機部に供給されて新気とともに圧縮されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記排気ガス再循環装置が、前記再循環用排気ガスを昇圧させる送風部を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記舶用主機関が排気タービン過給機を備え、かつ、前記排気ガス再循環装置が前記流量制御弁及び前記再循環用排気ガスを昇圧させる送風部を備えるとともに、
前記再循環用排気ガスが、前記排気タービン過給機の圧縮機部と給気を冷却する空気冷却器との間に供給されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジン排気ガス浄化装置を備える船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば舶用主機関（メインエンジン）のディーゼルエンジン等に適用されるエンジン排気ガス浄化装置、及び、エンジン排気ガス浄化装置を備える船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
舶用主機関となるディーゼルエンジンは、船舶に適用される硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等に関する排気ガス規制が強化される状況にある。このため、将来的には、燃料中の硫黄（Ｓ）分が規制されることになる。
しかし、現状では燃料メーカーの脱硫装置が十分ではなく、従って、基準を満たす燃料の生産能力不足が予想されている。このため、基準を満たす低硫黄燃料が不足し、燃料価格の上昇に伴う船舶運行コストの上昇が懸念される。なお、硫黄酸化物の規制については、燃料側で硫黄分を低減する代わりに、エンジン排気ガス浄化装置等を用いて船舶側で対応することもルール上可能である。
【０００３】
一方、船舶主機関のディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中の窒素酸化物を低減する技術として、燃焼後の排気ガスから一部を取り出して給気側に導き、この排気ガスを再度給気させる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が知られている。
排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と呼ぶ）に関する従来技術には、たとえば下記の特許文献１及び２のように、スクラバーと呼ばれる排気ガス洗浄装置を備えたものがある。これらの従来技術では、いずれもＥＧＲに用いる排気ガスの一部がスクラバーを通過して洗浄されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３０４０９０号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献に記載された従来技術は、いずれもスクラバーを備えているものの、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの全量を処理するものではなく、ＥＧＲ用として導入した排気ガスの一部を処理するものである。このため、従来技術の構成では、ＥＧＲによりディーゼルエンジンから排出される排気ガスの窒素酸化物を低減することは可能であるが、排気ガス中の硫黄酸化物を低減することはできなかった。
すなわち、ＥＧＲ用の排気ガスを洗浄処理する従来のスクラバーは、窒素酸化物の排出量低減には有効であるものの、硫黄酸化物の排出量低減には対応することができず、従って、燃料側で硫黄分を低減する代わりに船舶側で対応するエンジン排気ガス浄化装置として使用できるものではない。
【０００６】
このような背景から、舶用主機関となるディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物の両方を低減し、船舶に適用される排気ガス規制について、燃料側の対応ではなく、船舶側の処理のみで達成できるようにしたエンジン排気ガス浄化装置の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低硫黄燃料ではなく従来燃料を使用した場合でも、船舶側の対応により排気ガス規制の達成を可能にしたエンジン排気ガス浄化装置及び船舶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置は、舶用主機関の排気系統に配設されて前記舶用主機関から排出される排気ガスの全量を洗浄処理し、前記排気ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する排気ガス洗浄装置と、該排気ガス洗浄装置よりも下流の前記排気系統から分岐され、前記排気ガス洗浄装置の下流に設けられた流量制御弁によって導入量が調整されて再循環用排気ガスとして導入した前記排気ガスを、前記舶用主機関に再度給気させる排気ガス再循環装置とを備え、前記排気ガス再循環装置に前記再循環用排気ガスとして導入されない前記排気ガスを、前記排気ガス洗浄装置の下流から外部に排出することを特徴とするものである。
【０００８】
このようなエンジン排気ガス浄化装置によれば、舶用主機関の排気系統に配設されて排気ガスの全量を洗浄処理する排気ガス洗浄装置と、排気ガス洗浄装置の下流から再循環用排気ガスとして導入した排気ガスの一部を舶用主機関に再度給気させる排気ガス再循環装置と、を備えているので、排気ガス中の硫黄酸化物は、排気ガス洗浄装置を通過することにより洗浄液に熔解して除去／低減され、排気ガス中の窒素酸化物は、排気ガス再循環装置が給気中の酸素濃度を低下させることで、エンジン内での生成が抑制されて低減する。
また、排気ガス中の煤塵についても、排気ガスの全量が排気ガス洗浄装置を通過して洗浄処理されるため、硫黄酸化物とともに除去される。
【０００９】
上記の発明においては、前記舶用主機関が排気タービン過給機を備え、かつ、前記排気ガス再循環装置が前記流量制御弁及び前記再循環用排気ガスを冷却する再循環用熱交換器を備えるとともに、前記再循環用排気ガスが、前記排気タービン過給機の圧縮機部に供給されて新気とともに圧縮されることが好ましく、これにより、流量制御弁で調整する再循環用排気ガスは、排気ガス洗浄装置を通過して温度低下したものとなるので、低温仕様の流量制御弁を使用できる。
【００１０】
この場合、前記排気ガス再循環装置は、必要に応じて前記再循環用排気ガスを昇圧させる送風部を備えていることが好ましい。すなわち、再循環用排気ガスを排気タービン過給機の圧縮機部に供給する際の圧力損失が大きくなる配置のエンジン排気ガス浄化装置においても、送風部による適切な昇圧が可能になるので、再循環用排気ガスは、再循環用熱交換器を通過して圧縮機部まで確実に供給される。
【００１１】
上記の発明においては、前記舶用主機関が排気タービン過給機を備え、かつ、前記排気ガス再循環装置が前記流量制御弁及び前記再循環用排気ガスを昇圧させる送風部を備えるとともに、前記再循環用排気ガスが、前記排気タービン過給機の圧縮機部と給気を冷却する空気冷却器との間に供給されることが好ましく、これにより、流量制御弁で調整する再循環用排気ガスは、排気ガス洗浄装置を通過して温度低下したものとなるので、低温仕様の流量制御弁を使用できる。さらに、再循環用排気ガスが排気タービン過給機の圧縮機部と給気を冷却する空気冷却器との間に供給されるため、再循環用排気ガスを冷却する再循環用熱交換器は不要となる。
本発明に係る船舶は、上述のエンジン排気ガス浄化装置を備える。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明のエンジン排気ガス浄化装置及び船舶によれば、舶用主機関から排出される排気ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去／低減できるので、硫黄分の多い従来燃料を使用しても、船舶に適用される排気ガス規制の強化に対応することができる。従って、安価な従来燃料を使用して運行コストを低減できるとともに、規制海域及びそれ以外の海域において、燃料や装置の切替が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置の一実施形態として、主に船舶主機関となるメインエンジンの吸排気系統に組み込まれた概略構成を示す図である。
【図２】図１に示したエンジン排気ガス浄化装置の第１変形例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置の他の実施形態として、主に船舶主機関となるメインエンジンの吸排気系統に組み込まれた概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置の一実施形態について、図１を参照して説明する。なお、図１に示すエンジン排気ガス浄化装置の概略構成図は、主に船舶主機関となるメインエンジン吸排気系統に組み込まれた構成例である。
図１に示すエンジン排気ガス浄化装置（以下、「浄化装置」と呼ぶ）１は、船舶推進用の主機関となるメインエンジン（たとえば、ディーゼルエンジン）１０の排気ガス中に含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物等の有害物質（大気汚染物質）を低減及び除去する装置である。
【００１５】
船舶内には船舶推進用のメインエンジン１０が搭載され、このメインエンジン１０から排出される排気ガスは煙突から大気へ排出される。
メインエンジン１０は、複数のシリンダ１１と、給気マニホルド１２と、排気マニホルド１３とを具備して構成される。各シリンダ１１の内部には、図示しない燃料供給系統から供給される燃料が噴射される。この燃料は、給気マニホルド１２から供給される給気中の酸素によりシリンダ１１内で燃焼するので、メインエンジン１０では、燃料の保有する熱エネルギがエンジン出力に変換されるとともに、燃焼による排気ガスが生成される。
【００１６】
各シリンダ１１で生成された排気ガスは排気マニホルド１３に集められ、排気系統Ｌ１を通って煙突まで導かれる。この排気系統Ｌ１には、排気タービン過給機２０のタービン部２１と、排気ガスエコノマイザ３０と、排気ガス洗浄装置４０とが設けられている。
排気タービン過給機２０は、排気ガスが保有するエネルギ（運動エネルギ及び熱エネルギ）を利用してタービン部２１を高速回転させ、その回転力で圧縮機部２２を駆動して給気を圧縮する装置である。なお、図中の符号２３は、タービン部２１と圧縮機部２３との間を連結する回転軸である。
【００１７】
排気ガスエコノマイザ３０は、メインエンジン１０から排出される排気ガスと、給水管３１によって供給された水とを熱交換させて蒸気を発生させる熱交換器である。すなわち、排気ガスエコノマイザ３０は、排気ガスが保有する熱エネルギを有効利用するため、排気ガスの熱エネルギを回収して蒸気を得る装置である。
排気ガス洗浄装置４０は、排気ガスに含まれる有害物質を除去する装置であり、水などの液体を洗浄液として、排気ガス中の硫黄酸化物や粒子等を洗浄液の液滴や液膜中に捕集して分離させるものである。この場合、排気ガス洗浄装置４０で処理する排気ガスは、排気タービン過給機２０及び排気ガスエコノマイザ３０を通過したものであるから、圧力が低下するとともに温度はやや低下したものとなり、従って、排気ガス洗浄装置４０の信頼性や耐久性は高くなる。
【００１８】
給気マニホルド１２には、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２と、空気冷却器（インタークーラ）５０とを備えた給気系統Ｌ２が接続されている。従って、給気系統Ｌ２から導入した給気は、給気マニホルド１２から各シリンダ１１に供給される。
空気冷却器５０は、過給機の圧縮により温度が上がった給気を冷却するための熱交換器であり、メインエンジン１０の燃費効率及び出力の向上に有効である。なお、図中の符号５１は、冷却媒体の冷却水を供給する給水管である。
【００１９】
排気ガス洗浄装置４０の下流には、排気ガス循環装置６０を構成する排気ガス再循環系統（以下、「ＥＧＲ系統」と呼ぶ）Ｌ３が排気系統Ｌ１から分岐して設けられている。
このＥＧＲ系統Ｌ３には、再循環用排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」と呼ぶ）の導入量を調整する流量制御弁７０と、ＥＧＲガスを冷却する再循環用熱交換器（以下、「ＥＧＲ熱交換器」と呼ぶ）８０とが設けられている。本実施形態のＥＧＲ系統Ｌ３は、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２に接続されており、従って、圧縮機部２２においては、新気とともにＥＧＲガスを圧縮するように構成されている。
【００２０】
流量制御弁７０は、メインエンジン１０の出力制御等に応じて開度を制御し、排気系統Ｌ１からＥＧＲ系統Ｌ３に導入するＥＧＲガス量を調整するものである。
この場合、流量制御弁７０で調整するＥＧＲガスは、排気ガス洗浄装置４０を通過したものであるから、洗浄液により冷却されて比較的低温となる。このため、流量制御弁７０には低温仕様のものを使用できるようになり、信頼性や耐久性に加えてコスト面でも有利になる。また、流量制御弁７０で調整するＥＧＲガスは、排気ガス洗浄装置４０で煤等の粒子も除去されているので、粒子を噛み込む可能性も低くなり、従って、良好なシール性や摺動性を維持できる。
【００２１】
ＥＧＲ熱交換器８０は、給水管８１から供給される冷却水との熱交換により、ＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。このＥＧＲ熱交換器８０で冷却されたＥＧＲガスを使用することにより、圧縮機部２２で圧縮する新気及びＥＧＲ空気は低温／高密度となり、従って、圧縮機部２２の圧縮効率が向上する。
【００２２】
このように、本実施形態に係る浄化装置１は、舶用主機関から排出される排気ガス中の有害物質を低減及び除去する装置であり、メインエンジン１０の排気系統Ｌ１に配設されて排気ガスの全量を洗浄処理する排気ガス洗浄装置４０と、排気ガス洗浄装置４０の下流からＥＧＲガスとして導入した排気ガスの一部をメインエンジン１０に再度給気させる排気ガス再循環装置６０とを備えている。すなわち、本実施形態は、上述した排気ガスエコノマイザ３０より下流側の排気系統Ｌ１と、排気系統Ｌ１から分岐するＥＧＲ系統Ｌ３とが、引用文献に開示された従来技術の構成と異なっている。
【００２３】
このような浄化装置１は、メインエンジン１０の排気系統Ｌ１に配設された排気ガス洗浄装置４０が、排気ガスの全量を洗浄処理するように構成されているので、この洗浄処理によって排気ガス中の硫黄酸化物や煤等の粒子が除去される。このため、排気ガス洗浄装置４０の下流側では、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物が低減し、船舶に適用される排気ガス規制の基準値をクリアした状態で煙突から大気へ排出することができる。
すなわち、メインエンジン１０の燃料として、燃料側の基準を満たした低硫黄燃料を使用しなくても、硫黄酸化物に関する排気ガス規制の基準値を超えないクリーンな排気ガスを排出することができる。換言すれば、硫黄酸化物の規制については、燃料側で硫黄分を低減する代わりに、本実施形態の浄化装置１を用いて船舶側で対応することができるので、硫黄分の多い従来燃料を使用して低コストでの航行が可能になる。
【００２４】
また、排気ガス洗浄装置４０の下流からＥＧＲガスとして導入した排気ガスの一部をメインエンジン１０に再度給気させる排気ガス再循環装置６０を備えているので、排気ガス中の窒素酸化物についても、排気ガス再循環装置６０が給気中の酸素濃度を低下させることで従来通り低減する。
従って、煙突から大気へ排出される排気ガスは、硫黄酸化物、窒素酸化物及び粒子等に関する船舶の排気ガス規制を満たすことできる。
【００２５】
そして、本実施形態の浄化装置１においては、メインエンジン１０が排気タービン過給機２０を備え、かつ、排気ガス再循環装置６０がＥＧＲガスの導入量を調整する流量制御弁７０及びＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ熱交換器８０を備えている。さらに、冷却後のＥＧＲガスは、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２に供給されて新気とともに圧縮されるように構成されている。
この結果、流量制御弁７０で調整するＥＧＲガスは、排気ガス洗浄装置４０を通過して温度低下し、かつ、硫黄酸化物や粒子が除去されたものとなる。このため、低温仕様の流量制御弁７０を使用できるようになり、しかも、硫黄酸化物や粒子に起因する不具合も生じにくいものとなる。
【００２６】
ところで、上述した排気ガスエコノマイザ３０は、通常煙突の近くに設置されることから、船舶内におけるレイアウトの制約によっては、排気ガス洗浄装置４０からメインエンジン１０の近くに設置される排気タービン過給機２０までの距離が長くなる。この結果、ＥＧＲ系統Ｌ３の配管長が長くなり、ＥＧＲガスの圧力損失が増すことも考えられる。
このような場合、図２に示す変形例の浄化装置１Ａは、排気ガス再循環装置６０Ａに、必要に応じてＥＧＲガスを昇圧させる送風部９０を設けてある。なお、図示の送風部９０は、電動機９１で駆動されるブロワである。
【００２７】
このような送風部９０を追設することにより、ＥＧＲガスを排気タービン過給機２０の圧縮機部２２に供給する際の圧力損失が大きくなる配置の浄化装置１Ａにおいても、送風部９０による適切な昇圧が可能になり、従って、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ熱交換器８０を通過して圧縮機部２２まで確実に供給される。
なお、図２に示す変形例において、上述した図１の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
次に、本発明に係る他の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態及び変形例と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、メインエンジン１０が排気タービン過給機２０を備え、かつ、排気ガス再循環装置６０ＢがＥＧＲガスの導入量を調整する流量制御弁７０及びＥＧＲガスを昇圧させる送風部９０を備えている。そして、送風部９０で昇圧されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ系統Ｌ３′を通って給気系統Ｌ２に供給される。この場合のＥＧＲガスは、給気系統Ｌ２のうち、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２と給気を冷却する空気冷却器５０との間に供給される。
【００２９】
このような構成を採用すれば、上述した実施形態と同様に硫黄酸化物が処理される。さらに、流量制御弁７０で調整するＥＧＲガスは、排気ガス洗浄装置４０を通過して温度低下したものとなるので、上述した実施形態と同様に低温仕様の流量制御弁７０を使用できる。
そして、本実施形態では、ＥＧＲガスが排気タービン過給機２０の圧縮機部２２と給気を冷却する空気冷却器５０との間に供給されるので、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ熱交換器８０は不要となる。すなわち、本実施形態の圧縮機部２２は新気のみを圧縮しており、圧縮後の新気は、送風部９０で昇圧されたＥＧＲガスと給気系統Ｌ２で合流した後、空気冷却器５０で冷却されてから給気マニホルド１２に供給される。なお、このような構成では、昇圧後の新気にＥＧＲガスを合流させるため、送風部９０によるＥＧＲガスの昇圧は不可欠である。
【００３０】
上述した各実施形態及び変形例の浄化装置１，１Ａ，１Ｂによれば、排気ガスの全量が排気ガス洗浄装置４０を通過し、かつ、排気ガス再循環装置６０，６０Ａ，６０Ｂを併設したので、メインエンジン１０から排出される排気ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を除去／低減できる。このため、新基準の燃料より硫黄分の多い従来燃料を使用しても、船舶に適用される排気ガス規制の強化に対応することができ、従って、安価な従来燃料を使用して運行コストを低減できるとともに、規制海域及びそれ以外の海域において、燃料や装置の切替が不要となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ，１Ｂ    エンジン排気ガス浄化装置（浄化装置）
１０    メインエンジン（船舶推進用の主機関）
１１    シリンダ
１２    給気マニホルド
１３    排気マニホルド
２０    排気タービン過給機
２１    タービン部
２２    圧縮機部
３０    排気ガスエコノマイザ
４０    排気ガス洗浄装置
５０    空気冷却器
６０，６０Ａ，６０Ｂ    排気ガス再循環装置
７０    流量制御弁
８０    再循環用熱交換器（ＥＧＲ熱交換器）
９０    送風部
Ｌ１    排気系統
Ｌ２    給気系統
Ｌ３，Ｌ３′    排気ガス再循環系統（ＥＧＲ系統）
【図１】
0005787500.tif 000002
【図２】
0005787500.tif 000003
【図３】
0005787500.tif 000004