(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービン過給機を備えた舶用主機関から排出される排気ガス中の大気汚染物質を低減及び除去するエンジン排気ガス浄化装置であって、
前記排気タービン過給機のタービン部より上流側の排気系統から再循環用排気ガスとして導入した前記排気ガスの一部を洗浄処理する排気ガス洗浄装置と、
前記排気ガス洗浄装置の上流側に配設されて前記再循環用排気ガスを用いて駆動される再循環用タービン部と同軸の再循環用圧縮機部により前記排気ガス洗浄装置を通過した前記再循環用排気ガスを昇圧させる再循環用排気タービン過給機と、を備えてい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】
前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスは、前記排気タービン過給機の圧縮機部に新気ととも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３】
前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスを冷却して前記排気タービン過給機の圧縮機部に供給する熱交換器を備えていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスは、ブロワによる再度の昇圧後に前記排気タービン過給機の圧縮機部で昇圧された新気と合流するよう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】
前記再循環用排気タービン過給機が同軸の発電機を備えたハイブリッド過給機であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエンジン排気ガス浄化装置。
【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。
ディーゼルエンジンから発生する窒素酸化物を低減する技術としては、排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が知られている。この排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」と呼ぶ）は、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ものであり、高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲが知られている。
【０００３】
ＥＧＲに関する従来技術としては、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。なお、スクラバーは、洗浄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。
特許文献１には、スクラバーを通過した排気ガスをブロワで高圧に昇圧して給気する高圧ＥＧＲが開示されている。また、特許文献２に開示された低圧ＥＧＲでは、昇圧用のブロワが必要になるものの、スクラバーを通過することによる圧力損失を補う小容量のものでよい。
【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】
ところで、上述した高圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲについては、下記のような問題が指摘されている。
高圧ＥＧＲの場合、スクラバー通過後の排気ガスを掃気圧レベル（高圧）に昇圧する必要があるため、昇圧用ブロワの容量が過大となる。このため、昇圧用ブロアの運転に必要な駆動力も大きくなり、たとえば電動機により駆動する場合、必要な電力を賄うためには発電用補機の台数増加が必要になる。このような発電用補機の増加は、コストの増加やレイアウトの自由度を低下させる要因となり、しかも、発電用補機は燃費が悪いため、船舶の運航コストを増加させる要因にもなる。また、高圧ＥＧＲの場合、スクラバーが高温・高圧仕様となるため、硫酸の発生に伴う硫酸腐食対策と合わせて、長期的な信頼性確保が懸念される。
【０００６】
一方、低圧ＥＧＲの場合、高圧ＥＧＲで必要となるブロワと比較すれば小容量であるものの、スクラバー通過による圧力損失を補う電動ブロワが必要になる。このため、電動ブロワの駆動に要する電力が必要となり、高圧ＥＧＲ程ではないものの、ブロワ駆動用電力を賄うために発電用補機台数の増設が必要となる。
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、排気ガス再循環（ＥＧＲ）用として排気タービン過給機の上流から抽出した排気ガス（再循環用排気ガス）について、排気ガス洗浄装置による洗浄処理後の昇圧に要する電力を低減または不要にしたエンジン排気ガス浄化装置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、排気タービン過給機を備えた舶用主機関から排出される排気ガス中の大気汚染物質を低減及び除去するエンジン排気ガス浄化装置であって、前記排気タービン過給機のタービン部より上流側の排気系統から再循環用排気ガスとして導入した前記排気ガスの一部を洗浄処理する排気ガス洗浄装置と、前記排気ガス洗浄装置の上流側に配設されて前記再循環用排気ガスを用いて駆動される再循環用タービン部と同軸の再循環用圧縮機部により前記排気ガス洗浄装置を通過した前記再循環用排気ガスを昇圧させる再循環用排気タービン過給機と、を備えてい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、排気タービン過給機のタービン部より上流側の排気系統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洗浄処理する排気ガス洗浄装置と、排気ガス洗浄装置の上流側に配設されて再循環用排気ガスを用いて駆動される再循環用タービン部と同軸の再循環用圧縮機部により排気ガス洗浄装置を通過した再循環用排気ガスを昇圧させる再循環用排気タービン過給機と、を備えているので、舶用主機関の排気エネルギを有効利用し、洗浄処理後の再循環用排気ガスを再循環用排気タービン過給機により昇圧することができる。このため、排気ガス洗浄装置は、再循環用タービン部で仕事をして温度や圧力が低下した再循環用排気ガスを洗浄処理すればよく、従って、低温・低圧用の装置を使用することができる。
【０００９】
上記の発明において、前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスは、前記排気タービン過給機の圧縮機部に新気とともに供給されることが好ましく、これにより、洗浄処理後の再循環用排気ガスを昇圧する電動の昇圧ブロワが不要となる。従って、洗浄処理後の再循環用排気ガスは、電力を消費することなく昇圧されて排気タービン過給機の圧縮機部まで供給可能となる。
この場合のエンジン排気ガス浄化装置は、前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスを冷却して前記排気タービン過給機の圧縮機部に供給する熱交換器を備えていることが好ましく、これにより、再循環用排気ガスの密度を増すことができる。
【００１０】
上記の発明において、前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスは、ブロワによる再度の昇圧後に前記排気タービン過給機の圧縮機部で昇圧された新気と合流するように供給されることが好ましく、これにより、消費電力の小さい小容量の電動ブロワにより掃気圧レベルまで昇圧して給気することができる。
【００１１】
上記の発明において、前記再循環用排気タービン過給機は、同軸の発電機を備えたハイブリッド過給機であることが好ましく、これにより、再循環用排気タービン過給機による再循環用排気ガスの昇圧とともに、再循環用排気タービン過給機の出力を有効に利用して電力を得ることができる。
【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によれば、舶用主機関の排気エネルギを有効利用し、再循環用排気ガスの出力を用いて、洗浄処理後の再循環用排気ガスを再循環用排気タービン過給機により昇圧するので、排気ガス洗浄装置は、再循環用タービン部で仕事をした低温・低圧の再循環用排気ガスを洗浄処理すればよく、従って、信頼性や耐久性の高い低温・低圧用装置を使用することができる。
【００１３】
また、エンジン排気ガス浄化装置は、再循環用排気ガスが再循環用タービン部で仕事をすることにより、洗浄処理後の再循環用排気ガスを昇圧するので、電動駆動の昇圧用ブロワをなくすか小容量にして消費電力を低減できる。このため、排気ガス浄化装置の運転に必要な電力を賄う発電用補機の台数（発電能力）を低減することができ、従って、装置のコスト低減や船内レイアウトの自由度向上が可能になるとともに、燃費に問題を有する発電用補機の台数低減に伴い、船舶の運航コストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置の第１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。
【図２】本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置の第２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】
【００１５】
以下、本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置について、第１の実施形態を図１に基づいて説明する。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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２２との間を連結する回転軸である。
【００１８】
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。
【００１９】
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）４０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４０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４１は、冷却媒体の冷却水を供給する給水管である。
【００２０】
上述した排気マニホルド１３の下流には、排気系統Ｌ１の途中から分岐して排気ガスの一部を再循環用排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」と呼ぶ）として抽出する排気ガス再循環系統（以下、「ＥＧＲ系統」と呼ぶ）Ｌ３が設けられている。このＥＧＲ系統Ｌ３は、タービン部２１の上流側から分岐して圧縮機部２２の吸入側に接続されている。
ＥＧＲ系統Ｌ３の途中には、排気系統Ｌ１の分岐点側から順に、流量制御弁５０、再循環用排気タービン過給機（以下、「ＥＧＲ過給機」と呼ぶ）６０、排気ガス洗浄装置７０及びＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ熱交換器８０が配設されている。
【００２１】
流量制御弁５０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。
ＥＧＲ過給機６０は、排気ガス洗浄装置７０の上流側に配設されてＥＧＲガスを用いて駆動される再循環用タービン部（以下、「ＥＧＲタービン部」と呼ぶ）６１と、このＥＧＲタービン部６１と同軸の再循環用圧縮機部（以下、「ＥＧＲ圧縮機部」と呼ぶ）６２により構成され、排気ガス洗浄装置７０を通過したＥＧＲガスを圧縮して昇圧させる装置である。なお、図中の符号６３は、ＥＧＲタービン部６１とＥＧＲ圧縮機部６２との間を連結している回転軸である。
【００２２】
排気ガス洗浄装置７０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７０で処理する排気ガスは、ＥＧＲ過給機６０のＥＧＲタービン部６１を通過したＥＧＲガスであるから、排気マニホルド１３から流出した排気ガスと比較すると、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７０の信頼性や耐久性は高くなる。
【００２３】
ＥＧＲ熱交換器８０は、ＥＧＲ圧縮機部６２で圧縮されたＥＧＲガスを冷却媒体との熱交換により冷却する熱交換器である。このＥＧＲ熱交換器６２で冷却されたＥＧＲガスは低温及び高密度となり、このＥＧＲガスが新気とともに圧縮機部２２に吸入されて圧縮されるので、圧縮機部２２の圧縮効率向上に有効である。
しかし、このＥＧＲ熱交換器６２は、たとえばメインエンジン１０の運転条件等に応じて、適宜省略することも可能である。なお、図中の符号８１は、たとえば冷却媒体の水を供給する給水管である。
【００２４】
すなわち、本実施形態に係る浄化装置１は、排気タービン過給機２０を備えたメインエンジン１０から排出される排気ガス中の大気汚染物質を低減及び除去する装置であり、排気タービン過給機２０のタービン部２１より上流側の排気系統Ｌ３からＥＧＲガスとして導入した排気ガスの一部を洗浄処理するための排気ガス洗浄装置７０と、排気ガス洗浄装置７０の上流側に配設されたＥＧＲ過給機６０とを備えている。
この場合のＥＧＲ過給機６０は、ＥＧＲガスを用いて駆動されるＥＧＲタービン部６１と同軸のＥＧＲ圧縮機部６２が回転することにより、排気ガス洗浄装置７０を通過したＥＧＲ排気ガスをＥＧＲ圧縮機部６２に吸入して昇圧させる。
【００２５】
このように構成された浄化装置１は、メインエンジン１０の排気エネルギを有効利用してＥＧＲ過給機６０を駆動し、洗浄処理後のＥＧＲガスをＥＧＲ過給機６０のＥＧＲ圧縮機部６２により昇圧させるので、排気ガス洗浄装置７０は、ＥＧＲタービン部６１で仕事をして温度や圧力が低下したＥＧＲガスを洗浄処理すればよい。このため、排気ガス洗浄装置７０には、信頼性や耐久性が高い低温・低圧用の仕様とした装置を採用できる。
【００２６】
また、ＥＧＲ圧縮機部６２で昇圧したＥＧＲガスは、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２に新気とともに供給されることから、洗浄処理後のＥＧＲガスを昇圧するための電動昇圧ブロワが不要になる。すなわち、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２に吸入される新気は大気圧であるから、洗浄処理により圧力低下したＥＧＲガスは、ブロワ等により昇圧しなくても新気と合流することができる。換言すれば、ＥＧＲ過給機６０による昇圧は、洗浄処理後のＥＧＲガスが排気タービン過給機２０に到達するまでの圧力損失を補う程度でよい。従って、洗浄処理後のＥＧＲガスは、電力を消費することなくＥＧＲ過給機６０で昇圧され、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２まで供給可能となる。
【００２７】
また、上述した浄化装置１は、ＥＧＲ圧縮機部６２で昇圧したＥＧＲガスを冷却して排気タービン過給機２０の圧縮機部２２に供給するＥＧＲ熱交換器８０を備えているので、密度の高いＥＧＲガスを新気と効率よく合流させて給気するＥＧＲを実現できる。
そして、上述したＥＧＲ過給機６０には、ＥＧＲタービン部６１及びＥＧＲ圧縮機部６２と回転軸６３ａで連結された同軸の発電機６４を備えたハイブリッド過給機を採用することが望ましい。このようなハイブリッド過給機をＥＧＲ過給機６０に採用すると、ＥＧＲ過給機６０は、ＥＧＲガスを昇圧するだけでなく、ＥＧＲ過給機６０の出力を有効に利用して発電機６４により電力を得ることができる。
【００２８】
次に、本発明に係る浄化装置について、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した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。
本実施形態の浄化装置１Ａでは、ＥＧＲ過給機６０のＥＧＲ圧縮機部６２で昇圧したＥＧＲガスを再度昇圧させるため、ブロワ９０がＥＧＲ系統Ｌ３′に設けられている。このブロワ９０はＥＧＲ圧縮機６２の下流に配設され、図示しない電動機を駆動源として運転される電動ブロワである。
【００２９】
また、この場合のＥＧＲ系統Ｌ３′は、ＥＧＲ圧縮機部６２の下流側が上述した実施形態と異なっており、給気系統Ｌ２の圧縮機部２２と空気冷却器４０との間で給気系統Ｌ２に合流している。すなわち、ＥＧＲ圧縮機部６２で圧縮されて昇圧したＥＧＲガスは、ブロワ９０でさらに昇圧された後、給気系統Ｌ２の圧縮機部２２と空気冷却器４０との間において、排気タービン過給機２０の圧縮機部２２で昇圧された新気と合流するように供給される。
【００３０】
この場合、ブロワ９０による再度の昇圧は、ＥＧＲガスを排気タービン過給機２０で圧縮された新気に押し込むための圧力とするものであり、従って、メインエンジン１０の掃気圧レベルまで昇圧することにより給気可能となる。
このようなブロワ９０は、ＥＧＲ過給機６０による昇圧の不足分を補う２段目の昇圧を行うものであるから、消費電力の小さい小容量の電動ブロワを使用しても充分な機能を有している。
また、この実施形態のＥＧＲ過給機６０は、上述した実施形態と同様に、発電機６４を備えたハイブリッド過給機としてもよい。
【００３１】
このように、上述した本実施形態の浄化装置１，１Ａによれば、舶用主機関であるメインエンジン１０の排気エネルギを有効利用し、ＥＧＲガスの出力を用いて、洗浄処理後のＥＧＲガスをＥＧＲ過給機６０により昇圧する構成としたので、排気ガス洗浄装置７０については、ＥＧＲタービン部６１で仕事をして低温・低圧となったＥＧＲガスを洗浄処理すればよい。従って、浄化装置１，１Ａの排気ガス洗浄装置７０には、信頼性や耐久性の高い低温・低圧仕様の装置を使用することができる。
【００３２】
また、上述した浄化装置１，１Ａは、いずれの場合もＥＧＲガスがＥＧＲタービン部６１で仕事をすることにより、洗浄処理後のＥＧＲガスをＥＧＲ圧縮機部６２で昇圧する。このため、ＥＧＲガスを昇圧する電動駆動のブロワ９０をなくすか、あるいは、小容量のブロワ９０を用いて消費電力を低減することができる。
このため、浄化装置１，１Ａの運転に必要な電力を賄う発電用補機（不図示）の台数または発電能力を低減することができる。従って、本実施形態の浄化装置１，１Ａは、装置のコスト低減に加えて、船内に設置する機器類のレイアウトについても自由度の向上が可能になる。さらに、燃費に問題を有する発電用補機の台数を低減できるため、船舶の運航に要するコストも低減することができる。
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】
【００３３】
１，１Ａ    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    空気冷却器
５０    流量制御弁
６０    再循環用排気タービン過給機（ＥＧＲ過給機）
６１    再循環用タービン部（ＥＧＲタービン部）
６２    再循環用圧縮機部（ＥＧＲ圧縮機部）
７０    排気ガス洗浄装置
８０    ＥＧＲ熱交換器
９０    ブロア
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】
0005701016.tif 000002
【図２】
0005701016.tif 000003