(57)【要約】【課題】排ガスの圧力損失を最小限にしつつ、排ガス浄化能力に優れ、メンテナンスが容易となるディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス導入管４を経たディーゼルエンジン１１の排ガスＥＧが気液接触混合部３の上方から流入するとともに、循環槽２に供給された海水Ｗが洗浄液ＦＷとして、循環ポンプ１０ｂによって洗浄液循環路６を介して排ガス導入管４の下端部４ａに循環して先端のノズル６ａから噴霧され、気液接触混合部３に直列に内設されたミキシングエレメント３ａ〜３ｄの円筒体の内側に螺旋状に右または左に捩じられた多数の小孔を設けた複数の羽根部によって激しく接触混合して排ガスＥＧに含まれる煤塵等が洗浄液ＦＷに捕集されて、浄化された排ガスＣＧが循環槽２を経て、排ガス排出管５から排出される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排ガスを洗浄液と接触混合させて浄化するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置であって、前記排ガスおよび洗浄液を上方から下方へ通過させつつ接触混合させる気液接触混合部と、該気液接触混合部の下方に連結された循環槽と、該循環槽に突設されて前記気液接触混合部を通過した排ガスを排出させる排ガス排出管と、前記気液接触混合部を通過した洗浄液を前記循環槽から前記気液接触混合部の上方に循環させる洗浄液循環路とを備え、前記気液接触混合部はミキシングエレメントを内設し、該ミキシングエレメントは多数の小孔を設けた複数の羽根部を有し、該複数の羽根部は筒状体の内側に螺旋状に右または左に捩じられて突設され、前記排ガスおよび洗浄液を前記気液接触混合部を上方から下方へ通過させる流路を形成したディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排ガス排出管に前記ミキシングエレメントを内設し、該ミキシングエレメントの複数の羽根部によって前記気液接触混合部を通過した排ガスを前記排ガス排出管の下方から上方へ排出させる流路を形成した請求項１に記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ミキシングエレメントを直列に複数内設するとともに、隣接して内設されるミキシングエレメントの羽根部の捩じり方向を反対方向にした請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記洗浄液循環路の中途に洗浄液分岐管を連結し、該洗浄液分岐管に固液分離部を設け、該固液分離部に流入させた洗浄液の固体成分と液体成分とを分離可能とした請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記気液接触混合部を通過した洗浄液の気泡を消滅させる消泡手段を設けた請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記ミキシングエレメントの羽根部に設けた小孔の内径が６ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、前記羽根部の表面積に占める前記小孔の総開口面積の比率が５％以上５０％以下である請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記ディーゼルエンジンが船舶に搭載されたものである請求項１〜６のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記洗浄液に海水を用いる請求項１〜７のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置に関し、さらに詳しくは、排ガスの圧力損失を最小限にしつつ、排ガス浄化能力に優れ、メンテナンスが容易となるディーゼルエンジンの排ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスには、煤塵、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｖ２Ｏ５、ＣａＳＯ４、Ｆｅ２Ｏ３、その他の有害物質が含まれ、環境汚染の原因となっている。近年、このような環境問題を解決するため、自動車用のディーゼルエンジンの他に、例えば、船舶に搭載されているディーゼルエンジンについても、排ガス規制が強化されつつある。
従来、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置が種々、提案されている。例えば、非イオン活性剤水溶液を排ガスに衝突させ、排ガス中の微粒子に水分を浸透させて、この微粒子を相互に結合および凝集させて大粒化させ、サイクロン部で粒子と排ガスに分離し、凝集しなかった微粒子をフィルタで濾過する手段が提案されている（特許文献１参照）。
このような、サイクロンやフィルタを用いた手段では、排ガスの圧力損失が大きくなり、エンジン出力の低下を招来するという問題があった。また、フィルタの交換等のメンテナンスも面倒となる。さらに、硫黄化合物ガスの除去ができず、十分な浄化性能を得ることが困難であるという問題もあった。
別の手段として、洗浄塔の内部に排ガスの通過孔を有するシーブトレイを水平に複数段配置し、洗浄塔の下部に貯留された洗浄液を上方に循環させて噴霧し、洗浄塔の下方から上方へ通過する排ガスと接触させて排ガスを洗浄するものが提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、水平に多段に配置されたシーブトレイでは、排ガスと洗浄液との接触効率を向上させるには限界があり、十分な浄化性能を得ることができないという問題があった。また、排ガスの圧力損失が大きくなるという問題があった。
【特許文献１】特開平９―１７３７５５号公報
【特許文献２】特開２００２―２７３１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、排ガスの圧力損失を最小限にしつつ、排ガス浄化能力に優れ、メンテナンスが容易となるディーゼルエンジンの排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】
【０００４】
上記目的を達成するため本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排ガスを洗浄液と接触混合させて浄化するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置であって、前記排ガスおよび洗浄液を上方から下方へ通過させつつ接触混合させる気液接触混合部と、該気液接触混合部の下方に連結された循環槽と、該循環槽に突設されて前記気液接触混合部を通過した排ガスを排出させる排ガス排出管と、前記気液接触混合部を通過した洗浄液を前記循環槽から前記気液接触混合部の上方に循環させる洗浄液循環路とを備え、前記気液接触混合部はミキシングエレメントを内設し、該ミキシングエレメントは多数の小孔を設けた複数の羽根部を有し、該複数の羽根部は筒状体の内側に螺旋状に右または左に捩じられて突設され、前記排ガスおよび洗浄液を前記気液接触混合部を上方から下方へ通過させる流路を形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のディーゼルエンジンの排ガスを洗浄液と接触混合させて浄化するディーゼルエンジンの排ガス浄化装置によれば、排ガスおよび洗浄液を上方から下方へ通過させつつ接触混合させるいわゆる静止型の気液接触混合部と、この気液接触混合部の下方に連結された循環槽と、この循環槽に突設されて気液接触混合部を通過した排ガスを排出させる排ガス排出管と、気液接触混合部を通過した洗浄液を循環槽から気液接触混合部の上方に循環させる洗浄液循環路とを備える簡易な構成なので、メンテナンスが容易であり、気液接触混合部に駆動部が不要となるので消費エネルギーを最小限にすることが可能となる。
【０００６】
また、気液接触混合部はミキシングエレメントを内設し、このミキシングエレメントは多数の小孔を設けた複数の羽根部を有し、複数の羽根部は筒状体の内側に螺旋状に右または左に捩じられて突設され、排ガスおよび洗浄液を気液接触混合部を上方から下方へ通過させる流路を形成した構造としたので、排ガスと洗浄液とを激しく接触混合させることができる。これによって、排ガス中の煤塵等の有害物質を洗浄液で効率よく、確実に捕集することが可能となり、優れた排ガス浄化能力を得ることができる。また、この羽根部の形状および小孔によって排ガスの良好な通過を確保でき、排ガスの圧力損失を小さくしてエンジン出力の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【０００８】
図１にディーゼルエンジンの排ガス浄化装置１の全体概要を内部を透視して示す。排ガス浄化装置１は循環槽２を有し、この循環槽２の上面には、ディーゼルエンジン１１に接続された排ガス導入管４に連結された気液接触混合部３と、排ガス排出管５とが立設されている。
【０００９】
循環槽２の側面の一方側には、循環槽２の内部に洗浄液ＦＷとなる海水Ｗを供給する供給ポンプ１０ａが備わっている。循環槽２の側面の他方側には、循環槽２の内部と、気液接触混合部３の上方に位置する排ガス導入管４の下端部４ａとを連通する洗浄液循環路６が接続され、中途に循環ポンプ１０ｂを備えている。排ガス導入管４の下端部４ａの内部に突設された洗浄液循環路６の先端にはノズル６ａが備わっている。
【００１０】
排ガス導入管４の下端部４ａの内部には、さらにノズル１７ａを有するスチーム供給管１７が突設されている。
【００１１】
洗浄液循環路６の中途からは洗浄液分岐管７が分岐し、洗浄液循環路６と固液分解部８とを接続している。固液分解部８の上面には凝集剤Ｃを供給する凝集剤タンク９が設置され、側面には固体成分ＤＴ、液体成分ＲＷをそれぞれ排出する排出管が接続されている。
【００１２】
気液接触混合部３には、４つのミキシングエレメント３ａ〜３ｄが直列に内設されている。そのうちの一つのミキシングエレメント３ａを図４に例示する。ミキシングエレメント３ａは円筒体１２ａの中央に内筒体１２ｂを有し、一端部を内筒体１２ｂの外周面に接続し、他端部を円筒体１２ａの内周面に接続して、円筒体１２ａの内側に螺旋状に左に捩じられた複数の羽根部１２ｃを突設している。それぞれの羽根部１２ｃには、排ガスＥＧおよび洗浄液ＦＷが通過可能な多数の小孔１２ｄが設けられている。
【００１３】
羽根部１２ｃが螺旋状に捩じられる角度は、適宜決定することができ、例えば９０°や１８０°等に設定される。
【００１４】
ミキシングエレメント３ａ〜３ｄの円筒体１２ａは、他の筒状体にすることができるが、メンテナンス性や浄化性能等の観点から円筒体１２ａが好適である。
【００１５】
直列配置されて隣接するそれぞれのミキシングエレメント３ａ〜３ｄは、その羽根部１２ｃの螺旋状の捩じり方向を反対方向にして配置されている。図１では最上段のミキシングエレメント３ａの羽根部１２ｃは、図４に示したように螺旋状に左に捩じられているので、その下に位置するミキシングエレメント３ｂは、その羽根部１２ｃを右に捩じられている。同様にミキシングエレメント３ｃ、３ｄは羽根部１２ｃをそれぞれ左、右に捩じられている。
【００１６】
このミキシングエレメント３ａ〜３ｄの羽根部１２ｃによって、気液接触混合部３の内部に排ガスＥＧおよび洗浄液ＦＷを上方から下方に通過させる流路が形成されている。尚、配置されるミキシングエレメント３ａ〜３ｄの数は１つでもよく、特に限定されない。
【００１７】
以下、この排ガス浄化装置１による排ガスＥＧの浄化過程について説明する。図１に示すようにディーゼルエンジン１１からの排ガスＥＧは、排ガス導入管４を経て、気液接触混合部３を上方から下方へ通過して循環槽２に流入する。
【００１８】
排ガス導入管４の下端部４ａに突設されたスチーム供給管１７のノズル１７ａからは、スチームＳが噴霧されて排ガスＥＧが予備加湿されている。これによって、排ガスＥＧに含まれる煤塵等の有害物質が浄化され易くなる。このスチーム供給管１７は必要に応じて設ければよい。
【００１９】
一方、循環槽２に供給された海水Ｗは洗浄液ＦＷとして、循環ポンプ１０ｂによって洗浄液循環路６を介して排ガス導入管４の下端部４ａに循環し、先端のノズル６ａから噴霧され気液接触混合部３を上方から下方へ通過する。
【００２０】
気液接触混合部３の上方から並流となって流入する排気ガスＥＧおよび洗浄液ＦＷは、ミキシングエレメント３ａ〜３ｄの羽根部１２ｃによって形成された流路に沿って、下方へ通過する。これによって、激しく接触混合して排ガスＥＧに含まれる煤塵、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｖ２Ｏ５、ＣａＳＯ４、Ｆｅ２Ｏ３、その他の有害物質が洗浄液ＦＷに捕集され、排ガスＥＧが浄化される。羽根部１２ｃの形状および小孔１２ｄによって良好な通気性が確保される。ここでは海水Ｗを洗浄液ＦＷとして用いているので、周知のとおり優れた脱硫効果を得ることができる。
【００２１】
複数のミキシングエレメント３ａ〜３ｄを直列に配置すると、螺旋状に回転して通過する流れ、内筒体１２ｂの開口部１２ｅを通過する流れ、これらの流れの合流および分流が繰返して発生して、より優れた浄化性能を得ることができる。隣接するミキシングエレメント３ａ〜３ｄを、それぞれの羽根部１２ｃの螺旋状の捩じり方向を反対方向にして配置することにより、さらに激しい接触混合が可能となり、浄化性能を一層、向上させることができる。
【００２２】
浄化された排ガスＣＧは、循環槽２の内部の上方を流れて排ガス排出管５から大気へと排出される。
【００２３】
この気液接触混合部３は駆動部のない静止型の装置であり簡素な構造なので、煤塵等が堆積しにくく、メンテナンスが容易となる。また、駆動部が不要となるので消費エネルギーを最小限にすることが可能となる。また、優れた排ガス浄化性能を得つつ、排ガスの圧力損失を最小限にしてエンジン出力低下を抑えることができる。
【００２４】
この排ガス浄化装置１では、気液接触混合部３で接触混合させる洗浄液ＦＷの量Ｌと排ガスＥＧの量Ｇとの比で示される液ガス比Ｌ／Ｇ（ｌ／ｍ３）が、７程度と小さい条件下においても、良好な浄化性能を得ることができる。液ガス比Ｌ／Ｇとして好ましい範囲は２以上１５以下である。
【００２５】
また、気液接触混合部３の上方から流入させる排ガスＥＧの流速が、６ｍ／ｓ程度の高速であっても、良好な浄化性能を得ることができる。流入させる排ガスＥＧの流速として好ましい範囲は３ｍ／ｓ以上１５ｍ／ｓ以下である。
【００２６】
ミキシングエレメント３ａ〜３ｄの羽根部１２ｃに設けた小孔１２ｄの内径は５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とし、羽根部１２ｃに占める小孔１２ｄの総開口面積の比率を５％以上５０％以下とすると、安定して優れた浄化性能を得つつ、通気性を確保できる。煤塵等を捕集した洗浄液ＦＷは、洗浄液循環路６を循環ポンプ１０ｂで圧送され、繰返し気液接触混合部３を通過して排ガスＥＧの煤塵等を捕集する。
【００２７】
捕集物が多くなり、洗浄液ＦＷが一定の汚れ具合になった場合等には、洗浄液分岐管７を経て洗浄液ＦＷの一部を固液分離部８に流出させる。固液分離部８では凝集剤タンク９から凝集剤Ｃを供給して洗浄液ＦＷの固体成分（煤塵等）と液体成分とを分離させて、それぞれを固液分離部８から排出して処理をする。凝集剤としては、高分子凝集剤、アルミ系凝集剤、鉄系凝集剤等を用いることができる。固液分離部８に流出して減少した量の洗浄液ＦＷは、供給ポンプ１０ａによって新たに海水Ｗを循環槽２に供給して補うようにする。
【００２８】
固液分離部８における詳細な固液分離過程の一例を図６にフロー図として示す。洗浄液分岐管７から流出された洗浄液ＦＷには、順次、ｐＨ調整槽８ａでｐＨ調整剤Ｐが供給され、混和槽８ｂで凝集剤Ｃが供給されて凝集槽８ｃに送られる。その後、スキマー８ｄで煤塵等の固体成分ＤＴが回収されて焼却処理される。液体成分ＲＷはドレンタンク等に排水される。
【００２９】
実施形態では、洗浄液ＦＷとして海水Ｗを用いているが、その他に水やＮａＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＣａＣＯ３などのアルカリ性水溶液を用いることができる。
【００３０】
図５に本発明の排ガス浄化装置１を船舶１５に搭載された推進用のディーゼルエンジン１１に適用した状態を例示する。この場合には、調達の容易性および浄化性能の観点から洗浄液ＦＷとして海水Ｗを使用することが好ましい。排ガス浄化装置１で浄化された排ガスＣＧは、煙突１４に内装される排ガス排出管５から排出される。推進用のディーゼルエンジン１１に限らず船舶１５に搭載されている他のディーゼルエンジン１１に適用することができる。
【００３１】
図３に循環槽２の内部構造を例示する。気液接触混合部３を通過して循環槽２に流入する洗浄液ＦＷは、排ガスＥＧとの激しい接触混合によって多くの気泡が発生することがある。循環槽２の上面には消泡手段として消泡剤噴霧ノズル１６が設けられており、消泡剤を噴霧して気泡を消すことが可能となっている。
【００３２】
消泡剤としては、シリコーン油、鉱物油、高級アルコール、ポリエーテル等を用いることができる。消泡手段は、これに限定されることはなく、送風、加圧・減圧等による機械的な手段やその他一般的な手段を用いることができる。
【００３３】
図２に排ガス浄化装置１の変形例を一部構成要素を省略して示す。図１の排ガス浄化装置１との相違点は排ガス排出管５の構造のみである。この排ガス排出管５には、図４に示したものと同様のミキシングエレメント３ａ〜３ｂが内設されている。また、ミキシングエレメント３ａ〜３ｂの下方には、洗浄液ＦＷを噴霧するノズル１３ａを備えた洗浄液供給管１３を突設している。
【００３４】
浄化された排気ガスＣＧが、排ガス排出管５を経て排出される際に、ミキシングエレメント３ａ〜３ｂの羽根部１２ｃによって形成された流路を下方から上方へ通過することによって、さらにこの排ガスＣＧを浄化させることが可能になる。尚、洗浄液供給管１３を省略してもよい。洗浄液ＦＷとしては、海水Ｗや水等を用いる。
【００３５】
内設するミキシングエレメント３ａ〜３ｂの数は特に限定されず、複数のミキシングエレメント３ａ〜３ｂを直列配置する場合は、隣接するミキシングエレメント３ａ〜３ｂの羽根部１２ｃの捩じり方向を反対方向にして配置するのが好ましい。
【実施例】
【００３６】
図１に示した排ガス浄化装置と同構造の実験装置を用いて、気液接触混合部の入口および出口を通過する排ガスの圧力を測定し、圧力損失と排ガスＥＧ量との関係を測定した。この実験装置では、６つのミキシングエレメントを直列に配置して、隣接するミキシングエレメントの羽根部の捩じり方向を反対方向にした。それぞれのミキシングエレメントの円筒体の内径は１３ｃｍ、高さは１３ｃｍｍ、羽根部を６枚有して、それぞれ螺旋状に１８０°に捩じられている。小孔の内径は５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であり、羽根部の表面積に占める小孔の総開口面積の比率は約２０％である。
【００３７】
尚、実施例１および２では、液ガス比を４．２ｌ／ｍ３以下、実施例３では、６．７ｌ／ｍ３以上の範囲で変えたものであり、洗浄液として水を用いた。
【００３８】
試験条件を表１に示し、測定結果を図７に示す。
【００３９】
【表１】
2007051555.tif 000003
【００４０】
図７の結果から、気液接触混合部に流入する排ガスＥＧの量と圧力損失とが比例し、流入する排ガスＥＧの量が６ｍ３／ｍｉｎ程度と大きな場合であっても、圧力損失を１２３〜１７６ｍｍＡｑ程度に抑えることが可能であることが確認できた。
【００４１】
また、同じ実験装置を用いて、気液接触混合部の入口および出口を通過する排ガスの煤塵濃度を測定して排ガス浄化性能を確認した。試験条件を表２に示し、測定結果を図８に示す。
【００４２】
【表２】
2007051555.tif 000004
【００４３】
図８の結果から、実施例Ａのように液ガス比が７．１と小さくても約７７％（（４７−１１）／４７）という優れた浄化性能を有することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の一例を示す全体概要図である。
【図２】本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の変形例を示す一部省略概要図である。
【図３】本発明に用いる循環槽を例示する内部構造図である。
【図４】本発明に用いるミキシングエレメントを例示する斜視図である。
【図５】本発明のディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の設置例を示す説明図である。
【図６】本発明に用いる固液分離部における分離過程を例示するフロー図である。
【図７】実施例における圧力損失と排ガス量との関係を示すグラフ図である。
【図８】実施例における排ガス浄化性能を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  排ガス浄化装置
２  循環槽
３  気液混合接触部      ３ａ〜３ｄ  ミキシングエレメント
４  排ガス導入管        ４ａ  排ガス導入管の下端部    ５  排ガス排出管
６  洗浄液循環路        ６ａ  ノズル
７  洗浄液分岐管       
８  固液分離部          ８ａ  ｐＨ調整槽        ８ｂ  混和槽
８ｃ  凝集槽            ８ｄ  スキマー
９  凝集剤タンク
１０ａ  供給ポンプ        １０ｂ  循環ポンプ
１１  ディーゼルエンジン
１２ａ  円筒体（筒状体）      １２ｂ  内筒体      １２ｃ  羽根部    
１２ｄ  小孔        １２ｅ  開口部
１３  洗浄液供給管      １３ａ  ノズル 
１４  煙突
１５  船舶
１６  消泡剤噴霧ノズル（消泡手段）
１７  スチーム供給管      １７ａ  ノズル
【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】
2007051555.tif 000011
【図８】
2007051555.tif 000012