JP2004197624A

JP2004197624A - 船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置及び方法

Info

Publication number: JP2004197624A
Application number: JP2002365937A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Akagawa; 裕和赤川; Tatsuo Takaishi; 龍夫高石; Kazuhiko Otake; 和彦大竹; Katsuhiko Sakaguchi; 勝彦阪口; Noriyasu Inanaga; 紀康稲永
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する装置において、小型で高効率な装置及び方法の提供を目的とする。
【解決手段】船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する装置において、排ガス管に接続された洗浄塔と、洗浄塔内に設けられ、加圧海水配管に接続されて、微粒化した海水を噴射する複数の噴射ノズルと、洗浄塔に接続され洗浄塔より落下する廃液を受けるとともに、空間部を経由して洗浄塔経過後の排ガスを排出する出口配管を設けた受槽とを有し、前記複数の噴射ノズルが排ガスの入り口付近に排ガス流と同じ向きで、排ガス流方向と所定の角度をもって海水の水滴粒子を噴射するよう構成・配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、船舶用の大型ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる煤塵などの不純物を浄化する、船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体中の固体微粒子を除去する浄化装置としては、古くからいわゆるスクラバータイプが常用されており、その例は機械工学便覧Ｃ８偏環境装置ｐ２４（非特許文献１）に開示されている。例えば図５に示すジェットスクラバ５０は、含塵ガス５１を除塵塔５２に導き、その先端より噴射する水５３のジェット流５４と塔内で接触させ固体粒子を水中に捕捉し除去するというものである。この方法は粒子径の小さな塵埃まで洗浄可能であるが、液化ガス比が１０〜５０L/m³と多いため、船舶に積載する装置としては適当ではない。
【０００３】
また、特表平８−５１１０７４号公報（特許文献１図３参照）には、大型過給ディーゼルエンジンに付帯させる排ガスのスクラバと称して図６のごとき気体浄化装置を開示されている。図６において、３３は該スクラバ部分（段）でハウジング３４に各要素が収められ、フランジ３５で循環経路内に固定されている。排ガスの流動方向は矢印３６で示してある。淡水又は海水の供給パイプ３７は、各々が水５３を気体中に噴霧する多数ノズル３９を有する分配管３８に水５３を供給する。図示のノズル３９は気体の流動方向とは反対向きに水を噴射するように配置されている。噴射後のガスは、液滴発生装置４０を通りミストを液滴にし、その後の液滴補修領域４１での液滴除去を容易にする。液滴補修領域４１には傾斜させた細長の板領域４２が設置されており、液滴は該板領域４２上で捕捉され、折り重ね端部４３に流れ込み、捕集通路に集められ、排出パイプ４４より除去される。
【０００４】
しかし、これらの方式における浄化性は、排ガス中に含まれる煤塵粒子の内、数１０μｍ以上の径のものは除去できるが、１０μｍ以下の微細な煤塵は大半が除去出来ずに排出される可能性がある。大型船舶用エンジンは高速、中速エンジンに比較して燃焼率がよく、煤塵粒子径が小さいため、従来の水利用浄化装置では不十分な浄化効率しかえられず、排ガス再循環システム用としては不適切であり、又排出ガスの規制などに適合しないという問題がある。また、排ガスの圧力損失が高くなり、補機効力が大きくなる可能性もある。
【０００５】
【特許文献１】特表平８−５１１０７４
【非特許文献１】機械工学便覧Ｃ８偏環境装置ｐ２４
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する装置において、小型で高効率な装置及び方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する装置において、排ガス管に接続された洗浄塔と、洗浄塔内に設けられ、加圧海水配管に接続されて、微粒化した海水を噴射する複数の噴射ノズルと、洗浄塔に接続され洗浄塔より落下する廃液を受けるとともに、空間部を経由して洗浄塔経過後の排ガスを排出する出口配管を設けた受槽とを有し、前記複数の噴射ノズルが排ガスの入り口付近に排ガス流と同じ向きで、排ガス流方向と所定の角度をもって海水の水滴粒子を噴射するよう構成・配置されていることを特徴とする。
【０００８】
発明者等は気流中の水に不溶の固体微粒子を水（本発明の場合は海水）で洗浄して除去する作用を追求するなかで、水滴と気流中の粒子が接触衝突する角度と、気流中の固体粒子径に対する液滴の径及び速度と、気流中の液滴の数即ち液ガス比にその除去効果が左右されることを見出した。そしてその最適な条件を適用することによって、効率の高い船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置を発明するに至った。
【０００９】
更に本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置は、前記複数の噴射ノズルの海水の水滴粒子を噴射する角度が排ガス流方向に対して１０°以上、４５°以下の範囲であるように前記ノズルが構成・配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この噴射角度は、ノズルの配置角度、ノズルチップの噴射孔の構造によって達成される。当該角度が前記範囲を逸脱すると、著しく除去効果が低下することが判っている。
【００１１】
また、水滴の粒子径に影響する要因として、１０μｍ以下の固体粒子を効率よく捕捉する水滴の粒子径が１００μｍから１０００μｍの範囲で選定可能であり、その径を実現するには、噴射孔の孔径に応じて適当な水圧を付加する必要がある。又該圧力のエネルギで生じる液滴の気流中の初速が適宜範囲にある必要がある。従って本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置は、前記複数の噴射ノズルの海水の水滴粒子を噴射する加圧圧力が０．５ＭＰａ以上で微粒化するよう前記ノズルが構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記液ガス比は液量が多いと装置が大型化し、且つ動力コストが嵩むので不利であるから、なるべく小さく抑えたいが、除去効果を各種条件を整えても必要最小限の噴射量は必要である。従って、更に本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置は、前記複数の噴射ノズルの海水を噴射する容積量が、単位時間あたり、標準状態の排ガスの容積量に対して１／７００以上、１／２５０以下の範囲の比率となるよう前記ノズルが構成されていることを特徴とする。
【００１３】
更に本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置は、前記受槽に定水位を維持すると同時に、洗浄液を排出する手段を有することを特徴とする。該手段は所定水位位置に先端を有するオーバーフロー導管を設けてもよく、所定水位を検出して排水路の弁を開閉するか、ポンプを駆動するかなどの排出手段と検出手段の組み合わせであってもよい。
【００１４】
更に本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置は、前記出口配管にミストセパレータを設け浄化ガス中のミストを除去可能にしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の側面としての船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法は、船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する方法において、排ガスを洗浄塔に導き、洗浄塔内で加圧海水を噴射して微粒化した海水の水滴粒子と接触させた後、洗浄廃液と浄化ガスを分離する方法であって、前記微粒化した海水の水滴粒子を、排ガス流と同じ向きで、排ガス流方向と所定の角度をもって噴射することを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法は、前記海水の水滴粒子を噴射する角度が排ガス流方向に対して１０°以上、４５°以下の範囲であることを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法は、前記海水の水滴粒子を噴射する加圧圧力が０．５ＭＰａ以上で微粒化することを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法は、前記海水を噴射する容積量が、単位時間あたり、標準状態の排ガスの容積量に対して１／７００以上、１／２５０以下の範囲の比率であることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。但し本実施の形態に記載される製品の寸法、形状、材質、その相対配置等は特に特定的な記載が無い限りは本発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
（煤塵除去効率に関係する諸元）
ガス流と液滴の煤塵除去効率に関係する諸元について、実験などで検証した。図７は噴射角度と煤塵除去効率との関係を表したグラフである。これにより効率向上に効果的な角度領域があることが判明し、それがおよそ１０°から４５°であった。
【００２０】
図８は液ガス比と煤塵除去効率との関係を表したグラフである。気体の容積は標準状態の容積ｍ^３である。液体の容積単位はｌである。即ち気流と平行な噴射角度から２０°の噴射角度までにおいて、液ガス比５までに急激に煤塵除去効率が上昇し、その後飽和状態を呈した。水の噴射量は少ないほど好ましいことから、効率維持に効果的な領域は液ガス比がおよそ１．４L/m³から４L/m³の範囲であった。これを水と気体の容積単位を同一にすると約１／７００〜１／２５０である。
【００２１】
図９は海水圧力と水滴初速度との関係を表したグラフである。又図１０は圧力と水滴粒子径との関係を表したグラフである。即ち本発明では、除去効率が海水粒子の速度と粒子径に影響するので、所定のノズル径において好ましい海水の圧力が存在し、それが少なくとも０．５ＭＰａを要した。
【００２２】
（本発明の装置構成例）
図１は本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置の一例の略図である。装置は大別して、液ガス接触の行われる洗浄塔６と、その中に配置された噴射ノズル４と、液ガス接触後の気体及び液体を処理する受槽１０とからなっている。
【００２３】
船舶用ディーゼルエンジンからの排気ガスは、洗浄塔６頭部に接続された排ガス配管２によって導入されガス流３を形成する。洗浄塔６は受槽１０の蓋部１２に接続挿入され、その下端が液面８に没しない程度に接近して位置している。洗浄塔６の頭部付近即ち排ガスの入り口付近には、噴射ノズル４が複数本（本例では３本）噴射角θで配置され海水配管５に接続されている。受槽１０の蓋部１２の、前記洗浄塔６挿入部とはなるべく離隔した部分に浄化ガス出口配管１１が接続されている。該浄化ガス出口配管１１には管路中にミストセパレータ７が設けられ液ガス接触で同伴するミストを除去する。更に所定の液面８を維持すると同時に、洗浄廃液１３を排出するためにオーバーフロー導管９が設けられている。前記導入された排ガス流３は噴射ノズル４から噴射角度θ、所定初速度、所定粒子径で噴射された海水水滴粒子と接触し、該ガス中の煤塵粒子は、水滴粒子に捕捉され塔内を落下して、液滴とともに受槽１０にいったん貯留され、液面８より溢れる分の廃液１３はオーバーフロー導管９を介して排出される。一方、煤塵を除去された排ガスは洗浄塔６塔底から、受槽１０空間部を経て浄化ガス出口配管１１の管路に設けられたミストセパレータ７でミストを除去されて、浄化装置１の外部へ導かれる。
【００２４】
（本発明の水噴射ノズル配置・構成例）
図２は本発明の水噴射ノズルの一つの構成配置例の略図である。図において、洗浄塔６の器壁を貫通した水噴射管２１の先端に、海水噴射ノズルがガス流れ方向と同じ下向きに接続配置されている。噴射ノズルのノズルチップ２３は図示のように、所定口径の噴射孔２４が水噴射角θと同一角度で垂直線より傾斜して穿孔されている。該噴射孔２４の開口端部は広くすり鉢状に広がっている。これにより、気体中の固体煤塵微粒子と好ましい接触が得られる。
【００２５】
図３は本発明における水噴射ノズル３１のもう一つの構成配置例の略図である。図において、水噴射ノズル本体３１は洗浄塔６の器壁を噴射角度θと同一角度をなして貫いて配置されている。水噴射ノズル本体３１中心には水路３２が設けられ、その上端は封止栓３３が、その下端にはノズルチップ２３が捩じ込められている。前記水路３２は水噴射ノズル本体３１上部付近で水噴射管２１に接続しており、圧力水が導入されるようになっている。ノズルチップ２３にはその中心部に所定口径の噴射孔２４が穿孔されており、前記水路３２末端部の中心と一致している。この場合、噴射孔２４の形状は単純な円筒空洞であり、噴射角度θはノズル本体３１取付け角度で調整される。これにより、気体中の固体煤塵微粒子と好ましい接触が得られる。
【００２６】
図４は本発明の水噴射ノズルの更にもう一つの構成配置例の略図である。図において、洗浄塔６の器壁を貫いて下向きに配置された水噴射管２１に、ノズルチップ２３が捩じ込められている。該ノズルチップには複数個の噴射孔２４が穿孔されており、第１の噴射孔はノズルチップと水噴射管２１の垂直中心線から第１の角度θ_１をなし、第１の孔径ｄ_１を有し、その数がノズルチップ中心の小円周上にｎ_１個ある。第２の噴射孔はノズルチップと水噴射管２１の垂直中心線から第２の角度θ_２をなし、第２の孔径ｄ_２を有し、その数がノズルチップ中心の先の第１の小円周より大きな小円上にｎ_２個ある。そしてθ_１、θ_２の範囲は１０°≦θ_１，θ_２≦４０°を満足する範囲にある。また、噴射孔２４の形状は単純な円筒空洞であり、噴射角度θはノズルチップに穿孔される角度で調整される。これにより、気体中の固体煤塵微粒子と好ましい接触が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、水滴と接触させて気体中の微粒固体を除く装置及び方法において、水滴と固体粒子と接触する角度、水滴の粒子径、速度を好ましい範囲に設定し、噴射する装置とすることで、少量の水で効率のよい脱塵効果のある装置の提供が可能となり、船舶など移動体上の積載に適した小型で効率のよい、船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置の一例の略図である。
【図２】本発明の水噴射ノズルの一つの構成配置例の略図である。
【図３】本発明の水噴射ノズルのもう一つの構成配置例の略図である。
【図４】本発明の水噴射ノズルの更にもう一つの構成配置例の略図である。
【図５】従来の気体中の固体粒子を除去するジェットスクラバの略図である。
【図６】従来のディーゼルエンジン排ガスの浄化装置の一例の略図である。
【図７】噴射角度と煤塵除去効率との関係を表したグラフである。
【図８】液ガス比と煤塵除去効率との関係を表したグラフである。
【図９】海水圧力と水滴初速度との関係を表したグラフである。
【図１０】圧力と水滴粒子径との関係を表したグラフである。
【符号の説明】
１浄化装置
２排ガス配管
３ガス流
４噴射ノズル
５海水配管
６洗浄塔
７ミストセパレータ
８液面
９オーバーフロー導管
１０受槽
１１浄化ガス出口配管
２１水噴射管
２２排ガス配管
２３ノズルチップ
２４噴射孔
３１水噴射ノズル本体
θ 水噴射角度
θ_１第一の水噴射角度
θ_２第二の水噴射角度
ｄ_１第一の噴射孔径
ｄ_２第二の噴射孔径
ｎ_１第一の噴射孔数
ｎ_２第二の噴射孔数
３３スクラバ部分（段）
３４ハウジング
３５フランジ
３６排ガスの流動方向
３７海水の供給パイプ
３８分配管
３９多数ノズル
４０液滴発生装置
４１液滴補修領域
４２板領域
４３折り重ね端部
４４排出パイプ

Claims

船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する装置において、
（ａ）排ガス管に接続された洗浄塔と、
（ｂ）洗浄塔内に設けられ、加圧海水配管に接続されて、微粒化した海水を噴射する複数の噴射ノズルと、
（ｃ）洗浄塔に接続され洗浄塔より落下する廃液を受けるとともに、空間部を経由して洗浄塔経過後の排ガスを排出する出口配管を設けた受槽とを有し、
前記複数の噴射ノズルが排ガスの入り口付近に排ガス流と同じ向きで、排ガス流方向と所定の角度をもって海水の水滴粒子を噴射するよう構成・配置されていることを特徴とする船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置。
前記複数の噴射ノズルの海水の水滴粒子を噴射する角度が排ガス流方向に対して１０°以上、４５°以下の範囲であるように前記ノズルが構成・配置されていることを特徴とする請求項１記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置。
前記複数の噴射ノズルの海水の水滴粒子を噴射する加圧圧力が０．５ＭＰａ以上で微粒化するよう前記ノズルが構成されていることを特徴とする請求項１記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置。
前記複数の噴射ノズルの海水を噴射する容積量が、単位時間あたり、標準状態の排ガスの容積量に対して１／７００以上、１／２５０以下の範囲の比率となるよう前記ノズルが構成されていることを特徴とする請求項１記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置。
前記受槽に定水位を維持すると同時に、洗浄液を排出する手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置。
前記出口配管にミストセパレータを設け浄化ガス中のミストを除去可能にしたことを特徴とする請求項１記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化装置。
船舶用ディーゼルエンジンの排ガスを海水の水滴粒子と接触させて浄化する方法において、排ガスを洗浄塔に導き、洗浄塔内で加圧海水を噴射して微粒化した海水の水滴粒子と接触させた後、洗浄廃液と浄化ガスを分離する方法であって、前記微粒化した海水の水滴粒子を、排ガス流と同じ向きで、排ガス流方向と所定の角度をもって噴射することを特徴とする船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法。
前記海水の水滴粒子を噴射する角度が排ガス流方向に対して１０°以上、４５°以下の範囲であることを特徴とする請求項７記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法。
前記海水の水滴粒子を噴射する加圧圧力が０．５ＭＰａ以上で微粒化することを特徴とする請求項７記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法。
前記海水を噴射する容積量が、単位時間あたり、標準状態の排ガスの容積量に対して１／７００以上、１／２５０以下の範囲の比率であることを特徴とする請求項７記載の船舶用ディーゼルエンジン排ガスの浄化方法。