JP2013147089A - Frictional resistance reducing device for ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶の摩擦抵抗低減装置に関し、詳しくは、船舶用ディーゼルエンジンのEGR機構として構成された船舶の摩擦抵抗低減装置に関する。 The present invention relates to a marine frictional resistance reduction device, and more particularly to a marine frictional resistance reduction device configured as an EGR mechanism of a marine diesel engine.
船舶の摩擦抵抗を低減する技術として、船底に気体を噴射し、船体と海水との間に気泡の層を形成することで、船体表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減装置が知られている。この摩擦抵抗低減装置において船底まで気体を送り込むためには、船底の高さ(喫水)に対応する水圧よりも高い圧力の気体が必要となる。 Friction resistance reduction device that reduces frictional resistance between the hull surface and seawater by injecting gas to the bottom of the ship and forming a bubble layer between the hull and seawater as a technology to reduce the frictional resistance of the ship It has been known. In order to send gas to the ship bottom in this frictional resistance reduction device, a gas having a pressure higher than the water pressure corresponding to the height of the ship bottom (draft) is required.
船底まで気体を送り込む手段としては、例えば電動コンプレッサによって大気を昇圧する方法(特許文献1)や、過給機の周辺から加圧気体(給気、掃気)および/または排気の一部を抽気して船底に送り込む方法がある(特許文献2)。また、船底の船尾に気体回収口を設け、この気体回収口から回収した空気を再度船底まで送り込むことで、気体圧縮に要するエネルギーを低減する技術も公知である(特許文献3)。このような摩擦抵抗低減装置により、数%以上の燃費改善効果が得られると言われている。 As a means for sending gas to the bottom of the ship, for example, a method of boosting the atmosphere with an electric compressor (Patent Document 1), or a part of pressurized gas (supply air, scavenging) and / or exhaust gas is extracted from around the supercharger. There is a method of feeding to the ship bottom (Patent Document 2). In addition, a technique for reducing energy required for gas compression by providing a gas recovery port at the stern of the ship bottom and sending the air recovered from the gas recovery port to the ship bottom again is also known (Patent Document 3). Such a frictional resistance reduction device is said to provide a fuel efficiency improvement effect of several percent or more.
ところで、車両用ディーゼルエンジンと同様、船舶用ディーゼルエンジンにおいても排ガスの浄化が課題となっており、排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOX)を低減するために、EGR(排ガス再循環)機構を備えた船舶用ディーゼルエンジンについての研究が本発明者らなどによって行われている。船舶用のディーゼルエンジンにEGRを導入するにあたっては、再循環させる排ガス中からPM(粒子状物質)や硫黄酸化物(SOX)を除去するために、図4に示したように、EGR通路124の途中にスクラバ130を設置する必要がある。なお図4中の符号110は船舶用ディーゼルエンジン、符号120は過給機である。
By the way, in the marine diesel engine as well as the vehicular diesel engine, purification of exhaust gas has been an issue, and an EGR (exhaust gas recirculation) mechanism is used to reduce nitrogen oxide (NO x ) contained in the exhaust gas. Research on a marine diesel engine equipped with the above has been conducted by the present inventors. When introducing EGR into a marine diesel engine, in order to remove PM (particulate matter) and sulfur oxide (SO X ) from the exhaust gas to be recirculated, as shown in FIG. It is necessary to install the
しかしながら、このスクラバ130は、船外から汲み上げた海水をスクラバ130内において排ガスに噴霧することで、PMおよびSOXを除去するものであり、その構成として大型のポンプ設備等が必要となるほか、スクラバ130自体も大規模なものとなり、船体内に配置する上で設置スペースおよび設置費用の点で大掛かりなものである。
However, the
すなわち、本発明の船舶の摩擦抵抗低減装置は、船体の船底から気体を噴射することで、船体の表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する船舶の摩擦抵抗低減装置において、前記船舶は、ディーゼルエンジンの排ガスによって駆動する過給機を備えており、前記過給機の排気タービンの上流および/または下流から排ガスを分流して船底まで導流する排ガス導流路と、該導流された排ガスを船底から海水中へと噴射する排ガス噴射口と、該排ガス噴射口に対して進行方向下流側に形成され、該排ガス噴射口から噴射された排ガスを船体に回収する排ガス回収口と、該排ガス回収口にて回収された排ガスを前記過給機の圧縮機の上流に供給する排ガス供給路と、を備えたことを特徴とする。 That is, the ship frictional resistance reduction device of the present invention is a ship frictional resistance reduction device that reduces the frictional resistance between the surface of the hull and seawater by injecting gas from the bottom of the hull. A turbocharger driven by exhaust gas from a diesel engine, and an exhaust gas flow path for diverting the exhaust gas from upstream and / or downstream of the exhaust turbine of the turbocharger and guiding it to the ship bottom; An exhaust gas injection port for injecting exhaust gas into the seawater from the bottom of the ship, an exhaust gas recovery port formed downstream of the exhaust gas injection port in the traveling direction, and recovering the exhaust gas injected from the exhaust gas injection port to the hull; and And an exhaust gas supply path for supplying the exhaust gas recovered at the exhaust gas recovery port to the upstream side of the compressor of the supercharger.
このように本発明では、過給機の排気タービンの上流または下流から排ガスを分流して船底まで導流し、導流された排ガスを船底から海水中へと噴射することで、船体と海水との間に気泡の層を形成し、船体表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減装置を構成している。またさらに、排ガス噴射口から噴射された排ガスを船体に回収し、この回収した排ガスを過給機の圧縮機の上流に供給することで、排ガスを再循環させるEGR機構を構成している。 As described above, in the present invention, the exhaust gas is diverted from the upstream or downstream of the exhaust turbine of the supercharger and guided to the bottom of the ship, and the guided exhaust gas is injected into the seawater from the bottom of the ship. A layer of bubbles is formed between the two, and a frictional resistance reducing device is configured to reduce the frictional resistance between the hull surface and seawater. Further, an EGR mechanism that recirculates the exhaust gas by collecting the exhaust gas injected from the exhaust gas injection port in the hull and supplying the recovered exhaust gas upstream of the compressor of the supercharger is configured.
このように本発明では、船舶用ディーゼルエンジンのEGR機構として船舶の摩擦抵抗低減装置を構成することで、海水による脱硫作用を利用して排ガスを浄化し、この浄化した排ガスを排ガス回収口にて回収して過給機の圧縮機の上流に供給することで、スクラバが小型化または不要となるEGR機構を船舶用ディーゼルエンジンに導入することができる。 In this way, in the present invention, by configuring a ship frictional resistance reduction device as an EGR mechanism of a marine diesel engine, the exhaust gas is purified using the desulfurization action by seawater, and the purified exhaust gas is collected at the exhaust gas recovery port. By collecting and supplying the compressor upstream of the turbocharger, an EGR mechanism that makes the scrubber smaller or unnecessary can be introduced into the marine diesel engine.
上記発明において、前記排ガス導流路は、前記過給機の排気タービンの上流から排ガスの一部を分流して船底まで導流するように構成することができる。
このように構成すれば、排気タービンを駆動させる前の高圧の排ガスの一部を分流するため、別途ブロアやコンプレッサなどの圧送手段を備えずとも、排ガスを船底まで送り込むことができる。
In the above invention, the exhaust gas conduit may be configured to divert part of the exhaust gas from upstream of the exhaust turbine of the supercharger and guide it to the ship bottom.
With this configuration, since a part of the high-pressure exhaust gas before driving the exhaust turbine is diverted, the exhaust gas can be sent to the bottom of the ship without a separate pumping means such as a blower or a compressor.
また上記発明において、前記排ガス導流路は、前記過給機の排気タービンの下流から排ガスの一部または全部を分流するとともに、該分流された排ガスを圧送して船底まで導流する圧送手段を備えるように構成することができる。
このように構成すれば、排気タービンの下流から排ガスを分流するため、大量の排ガスを分流して船底に送ることができる。このため、スクラバを一段と小型化し、または不要とすることができる。
Also, in the above invention, the exhaust gas flow path includes a pumping means for diverting a part or all of the exhaust gas from the downstream of the exhaust turbine of the supercharger and for pumping the diverted exhaust gas to the bottom of the ship. It can comprise so that it may be provided.
If comprised in this way, since exhaust gas is shunted from the downstream of an exhaust turbine, a large amount of exhaust gas can be shunted and sent to the ship bottom. For this reason, the scrubber can be further miniaturized or made unnecessary.
本発明によれば、船舶用ディーゼルエンジンのEGR機構として船舶の摩擦抵抗低減装置を構成することで、スクラバが小型化または不要となるEGR機構を備えた船舶の摩擦抵抗低減装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, providing the frictional resistance reduction apparatus of a ship provided with the EGR mechanism in which a scrubber becomes small or unnecessary by comprising a frictional resistance reduction apparatus of a ship as an EGR mechanism of a marine diesel engine. it can.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the following embodiments are merely illustrative examples and are not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。図1に示したように、本発明の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶1は、船体2の内部に配置されたディーゼルエンジン10および該ディーゼルエンジン10の排ガスによって駆動する過給機20を備えている。また、船体2の船尾には、ディーゼルエンジン10の動力によって回転するプロペラ6が設けられるとともに、船体2の船底3には、排ガス噴射口24とその進行方向下流側に排ガス回収口26が形成されている。また、符号4は喫水線、符号5は、排ガスを外部に排出するための煙突である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a ship provided with a frictional resistance reduction device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a ship 1 provided with the frictional resistance reduction device of the present invention includes a diesel engine 10 disposed inside a
過給機20は、同軸上に配置されたコンプレッサ20aおよび排気タービン20bを有し、ディーゼルエンジン10の排ガスによって排気タービン20bが駆動し、これによりコンプレッサ20aが同軸駆動することで、ディーゼルエンジン10の燃焼室に圧縮空気を供給するように構成されている。
The
また、ディーゼルエンジン10と過給機20の排気タービン20bとの間、すなわち排気タービン20bの上流には、ディーゼルエンジン10から排出された排ガスの一部を分流して船底3の排ガス噴射口24まで導流する排ガス導流路22Aが形成されている。このように、排気タービン20bを駆動させる前の高圧の排ガスを分流することで、別途ブロアやコンプレッサなどの圧送手段を備えずとも、排ガスを船底3まで送り込むことができる。
Further, between the diesel engine 10 and the
また、この排ガス導流路22Aの分流部には制御バルブ23aが設置されており、制御バルブ23aのバルブ開度を調節することで、ディーゼルエンジン10から排出された排ガスの一部(例えば10〜20%程度)を分流するように制御される。また、排ガス噴射口24には、噴射ノズル24aが配置されており、排ガス噴射口24まで導流された排ガスは、この噴射ノズル24aから微細な気泡として噴射されるようになっている。
In addition, a
排ガス噴射口24から噴射された排ガスは、気泡流25となって船底3を覆い、これにより、船体2の表面と海水との間の摩擦抵抗が低減される。また、排ガスが海水と接触することで、排ガス中のPM(粒子状物質)および硫黄酸化物(SOX)が除去される。なお、排ガスと海水との接触により、下記(a)から(d)に示すような反応が生じることで、排ガス中に含まれるSO2成分が海水に溶解するためと考えられている。かかる海水脱硫については、例えば、本出願人により開示された特開2006−55779号公報等に詳しく説明されている。
(a)SO2+H2O→HSO3 −+H+
(b)HSO3 2−+1/2O2→+SO4 2−+H+
(c)CO2+H2O→HCO3 −+H+
(d)HCO3 −→CO3 2−+H+
The exhaust gas injected from the exhaust
(A) SO 2 + H 2 O → HSO 3 − + H +
(B) HSO 3 2− + 1 / 2O 2 → + SO 4 2− + H +
(C) CO 2 + H 2 O → HCO 3 − + H +
(D) HCO 3 − → CO 3 2− + H +
なお、排ガス噴射口24から噴射される排ガスは、上述のように微細な気泡流25として噴射される方が、気泡と海水との接触面積が増加するため、上記浄化作用が促進され、好ましい。
Note that the exhaust gas injected from the exhaust
そして、排ガス噴射口24から噴射された排ガスの気泡流25は、船体2に対して進行方向下流へと流されて、排ガス回収口26から船体2の内部へと回収される。そして、回収された排ガスは、排ガス供給路28を介して、過給機20の圧縮機20aの上流に供給されるようになっている。
Then, the
すなわち本発明では、上述した排ガス導流路22A、排ガス噴射口24、排ガス回収口26、排ガス供給路28によって船舶1の摩擦抵抗低減装置を構成するとともに、これらによって、ディーゼルエンジン10から排出された排ガスを再循環させるEGR機構をも構成している。そして上述したように、排ガスが海水と接触することで排ガス中のPMおよびSOX等が除去されることから、スクラバが小型化または不要となるEGR機構を備えた船舶1の摩擦抵抗低減装置を提供することができる。
In other words, in the present invention, the exhaust
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態の摩擦抵抗低減装置について、図2を基に説明する。図2は、第2の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態と基本的には同様の態様であって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a frictional resistance reduction device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a ship provided with the frictional resistance reduction device of the second embodiment. The present embodiment is basically the same as the above-described embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
図2に示したように、本実施形態は、上述した実施形態と比べて、過給機20の排気タービン20bの上流から排ガスを分流する排ガス導流路22Aが形成されておらず、その代わりに、過給機20の排気タービン20bの下流から排ガスを分流する排ガス導流路22Bが形成されている点が、上述した実施形態とは異なっている。
As shown in FIG. 2, the present embodiment is not formed with the exhaust gas conduit 22 </ b> A for diverting the exhaust gas from the upstream side of the
また、本実施形態では、排気タービン20bを駆動させた後の低圧の排ガスを分流することから、分流した排ガスを加圧して船底3まで送り込むための圧送手段27を備えている。かかる圧送手段27としては、例えば、ブロアやコンプレッサなどが挙げられる。
In the present embodiment, since the low-pressure exhaust gas after driving the
また、本実施形態では、排ガス導流路22Bの排気流路21からの分流部に制御バルブ23aが配置されている。そして、制御バルブ23aのバルブ開度を調節することで、ディーゼルエンジン10から排出された排ガスの一部を分流することができるようになっている。
Further, in the present embodiment, the
また、排気流路21の分流部の下流側には、制止バルブ23bが配置されている。そして、この制止バルブ23bを閉弁し、制御バルブ23aを開弁することで、排ガスの全量を排ガス導流路22Bを介して排ガス噴射口24へと導流することもできるようになっている。
In addition, a
このように、本実施形態によれば、排気タービン20bの下流から排ガスを分流するため、上述した実施形態よりも大量の排ガスを分流して船底3へと導流することができる。すなわち、上述した実施形態では、排気タービン20bの上流から排ガスを分流していたため、排気タービン20bを駆動させるだけの排ガスを残しておく必要があったが、本実施形態ではそのような必要はない。よって、上述した実施形態と比べて、スクラバを一段と小型化し、または不要とすることができる。
Thus, according to the present embodiment, since the exhaust gas is diverted from the downstream side of the
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the preferable form of this invention was demonstrated, this invention is not limited to said form, A various change in the range which does not deviate from the objective of this invention is possible.
例えば、上述した実施形態では、排ガス噴射口24および排ガス回収口26は、船底3の各1つ形成されていた。しかしながら本発明はこれに限定されず、複数の排ガス噴射口24および排ガス回収口26を備えていてもよいものである。また、排ガス回収口26は、船底3に形成されていたが、喫水線4よりも下側であれば、例えば船体2の側面に形成されていてもよいものである。
For example, in the above-described embodiment, the exhaust
また例えば、図3に示したように、上述した第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせた第3の実施形態として、排ガス導流路22Aと排ガス導流路22Bの両方を備えた摩擦抵抗低減装置を構成することも可能である。このような第3の実施形態によれば、排ガス導流路22Aを介して船底3に導流される排ガスについては加圧する必要がないため、上述した第2の実施形態と比べて、排ガス導流路22Bに設置される圧送手段27を小型化することができる。
Further, for example, as shown in FIG. 3, as the third embodiment in which the first embodiment and the second embodiment described above are combined, both the
本発明は、排ガスの浄化が求められる船舶の摩擦抵抗低減装置として、好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used as a frictional resistance reducing device for ships that require exhaust gas purification.
1 船舶
2 船体
3 船底
4 喫水線
10,110 ディーゼルエンジン
20,120 過給機
20a コンプレッサ
20b 排気タービン
21 排気流路
22A,22B 排ガス導流路
23a 制御バルブ
23b 制止バルブ
24 排ガス噴射口
24a 噴射ノズル
25 気泡流
26 排ガス回収口
27 圧送手段
28 排ガス供給路
124 EGR通路
130 スクラバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記船舶は、ディーゼルエンジンの排ガスによって駆動する過給機を備えており、
前記過給機の排気タービンの上流および/または下流から排ガスを分流して船底まで導流する排ガス導流路と、該導流された排ガスを船底から海水中へと噴射する排ガス噴射口と、該排ガス噴射口に対して進行方向下流側に形成され、該排ガス噴射口から噴射された排ガスを船体に回収する排ガス回収口と、該排ガス回収口にて回収された排ガスを前記過給機の圧縮機の上流に供給する排ガス供給路と、を備えたことを特徴とする船舶の摩擦抵抗低減装置。 In the ship's frictional resistance reduction device that reduces the frictional resistance between the surface of the hull and seawater by injecting gas from the bottom of the hull,
The ship includes a supercharger that is driven by exhaust gas from a diesel engine,
An exhaust gas channel for diverting exhaust gas from upstream and / or downstream of the exhaust turbine of the supercharger and guiding it to the bottom of the ship; an exhaust gas injection port for injecting the introduced exhaust gas from the ship bottom into the sea; An exhaust gas recovery port that is formed downstream of the exhaust gas injection port in the traveling direction and collects the exhaust gas injected from the exhaust gas injection port in a hull, and the exhaust gas recovered at the exhaust gas recovery port of the supercharger An apparatus for reducing frictional resistance of a ship, comprising: an exhaust gas supply path that supplies upstream of a compressor.
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