JP2015165103A - デミスタユニットおよびこれを備えたｅｇｒシステム - Google Patents

Abstract

【課題】デミスタユニットをコンパクトに形成する。【解決手段】内部空間を形成するケーシング２１と、内部空間に流体を流入させるデミスタユニット入口２８に対向するように配置され、内部空間に屈曲している上流側流路３２を形成する邪魔板２５と、上流側流路３２と上流側流路３２の下流側の下流側流路３３とを隔てるデミスタ本体２４とを備えている。このようなデミスタユニット１は、拡大管を用いて流体がデミスタ本体を通過する流速を均一化させる他のデミスタユニットに比較して、コンパクトに形成されることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、排ガスからミストを除去するデミスタユニットおよびこれを備えたＥＧＲシステムに関する。

ボイラからの排ガスに含まれるミストを除去するためにデミスタやミストエリミネータが用いられる（特許文献１参照）。特許文献１には、除塵塔の出口配管や、排ガス脱硫装置のスクラバの下流に設けられたデミスタが開示されている。
また、内燃機関の排ガスの一部を取り出し、内燃機関の吸気側へ導き再度吸気させることによって排ガス中の窒素酸化物を低減するＥＧＲ（排気再循環：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムが知られている。このＥＧＲシステムに対してもデミスタが用いられ、再循環させる排ガスからミストを除去した後に内燃機関の吸気側へと導くようになっている。

特開平８−１３１７６４号公報

しかし、従来のデミスタ（場合によっては「ミストエリミネータ」と称される。）は、特許文献１に示されているように、配管の途中に設けられたり、排ガス脱硫装置等の構造物内に設けられたりするのが一般的である。このような設置位置は、ミストが多い雰囲気とされる場合があり、デミスタの除去限界を超えることがある。これに対して、デミスタを多段化等することが考えられるが、装置が大型化してしまうという問題がある。
特に、船舶用のＥＧＲシステムの場合には、内燃機関の近傍に設置する必要が生じるため、デミスタをコンパクトにすることが要求される。

図５には、比較例としてのデミスタユニット１００が示されている。デミスタユニット１００は、排ガス上流側に位置する拡大管１０１と、排ガスからミストを除去するデミスタ本体１０２とを備えている。拡大管１０１は、その流路の下流側に行くにしたがい、流路の断面積が拡大するように形成されている。デミスタ本体１０２は、拡大管１０１によって断面積が拡大された流路の横断面全体にわたって配置されている。

拡大管１０１は、排ガスの流速分布を可及的に生じさせないように均一に減速させ、排ガスの流速を調整するために用いられる。これは、ミストを除去するために適切な流速がデミスタ本体１０２に応じて決められているからである。このように、適切な流速を得るために拡大管１０２が必要とされるため、デミスタユニット１００全体の大きさが排ガスの流れ方向に大型化せざるを得ないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コンパクトに形成されるデミスタユニットおよびこれを備えたＥＧＲシステムを提供することを目的とする。

本発明によるデミスタユニットは、ケーシングと、前記ケーシングの内部空間に流体を流入させる入口に対向するように前記ケーシング内に配置され、前記内部空間で屈曲する上流側流路を形成する邪魔板と、前記上流側流路と前記内部空間のうちの前記上流側流路の下流側である下流側流路とを隔てるとともに、通過する流体からミストを除去するデミスタ本体とを備えている。

このようなデミスタユニットは、入口から内部空間に流入した流体に対向するように邪魔板が配置されているので、流体が邪魔板に衝突して邪魔板に沿って広がって流れることにより、流体を減速させて流速を均一化させることができる。また、流体が邪魔板に衝突する際に、流体に含まれるミストが邪魔板に付着し、大まかなミストを第一次的に除去することができる。
また、邪魔板により屈曲した上流側流路を形成することにより、流体の流速を均一化させるとともに、屈曲して流れる際の遠心力を利用してさらにミストを除去することができる。
このように邪魔板によって減速されるとともに流速が均一化された流体は、デミスタ本体へと導かれ、デミスタ本体にて残存するミストが最終的に除去される。
このようなデミスタユニットは、拡大管を用いて流体がデミスタ本体を通過する流速を均一に減速させる図５に示したようなデミスタユニットに比較して、流体の流れ方向に直線状に所定の距離を確保する必要がある拡大管を省略することができるので、コンパクトに形成されることができる。

前記邪魔板および前記デミスタ本体は、前記ケーシングの上部領域に設けられるとともに、前記邪魔板の下端は、前記デミスタ本体の下端より鉛直方向下側に配置されている。

邪魔板の下端をデミスタ本体の下端よりも下側に配置することにより、邪魔板の下端にて屈曲した流体が上方に折り返したうえでデミスタ本体へと導かれるようにすることができる。これにより、流体がデミスタ本体に流入する流速をさらに均一化させ、デミスタ本体にてミストを適切に除去させることができる。

本発明によるデミスタユニットは、前記デミスタ本体を前記ケーシングの下方から支持するとともに、前記上流側流路と前記上流側流路のうちの前記下流側流路の下側に配置される領域とを隔てるデミスタ支持板と、前記デミスタ本体から前記デミスタ支持板の鉛直方向下側に突出する垂れ下がり板とをさらに備えている。

デミスタ支持板の下側に突出する垂れ下がり板を備えることにより、デミスタ支持板の下面に沿って流れた流体が垂れ下がり板に衝突することになる。垂れ下がり板に衝突した流体は垂れ下がり板を乗り越えて周囲を流れた後にデミスタ本体へと流れ込む。このように、垂れ下がり板があることによって流体がデミスタ支持板の端部をショートカットしてデミスタ本体へと流れ込むことを防止することができ、デミスタ本体へと流れ込む流体の流速分布を均一に保つことができる。

本発明によるデミスタユニットは、前記内部空間のうち、前記ミストが貯留される貯留空間を前記上流側流路から隔てる多孔板をさらに備えている。

ミストが貯留される貯留空間と上流側流路とを隔てるように多孔板を設けることとしたので、上流側流路を流れる流体が貯留空間の液面に直接的に接触することを防止することができる。これにより、貯留空間に貯留される液体が、上流側流路を流れる流体に再混合されることを低減することができる。

本発明によるＥＧＲシステムは、エンジン本体の排ガスの一部が導かれるスクラバと、前記スクラバからの排ガスが導かれる上述のうちのいずれかに記載のデミスタユニットとを備え、前記デミスタユニットからの排ガスが前記エンジン本体へと導かれるものである。

デミスタユニットがコンパクトに形成されることにより、ＥＧＲシステムをコンパクトに形成することができ、エンジン本体の近傍に設置することができる。

本発明によるデミスタユニットおよびＥＧＲシステムは、コンパクトに形成されることができる。

本発明の一実施形態に係るデミスタが適用されたＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを示す斜視図である。 図１のＥＧＲシステムを備えたディーゼルエンジンを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態にかかるデミスタを示す側断面図である。 図３のデミスタを平面視した状態を示す縦断面図である。 比較例のデミスタを示す側断面図である。

以下、図面を参照して、デミスタユニットの一実施の形態について説明する。
デミスタユニット１は、図１に示されているように、例えば船舶の推進用に用いられる２サイクル大型ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という。）に設けられたＥＧＲシステム２に利用されている。エンジンは、エンジン本体３と、過給機５と、ＥＧＲシステム２とを備えている。

エンジン本体３は、過給機５により生成された燃焼用空気を用いて燃料を燃焼させることにより、動力を生成し、排ガスを排気する。排ガスは、煙突を介して環境に排出される。

過給機５は、図２に示されているようにエンジン本体３とＥＧＲバルブ６との間に配置されるとともに、軸流タービン１１と遠心圧縮機１２とを備えている。軸流タービン１１は、エンジン本体３から排気された排ガスを用いて、回転動力を生成し、排ガスを排気する。遠心圧縮機１２は、軸流タービン１１により生成された回転動力を用いて、外気および／またはＥＧＲブロア８から供給される排ガスを圧縮することにより燃焼用空気を生成する。

ＥＧＲシステム２は、ＥＧＲバルブ６とスクラバ７とデミスタユニット１とＥＧＲブロア８とを備えている。ＥＧＲバルブ６は、エンジン本体３の上側に配置されており、過給機５から煙突に流れる排ガスの一部をスクラバ７に供給する。スクラバ７とＥＧＲブロア８とは、エンジン本体３とＥＧＲバルブ６との間に配置されている。

スクラバ７は、ベンチュリ管を備えており、ベンチュリ管により、ＥＧＲバルブ６から供給される排ガスの高速の流れが生成される。スクラバ７は、排ガスの高速の流れに洗浄液を散布することにより、洗浄液のミストを生成する。このとき、排ガスは、排ガスに含まれるダストがミストに接触し、ダストが除去される。

デミスタユニット１は、スクラバ７によりダストが除去されたダスト除去後排ガスからミストを除去することにより、ミスト除去後排ガスを生成する。

ＥＧＲブロア８は、デミスタユニット１によりミストが除去されたミスト除去後排ガスを昇圧して過給機５の遠心圧縮機１２に供給する。

図３は、デミスタユニット１を示している。デミスタユニット１は、ケーシング２１と、多孔板２２と、デミスタ支持板２３、とデミスタ本体２４と、邪魔板２５と、垂れ下がり板２６とを備えている。

ケーシング２１は、内部に内部空間を形成する容器とされている。ケーシング２１の内部空間には、貯留空間３１と、上流側流路３２と、下流側流路３３とが形成されている。貯留空間３１は、ケーシング２１の内部空間の下部に配置されている。下流側流路３３は、ケーシング２１の内部空間の上部の一部に配置されている。上流側流路３２は、貯留空間３１と下流側流路３３とが隣接しないように、貯留空間３１と下流側流路３３との間に配置され、貯留空間３１の上側に配置されている。

ケーシング２１は、さらに、デミスタユニット入口２８と、デミスタユニット出口２９とが形成されている。デミスタユニット入口２８は、ケーシング２１が形成する内壁面のうちの上流側流路３２に面する壁面に形成され、スクラバ７によりダストが除去されたダスト除去後排ガスを上流側流路３２に導入する。デミスタユニット出口２９は、ケーシング２１が形成する内壁面のうちの下流側流路３３に面する壁面（本実施形態では天井）に形成され、下流側流路３３をＥＧＲブロア８に接続する。

多孔板２２は、流体が通過可能に複数の孔が形成された平坦な板から形成されている。多孔板２２は、水平面に沿ってケーシング２１の内部空間に配置され、貯留空間３１と上流側流路３２とを隔てている。多孔板２２は、例えばメッシュ状の板であってもよい。

デミスタ支持板２３は、流体が通過することができない板から形成されている。デミスタ支持板２３は、ケーシング２１の内部空間のうちの下流側流路３３の下部に概ね水平面に沿って配置され、上流側流路３２と下流側流路３３とを隔てている。デミスタ支持板２３の底部は邪魔板２５の下端よりも鉛直方向下側となるように形成されている。

デミスタ本体２４は、流体が通過可能であるように複数回屈曲した複数の流路が形成されており、全体形状としては図３に示したような平坦な板状体とされている。デミスタ本体２４は、ケーシング２１の内部空間に概ね鉛直面に沿って配置され、上流側流路３２と下流側流路３３とを隔てている。すなわち、下流側流路３３は、ケーシング２１が形成する内壁面とデミスタ支持板２３とデミスタ本体２４とにより囲まれ、デミスタ支持板２３とデミスタ本体２４とにより上流側流路３２から隔てられている。デミスタ本体２４は、デミスタ本体２４を通過する流体からミストを除去する。デミスタ本体２４の下部は、デミスタ支持板２３によって支持されている。

邪魔板２５は、流体が通過することができない板から形成されている。邪魔板２５は、ケーシング２１の内部空間のうちのデミスタ本体２４とデミスタユニット入口２８との間に配置され、デミスタ本体２４が沿う鉛直面に平行である鉛直面に沿って配置されている。邪魔板２５は、さらに、図４に示されているように、デミスタユニット入口２８に対向するように、すなわち、デミスタユニット入口２８から上流側流路３２に流入する流体が衝突するように、配置されている。このとき、邪魔板２５は、デミスタユニット入口２８から邪魔板２５までの距離がデミスタユニット入口２８の直径以下となるように、配置されている。

邪魔板２５は、さらに、図３に示されているように、ケーシング２１の上部領域に設けられている。より具体的には、ケーシング２１が形成する内壁面のうちの上側の天井に固定されている。また、邪魔板２５の両側端は、ケーシング２１の両側壁に固定されている。
邪魔板２５は、邪魔板２５の下端がデミスタ本体２４の下端より鉛直方向下側に配置されるように形成されている。邪魔板２５の下方の流路面積は、この下方領域に入る前の流路面積よりも大きくして、邪魔板２５の下方を排ガスが通過する際に再加速されないように形成する。このように、邪魔板２５は、デミスタユニット入口２８から入る流体が下向きに流れ、下向きに流れた流体が折り返して上向きに流れるように、上流側流路３２を屈曲させている。

垂れ下がり板２６は、流体が通過することができない板から形成されている。垂れ下がり板２６は、デミスタ本体２４が沿う鉛直面に沿うように、すなわちデミスタ本体２４の上流面の下方への延長面に沿うように面一に配置され、上端がデミスタ支持板２３に接合されている。垂れ下がり板２６は、さらに、下端が邪魔板２５の下端と鉛直方向の位置が等しくなるように、または鉛直方向上側に配置するように形成されている。すなわち、垂れ下がり板２６は、上流側流路３２のうちのデミスタ支持板２３の下側の領域からデミスタ本体２４に向かう（図３において右側に向かう）流体を下側に導くように形成されている。

次に、上記構成のデミスタユニット１を備えたＥＧＲシステム２の作用について説明する。
ＥＧＲシステム２は、エンジン本体３が、過給機５により生成された燃焼用空気を用いて燃料を燃焼させることにより、動力を生成し、排ガスを排気する。過給機５は、エンジン本体３から排気された排ガスを用いて、ＥＧＲブロア８から供給される排ガスを昇圧することにより燃焼用空気を生成し、排ガスを排気する。ＥＧＲバルブ６は、過給機５から排気される排ガスのうちの所定の流量の排ガスをスクラバ７に供給する。

スクラバ７は、ＥＧＲバルブ６から供給される排ガスからダストを除去することによりダスト除去後排ガスを生成する。デミスタユニット１は、スクラバ７により生成されたダスト除去後排ガスからミストを除去することにより、ミスト除去後排ガスを生成する。ＥＧＲブロア８は、デミスタユニット１により生成されたミスト除去後排ガスを昇圧して過給機５に供給する。

スクラバ７からデミスタユニット１に供給された排ガスは、デミスタユニット入口２８から上流側流路３２に導入される。デミスタユニット入口２８から導入された排ガスは、邪魔板２５に衝突し、邪魔板２５の上流面に沿って広がって流れる。このときに、排ガスに含まれる比較的大きなミストは邪魔板２５に付着し、除去される。邪魔板２５に付着した液滴は、下方へと流れ、貯留空間３１へと滴下する。
邪魔板２５に衝突して邪魔板２５の上流面に沿って上方へと流れた排ガスはケーシング２１の天井面に衝突した後に向きを変え、また邪魔板２５の上流面に沿って左右の幅方向に流れた排ガスはケーシング２１の両側面に衝突した後に向きを変え、最終的には排ガスの全体の流れは下向きとなる。このように邪魔板２５により下向きに流された排ガスは、邪魔板２５の下端を迂回するように折返し、デミスタ本体２４に向かって上向きに流れる。
邪魔板２５の下端を流れた排ガスは、一部が上流側流路３２のうちのデミスタ支持板２３の下側の領域に流れる。デミスタ支持板２３の下側の領域に流れた排ガスは、垂れ下がり板２６に衝突した後にその下端を迂回して、デミスタ本体２４に向かって上向きに流れる。このように排ガスが屈曲した上流側流路３２を流れ、垂れ下がり板２６の下端を迂回する際の遠心力により、排ガスに含まれるミストがさらに分離され、多孔板２２の孔を通過して貯留空間３１に貯留される。このとき、多孔板２２は、上流側流路３２を流れる排ガスが貯留空間３１内の液面に直接的に接触することを防止し、貯留空間３１に貯留されるミストが再度取り込まれることを防止する。

上流側流路３２を流れた排ガスは、デミスタ本体２４を通過して下流側流路３３に供給される。排ガスに含まれるミストは、排ガスがデミスタ本体２４を通過することにより、凝集して落下し、多孔板２２の孔を通過して貯留空間３１に貯留される。デミスタ本体２４によりミストが除去された排ガスは、下流側流路３３を流れ、デミスタユニット出口２９を介して、ＥＧＲブロア８に供給される。

以上の通り、本実施形態にかかるデミスタユニット１を備えたＥＧＲシステムによれば、以下の作用効果を奏する。
デミスタユニット入口２８から内部空間に流入した排ガスに対向するように邪魔板２５が配置されているので、排ガスが邪魔板２５に衝突して邪魔板２５に沿って広がって流れることにより、排ガスを減速させて流速を均一化させることができる。また、排ガスが邪魔板２５に衝突する際に、排ガスに含まれるミストが邪魔板２５に付着し、大まかなミストを第一次的に除去することができる。
また、邪魔板２５により屈曲した上流側流路３２を形成することにより、排ガスの流速を均一化させるとともに、屈曲して流れる際の遠心力を利用してさらにミストを除去することができる。

デミスタユニット１は、排ガスが流れる流路を邪魔板２５によって屈曲させることにより、図５に比較例として示した拡大管１０１を有するデミスタユニット１００に比較して、長手方向の長さを短く、コンパクトに形成することができる。

邪魔板２５の下端をデミスタ本体の下端よりも下側に配置することにより、邪魔板２５の下端にて屈曲した排ガスが上方に折り返したうえでデミスタ本体２４へと導かれるようにすることができる。これにより、排ガスがデミスタ本体２４に流入する流速をさらに均一化させ、デミスタ本体にてミストを適切に除去させることができる。

デミスタ支持板２３の下側に突出する垂れ下がり板２６を備えることにより、デミスタ支持板２３の下面に沿って流れた排ガスが垂れ下がり板２６に衝突することになる。垂れ下がり板２６に衝突した排ガスは垂れ下がり板２６を乗り越えて周囲を流れた後にデミスタ本体２４へと流れ込む。このように、垂れ下がり板２６があることによって排ガスがデミスタ支持板２３の端部をショートカットしてデミスタ本体２４へと流れ込むことを防止することができ、デミスタ本体２４へと流れ込む流体の流速分布を均一に保つことができる。

ミストが貯留される貯留空間３１と上流側流路３２とを隔てるように多孔板２２を設けることとしたので、上流側流路３２を流れる排ガスが貯留空間３１の液面に直接的に接触することを防止することができる。これにより、貯留空間３１に貯留される液体が、上流側流路を流れる流体にミストとして再混合されることを低減することができる。

デミスタユニット１をコンパクトに形成することができるので、ＥＧＲシステム２をコンパクトに形成することができ、エンジン本体３の近傍に設置することができる

なお、本実施形態では、デミスタユニット１をＥＧＲシステム２に適用する場合を一例として説明したが、本発明のデミスタユニットはこれに限定されるものではなく、例えばボイラ等の排ガス処理に用いられるものであれば適用することができる。

邪魔板２５は、デミスタ本体２４が十分に適切に排ガスからミストを除去することができるときに、下端がデミスタ本体２４の下端より上側に配置されるように形成されることができる。デミスタユニット１は、邪魔板２５の下端がデミスタ本体２４の下端より上側に配置された場合でも、邪魔板２５が上流側流路３２を屈曲させることにより、コンパクトに形成されることができる。

また、本実施形態では、邪魔板２５が鉛直方向に沿って設けられる構成として説明したが、下端が下流側（デミスタ本体２４側）に所定角度傾斜した状体であっても良い。

また、垂れ下がり板２６は、デミスタ本体２４が十分に適切に排ガスからミストを除去することができるときに、省略することができる。デミスタユニット１は、垂れ下がり板２６が省略された場合でも、邪魔板２５が上流側流路３２を屈曲させることにより、コンパクトに形成されることができる。

また、多孔板２２は、上流側流路３２を流れる排ガスが、貯留空間３１に貯留されたミストを再度取り込まないときに、省略することができる。デミスタユニット１は、多孔板２２が省略された場合でも、邪魔板２５が上流側流路３２を屈曲させることにより、コンパクトに形成されることができる。

１ ：デミスタユニット
２ ：ＥＧＲシステム
７ ：スクラバ
２１：ケーシング
２２：多孔板
２３：デミスタ支持板
２４：デミスタ本体
２５：邪魔板
２６：垂れ下がり板
２８：デミスタユニット入口
２９：デミスタユニット出口
３１：貯留空間
３２：上流側流路
３３：下流側流路

本発明の第１態様によるデミスタユニットは、ケーシングと、前記ケーシングの内部空間に流体を流入させる入口に対向するように前記ケーシング内に配置され、前記内部空間で屈曲する上流側流路を形成する邪魔板と、前記上流側流路と前記内部空間のうちの前記上流側流路の下流側である下流側流路とを隔てるとともに、通過する流体からミストを除去するデミスタ本体とを備え、前記邪魔板は、前記ケーシングが形成する内壁面のうちの上側の天井に固定されるとともに、両端側が前記ケーシングの前記内壁面のうちの両側壁に固定されている。

本発明の第２態様によるデミスタユニットは、ケーシングと、前記ケーシングの内部空間に流体を流入させる入口に対向するように前記ケーシング内に配置され、前記内部空間で屈曲する上流側流路を形成する邪魔板と、前記上流側流路と前記内部空間のうちの前記上流側流路の下流側である下流側流路とを隔てるとともに、通過する流体からミストを除去するデミスタ本体と、を備え、前記邪魔板および前記デミスタ本体は、前記ケーシングの上部領域に設けられるとともに、前記邪魔板の下端は、前記デミスタ本体の下端より鉛直方向下側に配置されており、前記デミスタ本体を前記ケーシングの下方から支持するとともに、前記下流側流路と前記上流側流路のうちの前記下流側流路の下側に配置される領域とを隔てるデミスタ支持板と、前記デミスタ本体から前記デミスタ支持板の鉛直方向下側に突出する垂れ下がり板とをさらに備えている。

本発明の第３態様によるデミスタユニットは、ケーシングと、前記ケーシングの内部空間に流体を流入させる入口に対向するように前記ケーシング内に配置され、前記内部空間で屈曲する上流側流路を形成する邪魔板と、前記上流側流路と前記内部空間のうちの前記上流側流路の下流側である下流側流路とを隔てるとともに、通過する流体からミストを除去するデミスタ本体と、を備え、前記内部空間のうち、前記ミストが貯留される貯留空間を前記上流側流路から隔てる多孔板をさらに備えている。

Claims (5)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部空間に流体を流入させる入口に対向するように前記ケーシング内に配置され、前記内部空間で屈曲する上流側流路を形成する邪魔板と、
   前記上流側流路と前記内部空間のうちの前記上流側流路の下流側である下流側流路とを隔てるとともに、通過する流体からミストを除去するデミスタ本体と、
   を備えるデミスタユニット。
2. 前記邪魔板および前記デミスタ本体は、前記ケーシングの上部領域に設けられるとともに、前記邪魔板の下端は、前記デミスタ本体の下端より鉛直方向下側に配置される請求項１に記載されるデミスタユニット。
3. 前記デミスタ本体を前記ケーシングの下方から支持するとともに、前記上流側流路と前記上流側流路のうちの前記下流側流路の下側に配置される領域とを隔てるデミスタ支持板と、
   前記デミスタ本体から前記デミスタ支持板の鉛直方向下側に突出する垂れ下がり板と、
   をさらに備える請求項２に記載されるデミスタユニット。
4. 前記内部空間のうち、前記ミストが貯留される貯留空間を前記上流側流路から隔てる多孔板をさらに備える請求項１から３のうちのいずれか一項に記載されるデミスタユニット。
5. エンジン本体の排ガスの一部が導かれるスクラバと、
   前記スクラバからの排ガスが導かれる請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のデミスタユニットと、
   を備え、
   前記デミスタユニットからの排ガスが前記エンジン本体へと導かれるＥＧＲシステム。

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