JP2017160798A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
ビルジタンクの腐食を抑制できるエンジンシステムを提供する。
【解決手段】
本発明の一態様に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、エンジン本体に掃気ガスを供給する掃気流路と、エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、排気流路から排気ガスを抽出して掃気流路に供給するＥＧＲユニットと、掃気流路に設けられ、掃気中の水滴を捕集するウォータミストキャッチャと、ウォータミストキャッチャで捕集した水滴をビルジタンクへ排出する排水流路と、ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又はウォータミストキャッチャが捕集した水滴に中和剤を供給する中和剤供給部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンシステムに関する。

排気ガスをエンジンに再循環させる排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；ＥＧＲ）技術は、ＮＯｘ排出低減効果が大きく、低環境負荷エンジンに広く適用されている。このＥＧＲは、舶用の大型ディーゼルエンジンにおいても有効である。ただし、重油を燃料とする舶用の大型ディーゼルエンジンは、排気ガスに多くのＳＯｘが含まれることから、排気ガスを再循環させる際には、その排気ガスを洗浄してＳＯｘを取り除く必要がある（特許文献１参照）。しかしながら、排気ガスから完全にＳＯｘを取り除くことは困難であり、実際にはエンジンに再循環させる排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」ともいう）にはＳＯｘがわずかに含まれる。

特開２０１１−１５７９５９号公報

ところで、ＥＧＲガスは新気と合流する際に冷えて凝縮水が発生することがある。また、新気がエアクーラによって冷却されると凝縮水が発生する。このように凝縮水が発生すると、ＥＧＲガスに含まれるわずかなＳＯｘが凝縮水に溶けて酸性水が生成される。生成された酸性水は、エンジンに流入しないようにウォータミストキャッチャで捕集することが可能であるが、ウォータミストキャッチャで捕集した酸性水は船体に設けられたビルジ（bilge）タンクに排出される。ただし、ビルジタンク及びその下流に配置された機器は、酸性水に触れることになるため、腐食が進行しやすいという問題がある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲユニットを備えた舶用のエンジンシステムであって、ビルジタンクの腐食を抑制できるエンジンシステムを提供することを目的としている。

本発明の一態様に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、前記エンジン本体に掃気ガスを供給する掃気流路と、前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、前記排気流路から排気ガスを抽出して前記掃気流路に供給するＥＧＲユニットと、前記掃気流路に設けられ、掃気中の水滴を捕集するウォータミストキャッチャと、前記ウォータミストキャッチャで捕集した水滴をビルジタンクへ排出する排水流路と、前記ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又は前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴に中和剤を供給する中和剤供給部と、を備えている。

この構成によれば、ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又はウォータミストキャッチャが捕集した水滴に中和剤が供給されるため、ウォータミストキャッチャからビルジタンクへ排出される水滴（捕集水）のｐＨ値を上昇させることができ、ビルジタンクの腐食を抑制することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記中和剤供給部は、前記排水流路に設けられ、前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴を一時的に溜め、溜めた水滴と中和剤を混合して中和剤の希釈液を生成する混合槽と、前記混合槽で生成した前記希釈液の一部を、前記ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又は前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴に噴射する噴射ノズルと、を有してもよい。

この構成によれば、ウォータミストキャッチャで捕集した水滴を中和剤の希釈液の生成に用いるため、当該希釈液を生成するための水の消費を抑えることができるとともに、ビルジタンクへ排出される液体の量を抑えることができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲユニットは、洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバと、前記スクラバで洗浄した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を捕集するＥＧＲウォータミストキャッチャと、前記ＥＧＲウォータミストキャッチャで捕集した凝縮水を一時的に溜める溜水部と、前記溜水部に中和剤を投入して前記スクラバで用いる洗浄液を生成する中和剤投入部と、を有し、前記中和剤投入部は、前記中和剤供給部の混合槽に中和剤を投入するように構成してもよい。

この構成によれば、ＥＧＲユニットと中和剤供給部とにおいて中和剤投入部を共用することができる。そのため、エンジンシステム全体の構成を簡略化することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲユニットは、洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバと、前記スクラバで洗浄した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を捕集するＥＧＲウォータミストキャッチャと、前記ＥＧＲウォータミストキャッチャで捕集した凝縮水を一時的に溜める溜水部と、前記溜水部に中和剤を投入して前記スクラバで用いる洗浄液を生成する中和剤投入部と、を有し、前記中和剤供給部は、前記溜水部で生成された洗浄液を、前記ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又は前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴に供給するように構成してもよい。

上記のとおり、ＥＧＲユニットで使用する洗浄水には中和剤が含まれることから、この洗浄水は中和剤の希釈液として利用することができる。そのため、この洗浄水を、ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又はウォータミストキャッチャが捕集した水滴に供給すると、ビルジタンクへ排出される水滴のｐＨ値を上昇させることができ、ひいてはビルジタンクの腐食を抑えることができる。そして、この構成によれば、中和剤供給部は中和剤の希釈液を生成する構成が不要となるため、エンジンシステム全体の構成を簡略化することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ウォータミストキャッチャは、慣性衝突によって水滴を捕集する捕集板を有し、前記中和剤供給部は、前記捕集板で捕集した水滴に中和剤を噴射するように構成してもよい。

この構成によれば、ウォータミストキャッチャで捕集した水滴に中和剤を直接噴射するため、ビルジタンクに排出される水滴（捕集水）のｐＨ値を効率よく上昇させることができる。

以上のとおり、上記のエンジンシステムによれば、ビルジタンクの腐食を抑制することができる。

図１は、第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図２は、図２示すウォータミストキャッチャ内部の斜視図である。 図３は、第２実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図４は、第３実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図５は、第４実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図６は、第５実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 図７は、第６実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
＜エンジンシステムの概略構成＞
はじめに、第１実施形態に係るエンジンシステム１００の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るエンジンシステム１００の概略構成図である。図１において、太く描いた破線は排気ガス（又はＥＧＲガス）の流れを示しており、太く描いた実線は掃気ガスの流れを示している。

本実施形態に係るエンジンシステム１００は舶用のエンジンシステムであって、２ストロークディーゼルエンジンであるエンジン本体１０と、エンジン本体１０に掃気ガスを供給する掃気流路２０と、エンジン本体１０から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路３０と、排気ガスのエネルギにより駆動し新気を昇圧する過給機４０と、排気流路３０から排気ガスを抽出して掃気流路２０に供給するＥＧＲユニット５０と、所定箇所に中和剤を供給する中和剤供給部６０と、を備えている。

過給機４０によって昇圧された新気とＥＧＲユニット５０を通過したＥＧＲガスとは、掃気流路２０の合流点２１で合流する。これらが合流して生成された掃気ガスは、エンジン本体１０へ供給される。合流点２１における新気の温度がＥＧＲガスの温度に比べて低い場合には、ＥＧＲガスが冷却されて凝縮水が発生する可能性がある。また、掃気流路２０の合流点２１よりも上流側の部分には新気を冷却するエアクーラ２２が設けられている。新気がエアクーラ２２で冷却されることにより凝縮水が発生する。発生した凝縮水は、水滴となって掃気ガスとともに掃気流路２０を流れる。

掃気流路２０の合流点２１よりも下流側の部分にはウォータミストキャッチャ２３が設けられている。ウォータミストキャッチャ２３は、掃気ガスに含まれる水滴を捕集し、水滴がエンジン本体１０に流入するのを防いでいる。図２は、ウォータミストキャッチャ２３内部の斜視図である。図中の白抜き矢印は、掃気ガスの流れ方向を示している。図２に示すように、ウォータミストキャッチャ２３は並んで配置された複数の捕集板２４を有している。各捕集板２４は、鉛直方向（紙面上下方向）に延びており、平面視において略Ｊ字状の形状を有している。掃気ガスに含まれる水滴は、この捕集板２４に慣性衝突することにより捕集される。なお、ここで説明するウォータミストキャッチャ２３は、あくまでも一例であり、羽根（捕集板２４）の形状や枚数は図２に示すものに限定されない。また、ウォータミストキャッチャ２３として、ワイヤメッシュデミスタ等を採用してもよい。

ウォータミストキャッチャ２３で捕集した水滴（以下、「捕集水」ともいう）は重力によって鉛直下方に流れ落ち、排水流路２５を介して船体に設置されたビルジタンク１０１に排出される。ビルジタンク１０１に排出された捕集水は、エンジンシステム１００以外の設備から排出された排水と混合され、ビルジポンプ１０２を介してビルジセパレータ１０３へ搬送される。ビルジタンク１０１から搬送された排水は、ビルジセパレータ１０３で異物が取り除かれた後、船外へ排出される。

＜ＥＧＲユニット＞
続いて、上述したＥＧＲユニット５０について説明する。図１に示すように、ＥＧＲユニット５０は、掃気流路２０と排気流路３０をつなぐＥＧＲ流路５１を有している。ＥＧＲ流路５１には上流側から順に、洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバ５２、スクラバ５２で洗浄した排気ガスを冷却するＥＧＲガスクーラ５３、ＥＧＲガスクーラ５３で発生した凝縮水を捕集するＥＧＲウォータミストキャッチャ５４、排気ガスを昇圧するとともにＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲブロワ５５が設けられている。

ここで、スクラバ５２は、洗浄液を用いて排気ガスからＳＯｘ及びばいじんを取り除くが、排気ガスに含まれるＳＯｘを完全に取り除くことは実質的に不可能である。そのため、掃気流路２０の合流点２１で新気と合流するＥＧＲガスには、わずかにＳＯｘが含まれており、このＳＯｘが掃気流路２０で発生した凝縮水に溶け込んで酸性水が生成される。そのため、何ら対策を施さない場合は、ウォータミストキャッチャ２３は、酸性水を捕集することになり、捕集した酸性水はビルジタンク１０１に排出される。その結果、ビルジタンク１０１、ビルジポンプ１０２、及びビルジセパレータ１０３の腐食が進行する。

＜中和剤供給部＞
続いて、上述した中和剤供給部６０について説明する。本実施形態の中和剤供給部６０は、中和剤を噴射する噴射ノズル６１を有している。本実施形態の中和剤は、酸性水を中和するアルカリ性の水溶液である。通常、保管スペース等を考慮して、中和剤は比較的ｐＨ値の高い状態のもの（以下、「原液」ともいう）が使用される。噴射ノズル６１からは、原液の中和剤を噴射してもよいが、本実施形態では原液を薄めた弱アルカリ性の水溶液（以下、「希釈液」ともいう）を噴射する。

図２に示すように、噴射ノズル６１は、ウォータミストキャッチャ２３の捕集板２４に向かって中和剤の希釈液を噴射する。これにより、ウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴に中和剤を直接供給することができる。ウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴は、中和剤が供給されることでｐＨ値が上昇することから、ビルジタンク１０１に排出される捕集水のｐＨ値が上昇し、その結果、ビルジタンク１０１等の腐食を抑えることができる。なお、本実施形態とは異なり中和剤を、ウォータミストキャッチャ２３を通過する前の掃気ガスに噴射してもよい。ただし、本実施形態のようにウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴に中和剤を直接噴射すれば、掃気ガスに中和剤を噴射する場合に比べ、捕集水のｐＨ値を効率よく上昇させることができる。

さらに、本実施形態では、噴射ノズル６１は捕集板２４の鉛直方向上部に中和剤を噴射するように構成されている。具体的には、噴射ノズル６１は、その中心軸が捕集板２４の鉛直方向中央よりも上方の部分に向かって延びるように配置されている。この構成によれば、捕集板２４の鉛直方向上部に噴射した中和剤が重力によって鉛直下方に流れ落ちる際、ウォータミストキャッチャ２３で捕集された水滴に触れる機会が多くなる。そのため、ウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴のｐＨ値をさらに効率よく上昇させることができる。

また、本実施形態では、ウォータミストキャッチャ２３よりも上流で中和剤が供給されるため、ウォータミストキャッチャ２３よりも上流又はウォータミストキャッチャ２３内において、掃気ガスに含まれる水滴のｐＨ値を上昇させることができる。そのため、ウォータミストキャッチャ２３で捕集しきれないわずかな微小ミストがエンジン本体１０に流入したとしても、流入する水滴のｐＨ値は上昇しているため、水滴の流入によるエンジン本体１０の腐食は抑制される。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るエンジンシステム２００について説明する。図３は、第２実施形態に係るエンジンシステム２００の概略構成図である。図３に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム２００では、第１実施形態の場合とは異なり、中和剤供給部６０が混合槽６２を有している。

混合槽６２は、排水流路２５に設けられており、ウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴（捕集水）を一時的に溜めるように構成されている。また、混合槽６２には、中和剤の原液が投入される。そのため、混合槽６２では捕集水と中和剤の原液が混合されて中和剤の希釈液が生成される。また、本実施形態では、希釈液のｐＨ値を測定するｐＨセンサ６３が混合槽６２に設けられている。そして、中和剤供給部６０は、ｐＨセンサ６３が測定した希釈液のｐＨ値に基づいて、希釈液のｐＨ値が一定となるように中和剤（原液）の供給量を調整するよう構成されている。

また、中和剤供給部６０の噴射ノズル６１は、混合槽６２で生成された希釈液の一部をウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴に噴射する。そして、噴射ノズル６１から噴射されない希釈液は、ビルジタンク１０１に排出される。

以上のとおり、本実施形態に係るエンジンシステム２００では、混合槽６２で生成された弱アルカリ性の希釈液の一部がビルジタンク１０１に供給されることになる。そのため、ビルジタンク１０１等の腐食を抑制することができる。また、希釈液を生成するための水として、ウォータミストキャッチャ２３が捕集した捕集水を用いていることから、水の消費を抑えることができるとともに、ビルジタンク１０１に排出される捕集水の量も抑えることができる。さらに、噴射ノズル６１が噴射する希釈液のｐＨ値は一定であるため、掃気流路２０におけるスケーリングを回避できる。また、希釈液のｐＨ値を制御しているため、中和剤（原液）が不要に投入されることもなく中和剤（原液）の消費も抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るエンジンシステム３００について説明する。図４は、第３実施形態に係るエンジンシステム３００の概略構成図である。図４に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム３００は、第１実施形態の場合と異なり、中和剤供給部６０の噴射ノズル６１が排水流路２５に設けられている。つまり、本実施形態では、噴射ノズル６１は、排水流路２５を流れる捕集水に中和剤を噴射する。なお、噴射ノズル６１から噴射する中和剤は、原液であってもよく希釈液であってもよい。本実施形態に係るエンジンシステム３００は以上のように構成されているため、ウォータミストキャッチャ２３が捕集した捕集水は、排水流路２５を通過する際にｐＨ値が上昇する。その結果、ビルジタンク１０１にはｐＨ値が上昇した後の捕集水が排出されるため、ビルジタンク１０１等の腐食を抑えることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るエンジンシステム４００について説明する。図５は、第４実施形態に係るエンジンシステム４００の概略構成図である。図５に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム４００では、第２実施形態に係るエンジンシステム４００と同様に、中和剤供給部６０が混合槽６２とｐＨセンサ６３とを有している。ただし、本実施形態では、混合槽６２に中和剤（原液）を投入するものの、弱アルカリ性（例えばｐＨ値が８.０より高い）の希釈液は生成しない。つまり、本実施形態では、混合槽６２において捕集水が中性化（例えば、ｐＨ値が６.０以上８.０以下）するのみであって、中和剤（原液）の投入量もこの目的に合わせて調整される。そのため、中和剤供給部６０は噴射ノズル６１も有していない。本実施形態の構成であっても、ビルジタンク１０１に排出される捕集水のｐＨ値を上昇させることができ（捕集水を中性化でき）、これによりビルジタンク１０１の腐食を抑えることができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係るエンジンシステム５００について説明する。図６は、第５実施形態に係るエンジンシステム５００の概略構成図である。本実施形態に係るエンジンシステム５００のＥＧＲユニット５０は、ＥＧＲウォータミストキャッチャ５４で捕集した凝縮水を、スクラバ５２で使用する洗浄液の生成に利用している。具体的には、ＥＧＲユニット５０は、ＥＧＲウォータミストキャッチャ５４で捕集した凝縮水を一時的に溜める溜水部５６と、溜水部５６に中和剤（原液）を投入してスクラバ５２で用いる洗浄液を生成する中和剤投入部５７と、を有している。そして、スクラバ５２は、溜水部５６で生成された洗浄液を用いて排気ガスを洗浄している。

一方、本実施形態の中和剤供給部６０は、第２実施形態の中和剤供給部６０と基本的に構成が同じであり、噴射ノズル６１と、混合槽６２と、ｐＨセンサ６３とを有している。ただし、本実施形態では、混合槽６２への中和剤（原液）の投入は、ＥＧＲユニット５０の中和剤投入部５７によって行われる。つまり、ＥＧＲユニット５０の中和剤投入部５７は、溜水部５６のみならず、中和剤供給部６０の混合槽６２にも中和剤（原液）を投入するように構成されている。

以上のように、本実施形態ではＥＧＲユニット５０と中和剤供給部６０とで中和剤投入部５７を共用することができるため、エンジンシステム５００全体の構成を簡略化することができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係るエンジンシステム６００について説明する。図７は、第６実施形態に係るエンジンシステム６００の概略構成図である。図７に示すように、本実施形態のＥＧＲユニット５０は、図６に示す構成に加え、廃水処理装置５８を有している。溜水部５６の洗浄水を船外に排出する際には、廃水処理装置５８によって洗浄水からばいじんが除去され、ばいじんが除去された状態の洗浄液が船外に排出される。

一方、本実施形態の噴射ノズル６１は、第１実施形態の場合と同様に、ウォータミストキャッチャ２３が捕集した水滴に中和剤の希釈液を噴射する。ただし、噴射ノズル６１が噴射する中和剤の希釈液は、ＥＧＲユニット５０の溜水部５６で生成され、廃水処理装置５８を通過した洗浄液である。前述のとおり、溜水部５６の洗浄液は、ＥＧＲウォータミストキャッチャ５４で捕集した凝縮水に中和剤（原液）を投入して生成されたものであるため、中和剤の希釈液に相当する。そのため、本実施形態の構成によっても、ビルジタンク１０１に排出される捕集水のｐＨ値を上昇させることができる結果、ビルジタンク１０１等の腐食を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、噴射ノズル６１が噴射する洗浄液（中和剤の希釈液）はＥＧＲユニット５０から供給されるため、噴射ノズル６１に中和剤を供給するための構成をＥＧＲユニット５０とは別に設ける必要はない。そのため、エンジンシステム６００全体の構成を簡略化することができる。

１０ エンジン本体
２０ 掃気流路
２３ ウォータミストキャッチャ
２４ 捕集板
２５ 排水流路
３０ 排気流路
５０ ＥＧＲユニット
５２ スクラバ
５３ ＥＧＲガスクーラ
５４ ＥＧＲウォータミストキャッチャ
５６ 溜水部
５７ 中和剤投入部
６０ 中和剤供給部
６１ 噴射ノズル
６２ 混合槽
１００、２００、３００、４００、５００、６００ エンジンシステム
１０１ ビルジタンク

Claims (5)

1. エンジン本体と、
   前記エンジン本体に掃気ガスを供給する掃気流路と、
   前記エンジン本体から排出された排気ガスを外部に放出する排気流路と、
   前記排気流路から排気ガスを抽出して前記掃気流路に供給するＥＧＲユニットと、
   前記掃気流路に設けられ、掃気中の水滴を捕集するウォータミストキャッチャと、
   前記ウォータミストキャッチャで捕集した水滴をビルジタンクへ排出する排水流路と、
   前記ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又は前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴に中和剤を供給する中和剤供給部と、を備えたエンジンシステム。
2. 前記中和剤供給部は、
   前記排水流路に設けられ、前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴を一時的に溜め、溜めた水滴と中和剤を混合して中和剤を含む水溶液を生成する混合槽と、
   前記混合槽で生成した前記水溶液の一部を、前記ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又は前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴に噴射する噴射ノズルと、を有する、請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記ＥＧＲユニットは、
   洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバと、
   前記スクラバで洗浄した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を捕集するＥＧＲウォータミストキャッチャと、
   前記ＥＧＲウォータミストキャッチャで捕集した凝縮水を一時的に溜める溜水部と、
   前記溜水部に中和剤を投入して前記スクラバで用いる洗浄液を生成する中和剤投入部と、を有し、
   前記中和剤投入部は、前記中和剤供給部の混合槽に中和剤を投入する、請求項２に記載のエンジンシステム。
4. 前記ＥＧＲユニットは、
   洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバと、
   前記スクラバで洗浄した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を捕集するＥＧＲウォータミストキャッチャと、
   前記ＥＧＲウォータミストキャッチャで捕集した凝縮水を一時的に溜める溜水部と、
   前記溜水部に中和剤を投入して前記スクラバで用いる洗浄液を生成する中和剤投入部と、を有し、
   前記中和剤供給部は、前記溜水部で生成された洗浄液を、前記ウォータミストキャッチャを通過する前の掃気ガスに又は前記ウォータミストキャッチャが捕集した水滴に供給する、請求項１に記載のエンジンシステム。
5. 前記ウォータミストキャッチャは、慣性衝突によって水滴を捕集する捕集板を有し、
   前記中和剤供給部は、前記捕集板で捕集した水滴に中和剤を噴射する、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。

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