JP2018193856A - スクラバ及びｅｇｒユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造でありながら、スカムの成長を抑制できるスクラバを提供する。【解決手段】本発明の一態様に係るスクラバは、洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバであって、排気ガスと洗浄液が接触する気液接触部と、気液接触部から落下する洗浄液を貯める貯水部と、所定の連通領域を除いて貯水部を覆うカバー部材と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、スクラバ及びＥＧＲユニットに関する。

舶用エンジンの排ガス規制は年々強化されており、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量はこれまで以上に低減する必要がある。ＮＯｘの排出量を低減する技術として、排気ガスの一部をエンジンに戻す排気再循環（ＥＧＲ；Exhaust Gas Recirculation）が知られている。排気ガスの一部をエンジンに戻すことにより、燃焼室内の酸素濃度が低下し、燃焼温度が低下する結果、ＮＯｘの生成を抑制することができる。

ただし、舶用エンジンでは重油を燃料としていることから、舶用エンジンから排出される排気ガスには粒子状物質（ＰＭ；Particulate Matter）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）が多く含まれている。そのため、排気ガスをエンジンに戻す際には、その排気ガス（ＥＧＲガス）からＰＭ及びＳＯｘを取り除く必要がある。ＥＧＲガスからＰＭ及びＳＯｘを取り除くには、洗浄液によってＥＧＲガスを洗浄する湿式ガス洗浄装置（スクラバ；scrubber）が有効である（特許文献１参照）。

スクラバでは、排気ガスに洗浄液を接触（気液接触）させることにより排気ガスに含まれるＰＭ及びＳＯｘを洗浄液に取り込む。これにより排気ガスからＰＭ及びＳＯｘを取り除くことができる。一方、ＰＭ及びＳＯｘを取り込んだ洗浄液は、一時的に貯水部に貯められた後、再使用されるか又は浄化処理されて船外に放出される。

特許第５９４０７２７号公報

ところで、排出ガス規制には、ＮＯｘの排出規制のみならずＳＯｘの排出規制も含まれている。ＳＯｘの排出規制の対策としては、硫黄成分の少ない燃料を使用することが有効である。

ただし、エンジンの運転状況にもよるが、使用する燃料によっては排気ガスに含まれるＰＭの粒径が小さくなる場合があり、この場合は排気ガスを洗浄した洗浄液に含まれるＰＭの粒径も小さくなる。エンジン出力の変動によってスクラバ内の圧力が変動する状況下では、洗浄液に溶け込んだＣＯ_２等の溶存ガスが膨張して気泡が発生しやすく、特に洗浄液に含まれるＰＭの粒径が小さいと、洗浄液の表面には気泡を含んだ浮上粒子層（スカム；scum）が形成されて、場合によってはスカムが急成長することもある。仮にスカムが成長すると、スカムの一部がＥＧＲガスによって下流に搬送されて、スクラバの下流に位置する機器やエンジンを汚損するおそれがある。

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、簡易な構造でありながら、スカムの成長を抑制できるスクラバを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るスクラバは、洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバであって、前記排気ガスと前記洗浄液が接触する気液接触部と、前記気液接触部から落下する洗浄液を貯める貯水部と、所定の連通領域を除いて前記貯水部を覆うカバー部材と、を備えている。

この構成によれば、貯水部がカバー部材に覆われているため、貯水部でスカムが形成されたとしてもスカムがカバー部材に接触することでスカムを構成する気泡が潰れ、スカムの成長を抑制することができる。一方、上記の構成では、所定の連通領域についてはカバー部材は貯水部を覆っていない。そのため、気液接触部からカバー部材の上面に落下した洗浄液は、カバー部材の上面を流れ、カバー部材が覆われていない連通領域を介して貯水部へ供給される。

また、上記のスクラバにおいて、前記連通領域は平面視において前記貯水部の中心部分に位置するようにしてもよい。

ここで、例えば船舶の揺動に伴って貯水部が揺動し、さらに貯水部で貯められた洗浄液が揺動した場合、平面視における貯水部の端部で洗浄液の液面の変動が最も大きくなり、中心部分では洗浄液の液面の変動が最も小さくなる。そのため、上記のように、連通領域が平面視における貯水部の中心部分に位置していれば、貯水部が揺動したとしても、その揺動に伴ってスカムが洗浄液に押し上げられて連通領域から溢れ出るのを抑制することができる。

また、上記のスクラバにおいて、前記連通領域は平面視において円形の形状を有するようにしてもよい。

この構成によれば、連通領域は平面視において円形であるため、当該連通領域が平面視において貯水部の中心部分に位置することと相まって、平面視における貯水部の端部から連通領域までの距離に差が生じにくくなる。そのため、貯水部及び洗浄液がいずれの方向に揺動したとしても、スカムが洗浄液に押し上げられて連通領域から溢れ出るのを抑制することができる。

さらに、本発明の一態様に係るＥＧＲユニットは、上記のスクラバを備えている。

ＥＧＲユニットはスクラバの下流にＥＧＲブロワなどの機器を備えており、ＥＧＲユニットの下流にはエンジンが位置している。そのため、上記のスクラバをＥＧＲユニットに適用すれば、ＥＧＲブロワやエンジンにスカムの一部が流入するのを防ぐことができ、これらが汚損するのを抑制することができる。しかも、ＥＧＲユニットを通過するＥＧＲガスはエンジン運転状況によって圧力が変動しやすいため、ＥＧＲユニットにスクラバを設けると、そのスクラバ内でスカムが発生しやすい。よって、ＥＧＲユニットに上記のスクラバを設けることは、非常に有益である。

上記の構成によれば、簡易な構造でありながら、スカムの成長を抑制できるスクラバを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るスクラバを備えたエンジンシステムの概略図である。 図２は、図１に示すスクラバの概略図である。 図３は、図２におけるIII−III矢視断面図である。

＜エンジンシステム＞
以下、本発明の実施形態に係るスクラバ１００について説明する。まず、スクラバ１００を備えたエンジンシステム１０１について説明する。図１はエンジンシステム１０１の概略図である。本実施形態のエンジンシステム１０１は、船舶に搭載されている。

エンジンシステム１０１は、舶用の２ストロークディーゼルエンジンであるエンジン１０２と、エンジン１０２に掃気ガスを供給する掃気流路１０３と、エンジン１０２から排出された排気ガスを船外に放出する排気流路１０４と、排気ガスのエネルギにより駆動し船外から取り込んだ新気を昇圧する過給機１０５と、排気流路１０４から排気ガスを抽出して抽出した排気ガスをＥＧＲガスとして掃気流路１０３に供給するＥＧＲユニット１０６と、を備えている。

エンジンシステム１０１では、上記のＥＧＲユニット１０６によって新気とＥＧＲガスを混合した掃気ガスをエンジン１０２に供給することで、エンジン１０２の燃焼室内おける酸素濃度を低下させている。これにより、エンジン１０２における燃焼温度が低下し、エンジン１０２から発生するＮＯｘの発生量を抑制することができる。

ＥＧＲユニット１０６は、排気流路１０４と掃気流路１０３を接続するＥＧＲ流路１１０と、ＥＧＲ流路１１０に設けられＥＧＲガスを洗浄液で洗浄するスクラバ１００と、ＥＧＲガスを昇圧するとともに掃気流路１０３に供給するＥＧＲブロワ１１１と、を備えている。すなわち、本実施形態に係るスクラバ１００は、舶用のエンジンシステム１０１のＥＧＲユニット１０６に設けられている。

＜スクラバ＞
次に、スクラバ１００の詳細について説明する。図２は、本実施形態に係るスクラバ１００の概略図である。また、図３は、図２におけるIII−III矢視断面図である。図２における塗りつぶした矢印は、排気ガス（ＥＧＲガス）の流れを示している。

図２に示すように、スクラバ１００の上方部分に位置する入口１０から流入した排気ガスは、入口側流路１１を下方に向かって流れた後、方向転換して出口側流路１２を斜め上方に向かって流れ、スクラバ１００の側方部分に位置する出口１３から流出する。なお、出口側流路１２は、排気ガスが水平方向に流れるように構成されていてもよく、斜め下方に向かって流れるように構成されていてもよい。

図２に示すように、スクラバ１００は、気液接触部２０と、貯水部３０と、ミスト除去部４０と、カバー部材５０とを備えている。

気液接触部２０は、入口側流路１１に設けられており、排気ガスと洗浄液を接触させる部分である。排気ガスと洗浄液が接触すると、排気ガスに含まれるＰＭ及びＳＯｘが洗浄液に取り込まれ、排気ガスからＰＭ及びＳＯｘを除去することができる。気液接触部２０は、排気ガスを冷却する熱交換器２１と、熱交換器２１に向かって洗浄液を噴射する噴射ノズル２２とを有している。熱交換器２１は複数のフィンを有しており、そのフィンの間を排気ガスが通過する。

熱交換器２１のフィンには、噴射ノズル２２から噴射された洗浄液と、排気ガスが冷却されることによって生じた凝縮水とが付着しており、排気ガスがフィンの間の狭い流路を通過することにより、排気ガスが洗浄液及び凝縮水と効率よく接触する。なお、ここでは熱交換器２１で発生する凝縮水を洗浄液と区別して説明しているが、凝縮水は排気ガスと接触することにより排気ガスを洗浄していることから洗浄液に含まれる。特に説明がない限り、洗浄液には上記の凝縮水が含まれる。

気液接触部２０は気液接触ができる構成であればよく、例えば、気液接触部２０は熱交換器２１のみで構成されていてもよく、噴射ノズル２２のみで構成されていてもよい。気液接触部２０において排気ガスと接触した洗浄液、つまりＰＭ及びＳＯｘを含む洗浄液は貯水部３０に向かって落下する。なお、エンジン１０２で使用する燃料やエンジン１０２の運転状況に応じて、洗浄液に含まれるＰＭの粒径、比重、及び洗浄液中における濃度等は異なる。

貯水部３０は、気液接触部２０の下方に位置し、気液接触部２０から落下する洗浄液を貯める部分である。図３に示すように、本実施形態の貯水部３０は平面視において矩形状の形状を有しているが、例えば円形の形状など他の形状を有していてもよい。洗浄液に含まれるＰＭの粒径及びエンジンの運転状況（すなわちスクラバ１００内の圧力）によっては、貯水部３０に貯められた洗浄液の液面に気泡を含むスカム１２０（図２参照）が発生することがあり、条件によっては発生したスカム１２０が急成長する。

貯水部３０に貯められた洗浄液の一部は、噴射ノズル２２に供給されて再使用される。再使用される洗浄液は、ポンプ３１によって噴射ノズル２２に供給される。その際、洗浄液には中和剤（アルカリ性の水溶液）が供給される。また、貯水部３０に貯められた洗浄液の他の一部は廃水処理装置３２で浄化処理された後、船外に放流される。

なお、廃水処理装置３２に供給される洗浄液の供給量は、調整バルブ３３によって調整される。本実施形態では、この調整バルブ３３を用いて、貯水部３０に貯められた洗浄液の水位が一定以下になるように調整している。これにより、貯水部３０に貯められた洗浄液の液面が後述するカバー部材５０よりも上方に位置するのを防ぎ、洗浄液の液面とカバー部材５０との距離を一定に保っている。

ミスト除去部４０は、出口側流路１２に設けられており、排気ガスに含まれるミスト（洗浄液）を捕集して排気ガスからミストを除去する部分である。出口側流路１２の底面部分は排気ガスの流れ方向に向かうに従って高くなるように傾斜している。そのため、ミスト除去部４０で捕集した洗浄液は、出口側流路１２の底面部分に沿って流れ落ち、流れ落ちた洗浄液は貯水部３０に貯められる。

カバー部材５０は、貯水部３０を覆う平板状の部材である。カバー部材５０は、貯水部３０よりも上方に位置しており、入口側流路１１及び出口側流路１２よりも下方に位置している。図３に示すように、本実施形態の貯水部３０は平面視において矩形状の形状を有しており、カバー部材５０も貯水部３０の形状にあわせて平面視において矩形状の形状を有している。ただし、カバー部材５０の中央部分には、円形状の貫通孔５１が形成されている。つまり、カバー部材５０は、貫通孔５１に相当する連通領域５２を除いて、貯水部３０を覆っている。

また、連通領域５２（貫通孔５１）は、平面視において貯水部３０の中心部分に位置するとともに円形の形状を有している。ただし、連通領域５２は平面視において貯水部３０の中心部分以外の部分に位置していてもよく、円形以外の他の形状を有していてもよい。さらに、本実施形態では、カバー部材５０は平板状の形状を有しているが、下方に向かって幅寸法が小さくなる円錐状の形状を有していてもよい。

また、本実施形態では連通領域５２に対応する貫通孔５１はカバー部材５０に１つのみ形成されているが、複数の貫通孔５１がカバー部材５０に形成されていてもよい。ただし、多数の貫通孔５１がカバー部材５０に形成される場合、スカム１２０の成長を抑えるためには１つあたりの貫通孔５１の面積を小さくしなければならない。この場合、気液接触部２０からカバー部材５０に落下した洗浄液は、貫通孔５１から抜けずにカバー部材５０の上面で溜まりやすくなり、カバー部材５０の上面でスカム１２０が発生するおそれがある。そのため、貫通孔５１はカバー部材５０に１つのみ形成されるか、又は、同程度の大きさを有する貫通孔５１がカバー部材５０に２つないし４つ程度形成されるのが望ましい。

また、本実施形態ではカバー部材５０が１枚の板材で構成されているが、カバー部材５０は複数の板材で形成されていてもよい。例えば、カバー部材５０を２枚の板材で構成し、両板材の間を連通領域としてもよい。この場合であっても、気液接触部２０からカバー部材５０に落下した洗浄液を、連通領域を介して貯水部３０に供給することができる。

以上のとおり、本実施形態に係るスクラバ１００では、貯水部３０がカバー部材５０に覆われているため、貯水部３０でスカム１２０が形成されたとしてもスカム１２０がカバー部材５０に接触することでスカム１２０を構成する気泡が潰れ、スカム１２０の成長を抑制することができる。

一方で、平面視における所定の連通領域５２については、カバー部材５０は貯水部３０を覆っていない。そのため、気液接触部２０からカバー部材５０の上面に落下した洗浄液及びミスト除去部４０から流れ落ちてくる洗浄液は、連通領域５２を介して貯水部３０へ供給することができる。

ここで、船舶の揺動に伴って貯水部３０が揺動した場合、貯水部３０に貯められた洗浄液の液面も揺動する。このとき、平面視における貯水部３０の端部（側壁の近傍）で液面の変動が最も大きくなる一方、平面視における中心部分で洗浄液の液面の変動が最も小さくなる。そのため、本実施形態のように連通領域５２が平面視において貯水部３０の中心部分に位置していれば、洗浄液の揺動に伴ってスカム１２０が押し上げられたとしても、スカム１２０が連通領域５２から溢れ出るのを抑制することができる。

また、本実施形態では、連通領域５２は平面視において円形の形状を有している。そのため、連通領域５２が平面視において貯水部３０の中心部分に位置することと相まって平面視における貯水部３０の端部から連通領域５２までの距離に差が生じにくい。その結果、貯水部３０（洗浄液の液面）がいずれの方向に揺動しても、スカム１２０が洗浄液に押し上げられて連通領域から溢れ出るのを抑制することができる。

なお、本実施形態に係るスクラバ１００はＥＧＲガスを洗浄するものであるが、スクラバ１００はエンジン１０２から排出された排気ガスのうち船外へ排出される排気ガスを洗浄するものであってもよい。ただし、ＥＧＲユニット１０６が上述したスクラバ１００を備えることにより、スクラバ１００の下流に位置するＥＧＲブロワ１１１及びエンジン１０２にスカム１２０の一部が流れるのを防ぐことができ、これらが汚損するのを抑制することができる。しかも、ＥＧＲユニット１０６を通過するＥＧＲガスはエンジン１０２の運転状況によって圧力が変動しやすいため、スクラバ１００内でスカム１２０が発生するおそれがある。よって、上記のスクラバ１００をＥＧＲユニット１０６に設けることは、非常に有益である。

２０ 気液接触部
３０ 貯水部
５０ カバー部材
５１ 貫通孔
５２ 連通領域
１００ スクラバ
１０６ ＥＧＲユニット
１２０ スカム

Claims (4)

1. 洗浄液を用いて排気ガスを洗浄するスクラバであって、
   前記排気ガスと前記洗浄液が接触する気液接触部と、
   前記気液接触部から落下する洗浄液を貯める貯水部と、
   所定の連通領域を除いて前記貯水部を覆うカバー部材と、
   を備えるスクラバ。
2. 前記連通領域は平面視において前記貯水部の中心部分に位置している、請求項１に記載のスクラバ。
3. 前記連通領域は平面視において円形の形状を有している、請求項２に記載のスクラバ。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のスクラバを備えたＥＧＲユニット。

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