JP2021131037A - 排ガス処理部の加熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス処理部を適切に加熱すると共に、施工及びメンテナンスを容易に行うことができる排ガス処理部の加熱構造を提供する。【解決手段】加熱構造５０は、加熱流体生成部８０にて生成された加熱流体Ｆによって排ガス処理部３０を加熱する。従って、加熱構造５０は、電気ヒータ１０１のように施工やメンテナンスが困難な部材を用いることなく、排ガス処理部３０を加熱することができる。すなわち、加熱構造５０は、加熱のために電気ヒータ１０１ではなく加熱流体を用いるため、比較例において説明したような電気ヒータ１０１の問題が生じない。また、加熱流体生成部８０は、少なくともメインエンジン１６が動作しているタイミングにて、船舶１００中で加熱流体Ｆを生成する機器である。従って、加熱構造５０は、メインエンジン１６から排ガスＧが排出されているタイミングであれば、いつでも加熱流体で排ガス処理部を加熱することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、排ガス処理部の加熱構造に関する。

従来、船舶の排ガス処理部を加熱する加熱構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。排ガス処理部は、エンジンからの排ガスを還元剤などで処理している。これに対し、加熱構造は、ボイラからの排ガスを用いて、所定のタイミングで、エンジン排ガスを加熱している。

特表２０１８−５０８７０４号公報

ここで、上述の特許文献１に記載の加熱構造は、ボイラからの排ガスを加熱流体として用いている。しかし、特許文献１に記載のボイラが加熱流体を生成するタイミングは、排ガス処理部の加熱タイミングと必ずしも一致しておらず、適切な加熱が行えない場合があった。その一方、適切なタイミングで排ガス処理部を加熱する加熱構造として、排ガス処理部にヒータを巻き付ける構造が挙げられる。しかしながら、ヒータを用いた加熱構造は、施工やメンテナンスなどが困難であるという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排ガス処理部を適切に加熱すると共に、施工及びメンテナンスを容易に行うことができる排ガス処理部の加熱構造を提供することを目的とする。

本発明に係る排ガス処理部の加熱構造は、船舶のエンジンからの排ガスを処理する排ガス処理部を加熱する加熱構造であって、加熱構造は、加熱流体生成部にて生成された加熱流体によって排ガス処理部を加熱し、加熱流体生成部は、少なくともエンジンが動作しているタイミングにて、船舶中で加熱流体を生成する機器である。

排ガス処理部の加熱構造は、加熱流体生成部にて生成された加熱流体によって排ガス処理部を加熱する。従って、加熱構造は、ヒータのように施工やメンテナンスが困難な部材を用いることなく、排ガス処理部を加熱することができる。また、加熱流体生成部は、少なくともエンジンが動作しているタイミングにて、船舶中で加熱流体を生成する機器である。従って、加熱構造は、エンジンから排ガスが排出されているタイミングであれば、いつでも加熱流体で排ガス処理部を加熱することが可能となる。以上より、排ガス処理部を適切に加熱すると共に、施工及びメンテナンスを容易に行うことができる排ガス処理部の加熱構造を提供する。

加熱構造は、排ガス処理部の外周面から離間することで、当該排ガス処理部との間に内部空間を形成する外殻部材を有し、内部空間に加熱流体を流通させることで、排ガス処理部を加熱してよい。この場合、排ガス処理部の周囲に外殻部材を設けるだけで、容易に加熱流体の流路を形成することができる。

加熱流体生成部は、船舶中の発電機であってよい。発電機は、少なくともエンジンが動作しているタイミングでは、発電を行う事によって排ガスを排出する。従って、発電機の排ガスを加熱流体として用いることができる。また、発電機は船内の空調などの電気を作り出すために、補機として略常時、発電機エンジンを燃焼させている。従って、船舶のエンジン（主機のエンジン）とは異なり、発電機は常に発電機エンジンを回しているため、常に高温の排ガスを触媒に供給することができる。

排ガス処理部は、一端側に排ガスの入口部を有すると共に、他端側に排ガスの出口部を有し、加熱構造は、他端側から加熱流体を供給し、一端側から加熱流体を排出してよい。この場合、排ガス処理部は、入口部を有する一端側に比して、出口部を有する他端側の方が温度が低くなり易い。一方、加熱流体は、排出側である一端側に比して、供給側である他端側の方が温度が高い。従って、加熱構造は、温度の高い状態の加熱流体にて、加熱がより必要な他端側を加熱することができる。

本発明によれば、排ガス処理部を適切に加熱すると共に、施工及びメンテナンスを容易に行うことができる排ガス処理部の加熱構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る排ガス処理部の加熱構造を備える船舶を示す概略側面図である。 排ガス処理部及び加熱構造の側面図である。 排ガス処理部及び加熱構造を上方から見た図である。 比較例に係る加熱構造を示す側面図である。 実施形態と比較例の加熱構造の断面図である。 内部空間の流路の一例を示す概念図である。

以下、本発明による船舶の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る排ガス処理部の加熱構造を備える船舶を示す概略側面図である。なお、ここでの船舶１００はタンカーである。

図１に示すように、この船舶１００にあっては、船体１９内の船尾側（図１の左側）に機関室１が設けられ、この機関室１より船首側（図１の右側）に隔壁４を隔ててポンプ室２が設けられ、このポンプ室２より船首側に隔壁５を隔ててカーゴスペース３が複数設けられる。船体１９内の船首側には船首部１３が設けられ、この船首部１３より船尾側に船首隔壁１４を隔ててカーゴスペース３が設けられる。また、船舶１００におけるカーゴスペース３側にはバラスト水を貯留するバラストタンク６が複数設けられる。また、機関室１より船尾側には船尾部１５が設けられる。船尾部１５の下部にはバラストタンク６とは異なるタンク７が設けられる。船体１９の上側には甲板１０が設けられる。機関室１、ポンプ室２、カーゴスペース３、及び船首部１３の天井面は甲板１０で構成され、床面側は、図１に示すように、船体１９の外殻を形成する船底外板１１と、この船底外板１１の船体１９内側に設けられた内底板１２とによって２重船底構造とされている。また、隔壁４は、船幅方向に延びると共に、船底外板１１から甲板１０まで延びるように設けられている。また、隔壁５は、船幅方向に延びると共に、内底板１２から甲板１０まで延びるように設けられている。

機関室１には、メインエンジン１６が設けられている。このメインエンジン１６は運転に伴って排ガスを排出する。船舶１００は、このような排ガスのＮＯｘを低減するために、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択触媒還元）システム２０を有している。ＳＣＲシステム２０は、尿素から生成されるアンモニアなどを還元剤として用いることによって、排ガス中のＮＯｘを処理する。ＳＣＲシステム２０は、配管を介してメインエンジン１６と接続された排ガス処理部３０を有している。排ガス処理部３０は、内部に触媒を複数個備えており、これら触媒の中を排気ガスが通過する際に、ＮＯｘが窒素と水に分解され、排気ガス中のＮＯｘが除去されることになる。そして、ＮＯｘが除去された排気ガスは、煙突から大気中に排出される。

機関室１には、発電機７０が設けられている。この発電機７０は、船舶１００中において電気を発電する機器である。発電機７０は、発電を行うと排ガスを発生させる。発電機７０の排ガスは、後述の加熱流体として用いられる。発電機７０は、少なくともメインエンジン１６が動作しているタイミングでは、発電を行うことによって排ガスを生成している。

次に、図２及び図３を参照して、排ガス処理部３０及び当該排ガス処理部３０の加熱構造５０について説明する。図２は、排ガス処理部３０及び加熱構造５０の側面図である。なお、図２では、加熱構造５０の断面が示されている。図３は、排ガス処理部３０及び加熱構造５０を上方から見た図である。

図２に示すように、排ガス処理部３０は、本体部３１と、上部３２と、上側管部３３（入口部）と、下部３４と、下側管部３６（出口部）と、を備える。本体部３１は、一例として、中心線ＣＬに沿って上下方向に延びる円筒状をなしている。上部３２は、一例として、本体部３１の上端から中心線ＣＬに沿って上方へ向かうに従って径が小さくなるような円錐状をなしている。上側管部３３は、上部３２の上端から中心線ＣＬに沿って延びて上側に開口する管状部である。下部３４は、一例として、本体部３１の下端から下方へ向かってドーム状へ張り出す。下側管部３６は、下部３４の下端から中心線ＣＬに沿って延びて下側に開口する管状部材である。上側管部３３は、メインエンジン１６からの配管と接続される。下側管部３６は、メインエンジン１６へと接続されている。すなわち、排ガス処理部３０は、上端側（一端側）に排ガスＧの入口部としての上側管部３３を有すると共に、下端側（他端側）に排ガスＧの出口部としての下側管部３６を有する。以上のような構成により、排ガス処理部３０は、全体として上下方向に延びる円筒状の形状を有している。なお、排ガス処理部３０は、圧力に対する強度を確保する観点などから、角形の形状とすることができず、円筒状の形状となっている。

図３に示すように、排ガス処理部３０の本体部３１の外周面３０ａからは、様々な部材が張り出している。具体的には、本体部３１の外周面３０ａには、周方向に等間隔に複数の足部４２が設けられている。足部４２は、本体部３１の上下方向における略中央位置に設けられている。これにより、排ガス処理部３０は、足部４２を介して周囲の構造物に固定される。ここでは、足部４２は、六方向へ向かって径方向へ延びる。また、本体部３１の外周面３０ａからは、複数本の配管４３が延びている。なお、構成の理解を容易とするため、図２では、足部４２及び配管４３が省略されている。また、外周面３０ａから張り出す上記部材は、一例に過ぎない。

次に、排ガス処理部３０の加熱構造５０について説明する。図２及び図３に示すように、加熱構造５０は、外殻部材５１と、防熱部材５２と、を備える。

外殻部材５１は、排ガス処理部３０を覆う部材である。外殻部材５１は、排ガス処理部３０を全方向から取り囲んでいる。外殻部材５１の材料として、例えば、鋼材などを採用してよい。

具体的に、外殻部材５１は、上壁部６１と、下壁部６２と、周壁部６３と、を備える。上壁部６１は、排ガス処理部３０を上側から覆う壁部である。上壁部６１は、上側管部３３から上部３２に沿って広がっている。上壁部６１の一部からは、上側管部３３の開口部が露出している。下壁部６２は、下側管部３６から下部３４に沿って広がっている。下壁部６２の一部からは、下側管部３６の開口部が露出している。

周壁部６３は、中心線ＣＬに沿って上下方向に延びる円筒形状をなす（図３参照）。こなお、本図においては、周壁部６３のうち、足部４２及び配管４３に対応する箇所には、足部４２、及び配管４３を挿通させる貫通部が形成されてよい。

外殻部材５１の内周面６３ａは、排ガス処理部３０の外周面３０ａから径方向に離間することで、当該排ガス処理部３０との間に内部空間ＳＰを形成する。なお、内部空間ＳＰは、排ガス処理部３０の上部３２及び下部３４と、外殻部材５１との間にも形成される。内部空間ＳＰの大きさは特に限定されないが、少なくとも加熱流体を流すことができる大きさに設定してよい。この内部空間ＳＰは、外殻部材５１によって密閉されている事が好ましい。

加熱構造５０は、加熱流体生成部８０にて生成された加熱流体Ｆによって排ガス処理部３０を加熱する。加熱構造５０は、内部空間ＳＰに加熱流体Ｆを流通させることで、排ガス処理部３０を加熱する。加熱構造５０は、内部空間ＳＰに対し、下端側から加熱流体Ｆを供給し、上端側から加熱流体Ｆを排出する。具体的に、加熱構造５０は、周壁部６３の下端側に設けられた供給管８１と、周壁部６３の上端側に設けられた排出管８２と、を備える。供給管８１及び排出管８２は、外殻部材５１を貫通して、内部空間ＳＰと連通する（図２参照）。これにより、供給管８１から供給された加熱流体Ｆは、内部空間ＳＰを流通して排ガス処理部３０を加熱し、排出管８２から排出される。

供給管８１は、加熱流体生成部８０と接続される。これにより、供給管８１は、加熱流体生成部８０で生成された加熱流体Ｆを内部空間ＳＰへ供給する。排出管８２は、図示されない排ガス処理部と接続される。これにより、排出管８２は、内部空間ＳＰからの加熱流体Ｆを図示されない排ガス処理部へ供給して外部へ排出する。

内部空間ＳＰにおいて、どのような態様で加熱流体Ｆを流通させるかは特に限定されない。加熱構造５０は、内部空間ＳＰに設けられた仕切板を有してよく、当該仕切板によって流路を形成してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、加熱構造５０は、内部空間ＳＰにおいて加熱流体Ｆが内部空間ＳＰ内を螺旋状に旋回するように配置された仕切板９１を有してよい。あるいは、図６（ｂ）に示すように、加熱構造５０は、内部空間ＳＰにおいて加熱流体Ｆが蛇行するように配置された仕切板９２を有してよい。なお、仕切板は省略されてもよい。図６では、各構成を概略的に示しており、外殻部材５１を仮想線で示している。

加熱流体生成部８０は、少なくともメインエンジン１６が動作しているタイミングにて、船舶１００中で加熱流体Ｆを生成する機器である。加熱流体生成部８０は、メインエンジン１６が作動しているタイミングでは常に加熱流体Ｆを生成し、それに加えて他のタイミングでも加熱流体Ｆを生成している。具体的に、加熱流体生成部８０は、船舶１００中の発電機７０（図１も参照）である。なお、加熱流体Ｆである排ガスを生成するのは発電機７０のうちの発電機エンジンである。以降の説明において、発電機７０が排ガス（加熱流体Ｆ）を生成する旨の説明を行った場合は、発電機エンジンが排ガスを生成したことを意味するものとする。発電機７０は、船舶１００に対して供給する電気を発電する必要がある。従って、発電機７０は、メインエンジン１６が動作する際には、発電を行い、それに伴って排ガスを生成する。供給管８１は、当該発電機７０の排ガスを加熱流体Ｆとして取り出す。

防熱部材５２は、排ガス処理部３０を高温に保つため、熱が逃げることを防止する部材である。防熱部材５２は、外殻部材５１の外面に防熱シートなどを取り付けることによって構成される。防熱部材５２は、外殻部材５１の全方向に対して取り付けられる。これにより、防熱部材５２は、全周及び全方向にわたって外殻部材５１及び排ガス処理部３０を覆う。防熱部材５２の材料として、例えばロックウールなどを採用してよい。

次に、本実施形態に係る加熱構造５０の施工性及びメンテナンス性について説明するが、比較のために、比較例に係る加熱構造２００について、図４及び図５（ｂ）を参照して説明する。図４に示すように、比較例に係る加熱構造２００は、排ガス処理部３０の外周面３０ａに直接、電気ヒータ１０１０及び防熱部材５２を取り付けることによって構成される。当該構成においては、防熱部材５２を取り付ける前に、排ガス処理部３０の外周面３０ａに直接、電気ヒータ１０１を巻き付ける必要がある。更に、防熱部材５２の外側には、金属板１０２を設ける場合がある。

比較例に係る加熱構造２００を施工する場合、作業者は、排ガス処理部３０の外周面の円筒形状に沿わせるようにして、電気ヒータ１０１を万遍なく張り巡らせるように施工する必要がある。特に、排ガス処理部３０は、足部４２、及び配管４３などの構造物を有しているため、作業者は、これらの構造物を考慮しながら電気ヒータ１０１を設けなくてはならない。このように、電気ヒータ１０１の施工は難しく、船舶１００の現場ではなく、ヒータメーカが施工せざるを得ない場合がある。また、電気ヒータ１０１を取り替えたりする際には、何ｍもの電気ヒータ１０１を取り替える必要があり、非常に手間である。そして、作業者は、電気ヒータ１０１を取り付けた後に、防熱部材５２を取り付ける。更に、作業者は、防熱部材５２を取り付けた後には、その上から更に金属板１０２を設けなくてはならないという手間のかかる作業を行う必要がある。このように、電気ヒータ１０１は、金属板１０２及び防熱部材５２に覆われた状態となっている（図５（ｂ）参照）。従って、電気ヒータ１０１に絶縁不良等のトラブルが生じた場合、どこで絶縁不良が起きたかを探すことが非常に困難である。また、取り替えや点検などのメンテナンス時には、作業者は、金属板１０２及び防熱部材５２を剥がさなくてはならず、作業が終了したら、作業者は、同様の手間をかけて防熱部材５２及び金属板１０２を取り付けなくてはならない。また、電気ヒータ１０１の系統を増やすと、その分、制御盤も大きくなるという問題が生じる。また、高温仕様の絶縁物として好適なものもないという問題もある。

これに対し、本実施形態に係る排ガス処理部３０の加熱構造５０は、加熱流体生成部８０にて生成された加熱流体Ｆによって排ガス処理部３０を加熱する。従って、加熱構造５０は、電気ヒータ１０１のように施工やメンテナンスが困難な部材を用いることなく、排ガス処理部３０を加熱することができる。すなわち、加熱構造５０は、加熱のために電気ヒータ１０１ではなく加熱流体を用いるため、比較例において説明したような電気ヒータ１０１の問題が生じない。

また、加熱流体生成部８０は、少なくともメインエンジン１６が動作しているタイミングにて、船舶１００中で加熱流体Ｆを生成する機器である。従って、加熱構造５０は、メインエンジン１６から排ガスＧが排出されているタイミングであれば、いつでも加熱流体で排ガス処理部を加熱することが可能となる。以上より、排ガス処理部を適切に加熱すると共に、施工及びメンテナンスを容易に行うことができる排ガス処理部の加熱構造を提供する。

加熱構造５０は、排ガス処理部３０の外周面３０ａから離間することで、当該排ガス処理部３０との間に内部空間ＳＰを形成する外殻部材５１を有し、内部空間ＳＰに加熱流体Ｆを流通させることで、排ガス処理部３０を加熱する。この場合、排ガス処理部３０の周囲に外殻部材５１を設けるだけで、容易に加熱流体Ｆの流路を形成することができる。

なお、排ガス処理部３０は、外殻部材５１で覆われた状態となっている。すると、輸送中にぶつけたとしても外殻部材５１が排ガス処理部３０を衝撃から保護する。このような理由から、本実施形態に係る加熱構造５０では、比較例のように金属板１０２を設ける必要性がないため、当該金属板１０２の取り付けを省略することができる。従って、金属板１０２を取り付ける手間を省略できるので、施工性が向上する。

加熱流体生成部８０は、船舶１００中の発電機７０である。発電機７０は、少なくともメインエンジン１６が動作しているタイミングでは、発電を行う事によって排ガスを排出する。従って、発電機７０の排ガスを加熱流体Ｆとして用いることができる。また、発電機７０は船内の空調などの電気を作り出すために、補機として常時、発電機エンジンを燃焼させている。従って、船舶１００のメインエンジン１６とは異なり、発電機７０は常に発電機エンジンを回しているため、常に高温の排ガスを触媒に供給することができる。

排ガス処理部３０は、上端側に排ガスＧの入口部である上側管部３３を有すると共に、下端側に排ガスＧの出口部である下側管部３６を有し、加熱構造５０は、下端側から加熱流体Ｆを供給し、上端側から加熱流体Ｆを排出する。この場合、排ガス処理部３０は、入口部である上側管部３３を有する上端側に比して、出口部である下側管部３６を有する下端側の方が温度が低くなり易い。一方、加熱流体Ｆは、排出側である上端側に比して、供給側である下端側の方が温度が高い。従って、加熱構造５０は、温度の高い状態の加熱流体Ｆにて、加熱がより必要な下端側を加熱することができる。また、発電機７０は、排ガス処理部３０よりも下側に存在している。従って、供給管８１が排ガス処理部３０の下端側に設けられることで、当該供給管８１が短くなり、且つシンプルな配管構成とすることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、排ガス処理部３０の詳細な形状については、特に限定されるものではないため、適宜変更してもよい。同様に、外殻部材５１の細かい形状についても特に限定されないため、適宜変更してもよい。

また、上述の実施形態では、排ガス処理部３０が、上下方向に中心軸が延びるような縦置き型の配置で構成されていた。しかし、排ガス処理部３０の設置時の姿勢は特に限定されず、水平方向に中心軸が延びるような横置き型の配置で構成されてもよい。また、排ガス処理部３０の上端側から排ガスＧを供給するか、下端側から供給するかは特に限定されない。

上述の実施形態では、加熱構造５０は、外殻部材５１を配置することによって形成される内部空間ＳＰを加熱流体Ｆの流路としていた。ただし、加熱流体Ｆの流路の構成は特に限定されるものではない。例えば、加熱構造は、排ガス処理部３０の外周面に巻き付けられた配管を有し、当該配管に加熱流体を流してもよい。ただし、当該構成よりも、外殻部材５１で内部空間ＳＰを形成する方が、施工が容易である。

上述の実施形態では、加熱流体生成部として、発電機が採用された。しかし、加熱流体生成部は、少なくともエンジンが動作しているタイミングにて、船舶中で加熱流体を生成する機器であれば、特に限定されない。

ある形態において、加熱構造は、船舶中のボイラの排ガスを内部空間ＳＰに流すことによって、排ガス処理部３０を加熱する。このとき、通常の船舶のボイラが運転するタイミングに加えて、メインエンジン１６が動作しているときにボイラが稼働するように設定してよい。

１６…メインエンジン（エンジン）、３０…排ガス処理部、５０…加熱構造、５１…外殻部材、７０…発電機、８０…加熱流体生成部、１００…船舶。

Claims (4)

1. 船舶のエンジンからの排ガスを処理する排ガス処理部を加熱する加熱構造であって、
   前記加熱構造は、加熱流体生成部にて生成された加熱流体によって前記排ガス処理部を加熱し、
   前記加熱流体生成部は、少なくとも前記エンジンが動作しているタイミングにて、前記船舶中で前記加熱流体を生成する機器である、排ガス処理部の加熱構造。
2. 前記排ガス処理部の外周面から離間することで、当該排ガス処理部との間に内部空間を形成する外殻部材を有し、前記内部空間に前記加熱流体を流通させることで、前記排ガス処理部を加熱する、請求項１に記載の排ガス処理部の加熱構造。
3. 前記加熱流体生成部は、前記船舶中の発電機である、請求項１又は２に記載の排ガス処理部の加熱構造。
4. 前記排ガス処理部は、一端側に前記排ガスの入口部を有すると共に、他端側に前記排ガスの出口部を有し、
   前記加熱構造は、前記他端側から前記加熱流体を供給し、前記一端側から前記加熱流体を排出する、請求項１〜３の何れか一項に記載の排ガス処理部の加熱構造。

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