JP2024022123A - 排気ガス浄化装置及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクロン式のスクラバの径が大きい場合に、スクラバ内の空間脱硫量をスクラバ中心部でも高くして、デッドスペースを減らした排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】円筒形状を有し、外部から排気ガスが導入される第１排気ガス吸気口を有する外筒部と、前記外筒部の内部に設けられ、円筒形状を有し、外部から排気ガスが導入される第２排気ガス吸気口を有する内筒部と、前記内筒部の内部と、前記内筒部と前記外筒部との間と、に液体を噴霧する噴霧部と、を備える排気ガス浄化装置。【選択図】図４

Description

本開示は、排気ガス浄化装置及び船舶に関する。

世界の大気環境の改善に向け、国際海事機関（ＩＭＯ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）は、２００８年に海洋汚染防止条約を改正し、２０２０年から船舶用燃料油中の硫黄分濃度に関する規制を強化した。この規制対応方法の一つとして、湿式スクラバを利用した排気ガス浄化装置（ＥＧＣＳ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）がある。

排気ガス浄化装置（ＥＧＣＳ）は、海水中のアルカリ成分を利用し、スクラバに海水を噴霧して排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収し、硫黄酸化物濃度を低減させた排気ガスを大気へ放出する。

スクラバとして、サイクロン式のスクラバが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。サイクロン式のスクラバは、噴霧する海水と排気ガスの接触と吸収を効率よく行うために、スクラバ内部で排気ガスをスクラバ内で旋回するように流す。そして、サイクロン式スクラバは、旋回して流れる排気ガスに対向するようにノズルから海水を噴霧する。

サイクロン式のスクラバは一般的な構造のスクラバよりも脱硫性能に優れるため、サイズとして小型化できる。特に、船舶では設置スペースが限られるため、小型化が可能なサイクロン式のスクラバを採用することが適している。

特開２０１４－１１７６８５号公報 特開２０１６－１５５０７５号公報

サイクロン式のスクラバにおいて、エンジンの排気ガスの流量が多くなるに従いサイズが大きくなる。スクラバの径が大きくなると、排気ガスは旋回流によってスクラバの内壁部に偏って流れる。排気ガスがスクラバの内壁部に偏って流れることから、スクラバの中心部の流量に対して、スクラバの内壁部に流れる流量が大きくなる。したがって、スクラバ内の空間における空間脱硫量（単位空間体積あたりの脱硫量）は、スクラバの内壁部に偏り、中心部における空間脱硫量は小さくなる。中心部における空間脱硫量が小さくなることから、エンジンの排気ガスの流量が多い場合において、サイクロン式スクラバの中心部はデッドスペースとなり、径方向の小型化の優位性が低下してしまう。

本開示は、サイクロン式のスクラバの径が大きい場合に、スクラバ内の空間脱硫量をスクラバ中心部でも高くして、デッドスペースを減らした排気ガス浄化装置を提供する。

本開示の一の態様によれば、円筒形状を有し、外部から排気ガスが導入される第１排気ガス吸気口を有する外筒部と、前記外筒部の内部に設けられ、円筒形状を有し、外部から排気ガスが導入される第２排気ガス吸気口を有する内筒部と、前記内筒部の内部と、前記内筒部と前記外筒部との間と、に液体を噴霧する噴霧部と、を備える排気ガス浄化装置を提供する。

本開示の排気ガス処理システム及び排気ガス処理方法によれば、サイクロン式のスクラバの径が大きい場合に、スクラバ内の空間脱硫量をスクラバ中心部でも高くして、デッドスペースを減らすことができる。

図１は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を備える船舶の構成の概要を説明する図である。 図２は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の概要を示す斜視図である。 図３は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の概要を示す正面図である。 図４は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の概要を示す部分断面図である。 図５は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の概要を示す部分断面図である。 図６は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の排気ガスの流れを説明する図である。 図７は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の空間脱硫量について説明する図である。 図８は、参考例の排気ガス浄化装置の空間脱硫量について説明する図である。 図９は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の排気ガス発生源の接続について説明する図である。 図１０は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の排気ガス発生源の接続について説明する図である。 図１１は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の変形例の概要を示す部分断面図である。 図１２は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の変形例の概要を示す部分断面図である。 図１３は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を備える船舶の変形例の構成の概要を説明する図である。 図１４は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を備える船舶の変形例の構成の概要を説明する図である。

本開示の排気ガス処理システム及び排気ガス処理方法の具体例を、以下に図面を参照して説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右及び前後等の方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、それぞれ略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

例えば、略平行は、２つの線あるいは２つの面が互いに完全に平行でなくても、製造上許容される範囲内で互いに平行として扱うことができることを意味する。他の略直角、略直交、略水平及び略垂直のそれぞれについても、略平行と同様に、２つの線又は２つの面の相互の位置関係が製造上許容される範囲内であればそれぞれに該当することが意図される。

＜船舶＞
本実施形態に係る排気ガス浄化装置を備える船舶について説明する。図１は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０を備える船舶１の構成の概要を説明する図である。船舶１は、主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂから排出される排気ガスに海水を噴霧して、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する。船舶１は、海からくみ上げた海水を、アルカリ薬剤を補充しながら循環させる。船舶１は、クローズドループ方式により、主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂから排出される排気ガスを浄化する。

船舶１は、貯溜部１０と、排気ガス浄化装置２０と、薬剤供給部３０と、熱交換部４０と、主機エンジン５０と、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂと、を備える。

［貯溜部１０］
貯溜部１０は、貯溜部１０と排気ガス浄化装置２０との間を循環する循環液ＣＷを貯溜する。貯溜部１０は、タンク１１と、ポンプ１２及びポンプ１３と、を備える。貯溜部１０には、循環液ＣＷとして、ポンプ１３を用いて海ＳＥＡから海水が供給される。すなわち、循環液ＣＷは海水である。

タンク１１は、貯溜部１０と排気ガス浄化装置２０との間で循環する循環液ＣＷを貯溜する。タンク１１には、硫黄酸化物を吸収した循環液ＣＷが排気ガス浄化装置２０から流入する。タンク１１には、海ＳＥＡから新たな海水が、ポンプ１３により供給される。また、ポンプ１２により、タンク１１に貯溜されている循環液ＣＷが排気ガス浄化装置２０に供給される。

ポンプ１２は、タンク１１に貯溜されている循環液ＣＷを、熱交換部４０を経由して排気ガス浄化装置２０に移送する。ポンプ１２は、例えば、軸流ポンプである。

ポンプ１３は、海ＳＥＡから海水をくみ上げてタンク１１に移送する。ポンプ１３は、例えば、排気ガス浄化装置２０において蒸発した水分量を海水から補充する。

［排気ガス浄化装置２０］
排気ガス浄化装置２０は、主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂから排出された排気ガスＥＡに循環液ＣＷを噴霧して、排気ガスＥＡに含まれる硫黄酸化物を除去する。また、排気ガス浄化装置２０は、排気ガスＥＡから硫黄酸化物を除去して浄化した浄化ガスＣＡを排気する。排気ガス浄化装置２０は、いわゆる、サイクロン式のスクラバである。

排気ガス浄化装置２０について、詳細を説明する。図２は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の概要を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の概要を示す正面図である。

なお、図面には、説明の便宜のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸（ＸＹＺ軸）からなる仮想三次元座標系（ＸＹＺ直交座標系）が設定される場合がある。例えば、図面の紙面に対して垂直な座標軸について、座標軸の丸の中に黒丸印を示す場合は紙面に対して手前側が座標軸の正の領域であることを表している。また、座標軸の丸の中にバツ印を示す場合は紙面に対して手前側が座標軸の負の領域であることを表している。

なお、以下の図面では、鉛直方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれは、Ｚ軸方向に垂直な方向とする。

また、Ｙ軸方向に沿って、対象を＋Ｙ側からＹ軸の反対向きに見る図を正面図という。Ｚ軸方向に沿って、対象を＋Ｚ側からＺ軸の反対向きに見る図を上面図という。

なお、正面図を基準にして、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を前後方向、Ｚ軸方向を上下方向、という場合がある。対象に対して、＋Ｘ側を左側、－Ｘ側を右側、＋Ｙ側を前側、－Ｙ側を後ろ側、＋Ｚ側を上側、－Ｚ側を下側、という場合がある。

図４は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の概要を示す部分断面図である。具体的には、図４において、外筒部２１１、傾斜部２１２、排気円筒部２１３、内筒部２１６及び液回収部２２のそれぞれは、排気ガス浄化装置２０を正面から見て、回転軸Ａｘを含むＺＸ平面に平行な面で切断した断面図で示す。

図５は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の概要を示す部分断面図である。具体的には、図５において、外筒部２１１と傾斜部２１２との間でＸＹ平面に平行な面で切断した断面図で示す。

排気ガス浄化装置２０は、浄化部２１と、液回収部２２と、噴霧部２３と、を備える。

［浄化部２１］
浄化部２１は、内部を通過する排気ガスＥＡを浄化する。排気ガスＥＡは、第１排気ガス吸気口２１４ａ及び第２排気ガス吸気口２１５ａのそれぞれから内部に導入される。第１排気ガス吸気口２１４ａ及び第２排気ガス吸気口２１５ａのそれぞれから導入された排気ガスＥＡは、浄化部２１の内部を通過する。浄化部２１において、噴霧部２３は、内部を通過する排気ガスＥＡに、循環液ＣＷを噴霧する。浄化部２１の内部を通過する排気ガスＥＡは、排気ガスＥＡの流れに対抗して循環液ＣＷが噴霧されることにより、排気ガスＥＡに含まれる硫黄酸化物が循環液ＣＷに吸収されて、浄化される。浄化部２１で噴霧された循環液ＣＷは、液回収部２２で回収される。

浄化部２１は、外筒部２１１と、傾斜部２１２と、排気円筒部２１３と、第１排気ガス導入部２１４と、第２排気ガス導入部２１５と、内筒部２１６と、を有する。

（外筒部２１１）
外筒部２１１は、内部を排気ガスＥＡが通過する。また、外筒部２１１は、内部に噴霧部２３により循環液ＣＷが噴霧される。外筒部２１１は、Ｚ軸方向に沿って延びる回転軸Ａｘを中心軸とする円筒形状を有する。外筒部２１１の内面２１１Ｓは、回転軸Ａｘに対して、半径Ｒ１の円筒面である。

外筒部２１１の下側（－Ｚ側）の端部は、液回収部２２に固定される。外筒部２１１の上側（＋Ｚ側）の端部は、傾斜部２１２と接続する。

（傾斜部２１２）
傾斜部２１２は、外筒部２１１と排気円筒部２１３とを接続する。傾斜部２１２は、Ｚ軸方向に対して、傾斜している。

傾斜部２１２の下側（－Ｚ側）の端部は、外筒部２１１と接続する。傾斜部２１２の上側（＋Ｚ側）の端部は、排気円筒部２１３と接続する。

（排気円筒部２１３）
排気円筒部２１３は、排気ガス浄化装置２０の外部に、洗浄した浄化ガスＣＡを排気口２１３ａから排気する。排気円筒部２１３は、Ｚ軸方向に沿って延びる回転軸Ａｘを中心軸とする円筒形状を有する。排気円筒部２１３を上面視で見たとき、すなわち、＋Ｚ側からＺ軸方向に沿ってＺ軸の反対向きに見たとき、の排気円筒部２１３の半径は、外筒部２１１の半径より小さい。

排気円筒部２１３の下側（－Ｚ側）の端部は、傾斜部２１２と接続する。

排気円筒部２１３は、内部２１３ｂに、例えば、浄化ガスＣＡに含まれる水分を分離するために、スワラ又はデミスタを備えてもよい。

（第１排気ガス導入部２１４）
第１排気ガス導入部２１４は、排気ガスＥＡの発生源である主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれから排出された排気ガスＥＡを外筒部２１１の内部に導入する。第１排気ガス導入部２１４は、ダクトにより構成される。

第１排気ガス導入部２１４の第１排気ガス吸気口２１４ａは、上面視で、回転軸Ａｘから外側に距離Ｌ１ずれた位置に設けられる。

（第２排気ガス導入部２１５）
第２排気ガス導入部２１５は、排気ガスＥＡの発生源である主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれから排出された排気ガスＥＡを内筒部２１６の内部に導入する。第２排気ガス導入部２１５は、ダクトにより構成される。第２排気ガス導入部２１５は、外筒部２１１を貫通して、内筒部２１６に接続される。

第２排気ガス導入部２１５の第２排気ガス吸気口２１５ａは、上面視で、回転軸Ａｘから外側に距離Ｌ２ずれた位置に設けられる。

（内筒部２１６）
内筒部２１６は、内部を排気ガスＥＡが通過する。また、内筒部２１６は、内部に噴霧部２３により循環液ＣＷが噴霧される。内筒部２１６は、Ｚ軸方向に沿って延びる回転軸Ａｘを中心軸とする円筒形状を有する。なお、内筒部２１６は、外筒部２１１の回転軸Ａｘと共通の回転軸Ａｘを有する。内筒部２１６の内面２１６Ｓは、回転軸Ａｘに対して、半径Ｒ２の円筒面である。

内筒部２１６は、噴霧部２３が備える複数の枝管２３２のそれぞれが貫通する貫通孔を有する。すなわち、内筒部２１６に、複数の貫通孔が形成されている。内筒部２１６の複数の貫通孔のそれぞれは、枝管２３２が貫通して設けられている。なお、枝管２３２が貫通した貫通孔は、排気ガスＥＡが内筒部２１６の内部から外筒部２１１の方に漏れないように、溶接等により封止されている。

また、内筒部２１６の上側（＋Ｚ側）の端部２１６ａは、開放されている。内筒部２１６の内部を通過した排気ガスＥＡは、内筒部２１６の上側（＋Ｚ側）の端部２１６ａから、排気円筒部２１３に排気される。

内筒部２１６の下側（－Ｚ側）の端部２１６ｂは、液回収部２２に貯留されている循環液ＣＷに浸漬する。すなわち、内筒部２１６の下部は、液回収部２２に貯留されている循環液ＣＷに浸漬する。

浄化部２１は、内筒部２１６により、外筒部２１１の内部が、空間ＳＰ１と、空間ＳＰ２に分けられる。空間ＳＰ１は、外筒部２１１と内筒部２１６との間に形成される。空間ＳＰ１は、外筒部２１１の内面２１１Ｓと、内筒部２１６の外面２１６Ｔと、に囲まれて形成される。空間ＳＰ２は、内筒部２１６の内部に形成される。空間ＳＰ２は、内筒部２１６の内面２１６Ｓに囲まれて形成される。

［液回収部２２］
液回収部２２は、噴霧部２３から噴霧された循環液ＣＷを回収する。液回収部２２で回収された循環液ＣＷは、貯溜部１０に排出される。

液回収部２２は、タンク２２１と、配管２２２と、を備える。タンク２２１は、外筒部２１１が上部に接続される。外筒部２１１及び内筒部２１６の内部で噴霧された循環液ＣＷは、タンク２２１に回収される。タンク２２１で回収された循環液ＣＷは、配管２２２から貯溜部１０に排出される。

タンク２２１に貯留されている循環液ＣＷには、内筒部２１６の端部２１６ｂが浸漬している。いいかえると、内筒部２１６の下部は、液体である循環液ＣＷに浸漬する。内筒部２１６の下部が、液体である循環液ＣＷに浸漬することによって、内筒部２１６の内部（空間ＳＰ２）を流れる排気ガスＥＡが液回収部２２に逆流することを防止する。

［噴霧部２３］
噴霧部２３は、浄化部２１の内部を通過する排気ガスＥＡに循環液ＣＷを散布する。浄化部２１において、排気ガスＥＡは、旋回しながら流れる。噴霧部２３は、浄化部２１を旋回しながら流れる排気ガスＥＡに対して、流れに対向する向きに循環液ＣＷを散布する。

噴霧部２３は、幹管２３１と、複数の枝管２３２を備える。複数の枝管２３２のそれぞれは、空間ＳＰ１に循環液ＣＷを噴霧するノズル２３３と、空間ＳＰ２に循環液ＣＷを噴霧するノズル２３４と、を備える。

幹管２３１は、Ｘ軸方向に延びる第１直管部２３１ａと、Ｘ軸方向からＺ軸方向に曲げる曲管部２３１ｂと、Ｚ軸方向に延びる第２直管部２３１ｃと、を有する。第１直管部２３１ａは、浄化部２１の＋Ｘ側から、浄化部２１の下部に、外筒部２１１及び内筒部２１６を貫通して設けられる。曲管部２３１ｂは、第１直管部２３１ａと第２直管部２３１ｃとを接続する。第２直管部２３１ｃは、回転軸Ａｘに沿って設けられる。

複数の枝管２３２は、２本の枝管２３２を一組として、一組の枝管２３２において、一方の枝管２３２に対して、他方の枝管２３２が回転軸Ａｘに対して１８０度回転した位置に設けられる。また、それぞれＺ軸方向に、並ぶ枝管２３２は、上下で回転軸Ａｘを中心に、２２．５度回転した位置に設けられる。したがって、枝管２３２は、螺旋状に設けられる。

なお、上記の例では、２本の枝管２３２を一組としていたが、一組とする枝管の数は、２本に限らず、例えば、１本でもよいし、３本以上を一組としてもよい。また、Ｚ軸方向に並ぶ枝管２３２の回転する角度は、２２．５度に限らず、２２．５度以外の角度、例えば、３０度、４５度又は６０度のいずれか、にしてもよい。

ノズル２３３は、外筒部２１１と内筒部２１６との間の空間ＳＰ１を通過する排気ガスＥＡに循環液ＣＷを噴霧する。ノズル２３３は、外筒部２１１と内筒部２１６との間の空間ＳＰ１を通過する排気ガスＥＡの流れに対向するように、循環液ＣＷを噴霧する。ノズル２３４は、内筒部２１６の内部の空間ＳＰ２を通過する排気ガスＥＡに循環液ＣＷを噴霧する。ノズル２３４は、内筒部２１６の内部の空間ＳＰ２を通過する排気ガスＥＡの流れに対向するように、循環液ＣＷを噴霧する。

［薬剤供給部３０］
薬剤供給部３０は、循環液ＣＷにアルカリ薬剤を供給する。循環液ＣＷは、海ＳＥＡから海水をくみ上げて使用している。したがって、海水をくみ上げた当初の循環液ＣＷには、海水に由来するアルカリ成分が含まれる。循環液ＣＷが排気ガスＥＡに含まれる硫黄酸化物を吸収すると、循環液ＣＷに含まれるアルカリ成分が硫黄酸化物と反応して中和塩が生成する。船舶１において、生成される中和塩は、例えば、硫酸ナトリウムである。

排気ガスＥＡを浄化していくと、中和塩が生成することにより、循環液ＣＷに含まれるアルカリ成分が減少する。循環液ＣＷに含まれるアルカリ成分が減少すると、排気ガスＥＡを浄化する能力が低下する。そこで、船舶１は、循環液ＣＷを用いて排気ガスＥＡを浄化することによって減少したアルカリ成分を補充するために、薬剤供給部３０を備える。

薬剤供給部３０は、薬剤タンク３１と、ポンプ３２と、を備える。

薬剤タンク３１は、アルカリ薬剤を貯溜する。アルカリ薬剤は、例えば、ナトリウム系化合物である。船舶１においてアルカリ薬剤として用いられるナトリウム系化合物は、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムのいずれかを含む。

ポンプ３２は、薬剤タンク３１に貯溜しているアルカリ薬剤を貯溜部１０のタンク１１に供給する。貯溜部１０のタンク１１にアルカリ薬剤を供給することにより、循環液ＣＷにアルカリ薬剤が補充される。循環液ＣＷにアルカリ薬剤が補充されることにより、循環液ＣＷにアルカリ成分が補充される。循環液ＣＷにアルカリ成分が補充されることにより、循環液ＣＷは排気ガスＥＡを浄化する能力を維持できる。

［熱交換部４０］
熱交換部４０は、循環液ＣＷと海水ＳＷとの間で熱交換を行う。循環液ＣＷと海水ＳＷとの間で熱交換を行うことにより、熱交換部４０は循環液ＣＷを冷却する。

排気ガスＥＡは、主機エンジン５０等のエンジンから排出された排気ガスであることから、数百℃程度の温度になる。排気ガスＥＡに循環液ＣＷを噴霧すると、循環液ＣＷが排気ガスＥＡにより加熱される。循環液ＣＷが排気ガスＥＡにより加熱されると、時間が経過するとともに循環液ＣＷの温度が上昇する。

船舶１は、排気ガスＥＡにより加熱された循環液ＣＷを冷却するために、熱交換部４０を備える。熱交換部４０は、熱交換器４１と、ポンプ４２と、を備える。

熱交換器４１は、循環液ＣＷと海水ＳＷとの間で熱交換を行う。貯溜部１０のポンプ１２は、熱交換器４１に循環液ＣＷを供給する。ポンプ４２は、熱交換器４１に海水ＳＷを供給する。熱交換器４１は、循環液ＣＷと海水ＳＷとの間で熱交換を行う。

海水ＳＷの水温は、例えば、２０℃程度であるとすると、海水ＳＷと循環液ＣＷとの間で熱交換を行うことによって、循環液ＣＷを冷却できる。熱交換部４０により冷却された循環液ＣＷの液温は、例えば、４０℃である。

［主機エンジン５０］
主機エンジン５０は、船舶１を推進させるためのエンジンである。主機エンジン５０は、例えば、ディーゼルエンジンである。主機エンジン５０は、船舶１を推進させるための動力を供給するため、出力が大きいエンジンである。

［補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂ］
補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれは、船舶１に用いられる機器に電源を供給するためのエンジンである。補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれは、例えば、船舶１に電源を供給する発電機である。補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれは、船舶１を推進させる以外の用途に用いられる補機、例えば、コンプレッサ、に電源等を供給する。

補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれは、主機エンジン５０と比較すると、出力が小さいエンジンである。なお、図１の例では、船舶１は、２台の補機エンジンを備えているが、補機エンジンの台数については、適宜選択してもよい。

＜排気ガス浄化装置２０における排気ガスの流れ＞
次に、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０における排気ガスの流れについて説明する。図６は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の排気ガスの流れを説明する図である。

図６に示すように、第１排気ガス吸気口２１４ａから導入された排気ガスは、矢印Ａのように、外筒部２１１の内面２１１Ｓに沿って螺旋状に流れる。また、第２排気ガス吸気口２１５ａから導入された排気ガスは、矢印Ｂのように、内筒部２１６の内面２１６Ｓに沿って螺旋状に流れる。

ここで、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０において、径方向の位置と、空間脱硫量について説明する。図７は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の空間脱硫量について説明する図である。

図７の横軸は、回転軸Ａｘからの距離を示す。なお、位置Ｐ１は外筒部２１１の位置、位置Ｐ２は内筒部２１６の位置を示す。位置Ｐａｘは中心軸の位置を示す。図７の縦軸は、空間脱硫量を示す。線Ｅｘ１は、外筒部２１１と内筒部２１６との間、すなわち、空間ＳＰ１における空間脱硫量を示す。線Ｅｘ２は、内筒部２１６の内側、すなわち、空間ＳＰ２における空間脱硫量を示す。線Ｅｘａは、空間脱硫量の平均を示す。

本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０によれば、外筒部２１１における内面２１１Ｓ付近において空間脱硫量が大きくなるとともに、内筒部２１６における内面２１６Ｓ付近において空間脱硫量が大きくなる。したがって、外筒部２１１で考えると、外筒部２１１の回転軸Ａｘ付近においても、内筒部２１６を備えることにより空間脱硫量を大きくできる。

ここで、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０において、内筒部２１６がない参考例について説明する。図８は、参考例の排気ガス浄化装置の空間脱硫量について説明する図である。

図８の横軸は、回転軸Ａｘからの距離を示す。なお、位置Ｐ１は外筒部２１１の位置を示す。位置Ｐａｘは中心軸の位置を示す。図８の縦軸は、空間脱硫量を示す。線Ｅｚ１は、外筒部２１１の内側における空間脱硫量を示す。線Ｅｚａは、空間脱硫量の平均を示す。

参考例の排気ガス浄化装置によれば、外筒部２１１における内面２１１Ｓ付近において空間脱硫量が大きくなっているが、回転軸Ａｘ付近において、空間脱硫量が小さくなっている。いいかえると、参考例の排気ガス浄化装置における回転軸Ａｘ付近は、空間脱硫量が小さいデッドスペースとなっている。したがって、参考例の排気ガス浄化装置では、空間脱硫量の平均（線Ｅｚａ）が、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０における空間脱硫量の平均（線Ｅｘａ）と比較して小さくなっている。

本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０によれば、排気ガス浄化装置２０の回転軸Ａｘ付近でも空間脱硫量が高くなり、排気ガス浄化装置２０全体での空間脱硫量を大きくできる。すなわち、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０によれば、サイクロン式のスクラバの径を大きくしたとしても、スクラバ内の空間脱硫量をスクラバ中心部でも高くして、デッドスペースを減らすことができる。排気ガス浄化装置２０全体での空間脱硫量を大きくすることにより、同じ排気量の排気ガスを処理する際に、排気ガス浄化装置を小型化できる。

＜排気ガス発生源と排気ガス浄化装置２０との接続＞
次に、複数の排気ガス発生源である主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂとの接続について説明する。図９は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の排気ガス発生源の接続について説明する図である。

図９においては、一度、主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれの排気ガスを合流させる。そして、分岐管７４によって、第１排気ガス吸気口２１４ａと接続する経路と、第２排気ガス吸気口２１５ａと接続する経路と、に分岐する。分岐管７４は、流入口７４ａと、第１流出口７４ｂ及び第２流出口７４ｃと、を有する。分岐管７４の流入口７４ａから流入した第１流出口７４ｂから流出した排気ガスは、第１排気ガス吸気口２１４ａと接続する経路に流れる。第１排気ガス吸気口２１４ａと接続する経路には、排気ガスの流量を測定する流量計７１が設置される。分岐管７４の流入口７４ａから流入した第２流出口７４ｃから流出した排気ガスは、第２排気ガス吸気口２１５ａと接続する経路に流れる。第２排気ガス吸気口２１５ａと接続する経路には、排気ガスの流量を測定する流量計７２が設置される。また、第２排気ガス吸気口２１５ａと接続する経路には、排気ガスの流量を調整する調整弁７３が設置される。

そして、流量計７１で測定した流量Ｑ１及び流量計７２で測定した流量Ｑ２に基づいて、第２排気ガス吸気口２１５ａと接続する経路に設けられた調整弁７３を制御する。

例えば、外筒部２１１の半径Ｒ１及び内筒部２１６の半径Ｒ２を用いて、流量Ｑ１と流量Ｑ２の比が空間ＳＰ１と空間ＳＰ２の体積比になるように、調整弁７３を調整する。具体的には、下記の式１を満たすように、調整弁７３を調整する。

Ｑ１：Ｑ２ ＝ Ｒ１^２－Ｒ２^２：Ｒ２^２ ・・・ 式１

また、別の接続について説明する。図１０は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０の排気ガス発生源の接続について説明する図である。

図１０においては、主機エンジン５０は、第１排気ガス吸気口２１４ａに接続される。また、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂは、合流させて、第２排気ガス吸気口２１５ａに接続される。いいかえると、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂのそれぞれの排気は集約されて、第２排気ガス吸気口２１５ａに接続される。

なお、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０は、船舶に限定されず、湿式脱硫法を用いる装置及びシステムに適用できる。

また、外筒部２１１の内部に、内筒部２１６を固定するための構造について説明する。図１１及び図１２のそれぞれは、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の変形例である排気ガス浄化装置１２０の概要を示す部分断面図である。具体的には、図１１において、外筒部２１１、傾斜部２１２、排気円筒部２１３、内筒部２１６及び液回収部２２のそれぞれは、排気ガス浄化装置２０を正面から見て、回転軸Ａｘを含むＺＸ平面に平行な面で切断した断面図で示す。図１２において、外筒部２１１と傾斜部２１２との間でＸＹ平面に平行な面で切断した断面図で示す。

排気ガス浄化装置１２０は、内筒部２１６を外筒部２１１に固定するために、複数の支持梁２１７を備える。支持梁２１７は、端部のそれぞれを外筒部２１１の内面２１１Ｓ及び内筒部２１６の外面２１６Ｔに溶接される。支持梁２１７は、排気ガスの旋回流及び循環液ＣＷの噴霧を阻害しないように、配置及び数を考慮する。支持梁２１７は、少ない数であることが好ましく、大きさも小さいことが望ましい。

上記では、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を備える船舶として、クローズドループ方式により排気ガスを浄化する船舶１を例に説明したが、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を備える船舶は、クローズドループ方式により排気ガスを浄化する船舶に限らない。例えば、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を、オープンループ方式により排気ガスを浄化する船舶に適用してもよい。

図１３は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０を備える船舶２の構成の概要を説明する図である。船舶２は、主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂから排出される排気ガスに海水を噴霧して、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する。船舶２は、海からくみ上げた海水を、直接排気ガスに噴霧する。そして、船舶２は、排気ガスに噴霧した海水を海に排出する。船舶２は、オープンループ方式により、主機エンジン５０、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂから排出される排気ガスを浄化する。

船舶２は、排気ガス浄化装置２０と、主機エンジン５０と、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂと、海水供給部８０と、を備える。船舶１と共通する構成については、船舶１の説明を参照することとして、ここでは説明を省略する。

［海水供給部８０］
海水供給部８０は、排気ガス浄化装置２０に海水ＳＷ２を供給する。海水供給部８０は、ポンプ８１を備える。ポンプ８１は、海ＳＥＡから海水をくみ上げて海水ＳＷ２として排気ガス浄化装置２０に移送する。ポンプ８１は、例えば、軸流ポンプである。海水供給部８０から供給された海水ＳＷ２は、排気ガス浄化装置２０における噴霧部２３から、排気ガス浄化装置２０の内部を通過する排気ガスＥＡに噴霧される。噴霧された海水ＳＷ２は、排気ガス浄化装置２０から排出されて、海ＳＥＡに放出される。

上述のように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、オープンループ方式により排気ガスを浄化する船舶に適用できる。

また、本実施形態に係る排気ガス浄化装置を、クローズドループ方式とオープンループ方式とを組み合わせたハイブリッド方式により排気ガスを浄化する船舶に適用してもよい。

図１４は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置２０を備える船舶３の構成の概要を説明する図である。船舶３は、クローズドループ方式とオープンループ方式とを切り替え可能なハイブリッド方式により排気ガスを浄化する。

船舶３は、貯溜部１０と、排気ガス浄化装置２０と、薬剤供給部３０と、熱交換部４０と、主機エンジン５０と、補機エンジン６０ａ及び補機エンジン６０ｂと、海水供給部８０と、切替部９０と、を備える。船舶１又は船舶２と共通する構成については、船舶１又は船舶２の説明を参照することとして、ここでは説明を省略する。

［切替部９０］
切替部９０は、クローズドループ方式の流路とオープンループ方式の流路を切り替える。切替部９０は、排気ガス浄化装置２０の上流に設けられる上流側切替部９１と、排気ガス浄化装置２０の下流に設けられる下流側切替部９２と、を備える。

上流側切替部９１は、熱交換部４０を排気ガス浄化装置２０に接続するか又は海水供給部８０を排気ガス浄化装置２０に接続するかを切り替える。上流側切替部９１は、バルブＶ１１と、バルブＶ１２と、を備える。バルブＶ１１は、熱交換部４０と排気ガス浄化装置２０との間に設けられる。バルブＶ１１は、熱交換部４０と排気ガス浄化装置２０との間を、通流又は遮断する。バルブＶ１２は、海水供給部８０と排気ガス浄化装置２０との間に設けられる。バルブＶ１２は、海水供給部８０と排気ガス浄化装置２０との間を、通流又は遮断する。

下流側切替部９２は、排気ガス浄化装置２０を貯溜部１０に接続するか又は排気ガス浄化装置２０から海ＳＥＡに排水するかを切り替える。下流側切替部９２は、バルブＶ２１と、バルブＶ２２と、を備える。バルブＶ２１は、排気ガス浄化装置２０と貯溜部１０との間に設けられる。バルブＶ２１は、排気ガス浄化装置２０と貯溜部１０との間を、通流又は遮断する。バルブＶ２２は、排気ガス浄化装置２０から海ＳＥＡに排水する経路の間に設けられる。バルブＶ２２は、排気ガス浄化装置２０から海ＳＥＡに排水する経路を通流又は遮断する。

船舶３は、クローズドループ方式で排気ガスを浄化する際は、バルブＶ１１及びバルブＶ２１を開にして、バルブＶ１２及びバルブＶ２２を閉にする。バルブＶ１１及びバルブＶ２１を開にして、バルブＶ１２及びバルブＶ２２を閉にすることによって、循環液ＣＷが、貯溜部１０、熱交換部４０及び排気ガス浄化装置２０を循環して、クローズドループ方式により排気ガスを浄化する。

また、船舶３は、オープンループ方式で排気ガスを浄化する際は、バルブＶ１１及びバルブＶ２１を閉にして、バルブＶ１２及びバルブＶ２２を開にする。バルブＶ１１及びバルブＶ２１を閉にして、バルブＶ１２及びバルブＶ２２を開にすることによって、海水ＳＷ２が、排気ガス浄化装置２０に海水供給部８０から供給されて、排気ガス浄化装置２０から海ＳＥＡに海水ＳＷ２が排出される。海水ＳＷ２が、排気ガス浄化装置２０に海水供給部８０から供給されて、排気ガス浄化装置２０から海ＳＥＡに海水ＳＷ２が排出されることにより、船舶３は、オープンループ方式により排気ガスを浄化する。

上述の様に、船舶３は、クローズドループ方式とオープンループ方式とを切り替えてハイブリッド方式により排気ガスを浄化できる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記の説明では、排気ガス浄化装置２０は、外筒部２１１と、内筒部２１６と、を備える二重円筒型の構成であったが、内筒部の内部に更に内筒部を備えることにより三重又はそれ以上の多重円筒型の構成としてもよい。

また、船舶１、船舶２及び船舶３のそれぞれは、排気ガス浄化装置２０から排出される浄化ガスＣＡの成分を分析するために、排気ガス浄化装置２０から浄化ガスＣＡが排出される経路に排気ガス分析計を備えてもよい。また、船舶１、船舶２及び船舶３のそれぞれは、海ＳＥＡに循環液ＣＷ、海水ＳＷ又は海水ＳＷ２を排出する経路に、水質計を備えてもよい。

さらに、船舶１及び船舶３のそれぞれは、排気ガスを浄化することによって生じた循環液ＣＷに含まれる中和塩を除去する除濁装置を備えるようにしてもよい。除濁装置は、除去した中和塩を保管するタンクを備えてもよい。また、除濁装置により中和塩が分離された分離水は、再度、循環液ＣＷとして使用してもよいし、別途タンクに保存するようにしてもよいし、海に放出するようにしてもよい。

１、２、３ 船舶
１０ 貯溜部
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 浄化部
２２ 液回収部
２３ 噴霧部
５０ 主機エンジン
６０ａ 補機エンジン
６０ｂ 補機エンジン
７１ 流量計
７２ 流量計
７３ 調整弁
７４ 分岐管
７４ａ 流入口
７４ｂ 第１流出口
７４ｃ 第２流出口
８０ 海水供給部
９０ 切替部
２１１ 外筒部
２１１Ｓ 内面
２１４ 第１排気ガス導入部
２１４ａ 第１排気ガス吸気口
２１５ 第２排気ガス導入部
２１５ａ 第２排気ガス吸気口
２１６ 内筒部
２１６ａ 端部
２１６ｂ 端部
２１６Ｓ 内面
２１６Ｔ 外面
２２１ タンク
２２２ 配管
２３１ 幹管
２３２ 枝管
２３３、２３４ ノズル
ＳＰ１ 空間
ＳＰ２ 空間

Claims (10)

1. 円筒形状を有し、外部から排気ガスが導入される第１排気ガス吸気口を有する外筒部と、
   前記外筒部の内部に設けられ、円筒形状を有し、外部から排気ガスが導入される第２排気ガス吸気口を有する内筒部と、
   前記内筒部の内部と、前記内筒部と前記外筒部との間と、に液体を噴霧する噴霧部と、
   を備える、
   排気ガス浄化装置。
2. 前記第１排気ガス吸気口は、前記外筒部の中心軸から外側にずれた位置に設けられ、
   前記第２排気ガス吸気口は、前記内筒部の中心軸から外側にずれた位置に設けられる、
   請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 円筒形状を有し、内面に沿って旋回しながら排気ガスが流れる外筒部と、
   前記外筒部の内部に設けられ、内面に沿って旋回しながら排気ガスが流れる内筒部と、
   前記内筒部の内部と、前記内筒部と前記外筒部との間と、に液体を噴霧する噴霧部と、
   を備える、
   排気ガス浄化装置。
4. 前記内筒部の下部は、液体に浸漬する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記第２排気ガス吸気口に接続する調整弁を備える、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記調整弁は、前記内筒部及び前記外筒部のそれぞれの半径に基づく流量になるように、制御する、
   請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
7. 複数の排気ガス発生源が接続される流入口と、前記流入口から流入する排気ガスが分岐して排出される第１流出口及び第２流出口と、を備え、前記第１流出口は前記第１排気ガス吸気口と接続し、前記第２流出口は前記第２排気ガス吸気口と接続する分岐管を更に備える、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
8. 前記第２排気ガス吸気口は複数の排気ガス発生源からの排気が集約されて接続される、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
9. 前記第１排気ガス吸気口は、船舶の主機エンジンに接続され、
   前記第２排気ガス吸気口は、前記船舶の補機エンジンに接続される、
   請求項１又は請求項２のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
10. 主機エンジンと、
    補機エンジンと、
    請求項１又は請求項２のいずれかに記載の排気ガス浄化装置と、
    を備え、
    前記第１排気ガス吸気口は、前記主機エンジンに接続され、
    前記第２排気ガス吸気口は、前記補機エンジンに接続される、
    船舶。

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