JP4409546B2

JP4409546B2 - ディーゼル機関における掃気空気冷却器を利用した造水装置および清水の噴霧、噴射装置

Info

Publication number: JP4409546B2
Application number: JP2006193733A
Authority: JP
Inventors: 正康松田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Marine and Engineering Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Marine and Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: JP2008018372A

Description

本発明は、ディーゼル船にける主機関の廃熱を利用した造水装置および清水の噴霧、噴射装置に関するもので、特に、主機関へ供給される掃気空気の空気冷却器の廃熱を利用した造水装置および該造水装置で得られた清水の噴霧、噴射装置に係わる。

一般に、ディーゼル船においては、ディーゼル機関の廃熱を利用して造水が行われ、有効に廃熱の回収がなされている。
例えば、ディーゼル機関シリンダーの、冷却器を有する冷却水系において、海水との熱交換により蒸留水を得る造水器を、ディーゼル機関冷却用循環清水ポンプと直結して設けて造水を行っている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、近年のディーゼル機関の高効率化に伴い、ディーゼル機関の廃棄熱量の減少により、得られる造水量（清水）が減少する傾向になっている。
一方、最近各海域で船舶においても、ディーゼル機関からの排ガス中に含まれるＮＯｘの規制がなされてきており、種々の方策が検討されつつあるが、一つの方策として機関の燃焼温度を抑えてＮＯｘの発生を減少させる対策が検討されており、そのためには大量の清水が必要とされる事態になっている。

特開昭６０−５１５８９号公報（第１頁、第２頁、図１）

本発明は、ディーゼル機関の廃熱を有効に利用して大量の清水を得る造水装置と、排ガス中に含まれるＮＯｘの量を減らすためにディーゼル機関に使用する清水の噴霧、噴射装置を得ることを目的とする。

ディーゼル機関における掃気空気冷却器の廃熱を利用する造水装置であって、掃気空気室に連接して掃気空気冷却器を設けると共に、海水を導入し減圧下で蒸発、蒸留させる造水装置を設け、掃気空気冷却器と造水装置との間に熱交換管を設けて、掃気空気冷却器の廃熱を造水装置にて海水が蒸発されるように利用して造水するようにして、掃気空気あるいは噴射燃料に混入させる清水を造水した。

前記熱交換管は、途中にポンプを設けた閉管路構成とし、熱交換媒体を密封、循環させるようにしたこと、前記熱交換管は、一端には海水を直接吸引するようにポンプを設け、多端側の先部にノズルを設けて造水装置内に配置し、造水装置の蒸発室内に海水をフラッシングするようにしたこと、前記熱交換管は、掃気空気冷却器に配設する前段で、造水装置の蒸発室内に通したことも特徴とする。

また、ディーゼル機関への清水噴霧、噴射装置であって、掃気空気室に連接して掃気空気冷却器を設けると共に、海水を導入し減圧下で蒸発、蒸留させる造水装置を設け、掃気空気冷却器と造水装置との間に熱交換管を設けて、掃気空気冷却器の廃熱を造水装置にて海水が蒸発されるように利用して造水した清水を、造水装置から排出管を介して掃気空気室内に噴霧するか、あるいは造水装置から排出管を介してシリンダー内に噴射するようにした。

ディーゼル機関には、過給機で断熱圧縮された高温の掃気空気が供給されるが、この掃気空気の空気冷却器の廃熱を造水装置に取り込み造水するようにした。また、造水した清水をディーゼル機関に噴霧、噴射してディーゼル機関の燃焼温度を抑え、ディーゼル機関からの排ガス中に含まれるＮＯｘを減少させるようにしたので、ディーゼル機関の運転中に、機関の出力に比例して得られる熱量により安定して造水でき、清水が得られる。
また、安定して得られる該清水をディーゼル機関に供給する掃気空気に噴霧し、あるいはディーゼル機関のシリンダーに噴射して、ディーゼル機関の燃焼温度を抑えるようにしたので、排ガス中に含まれるＮＯｘを減少させることができる。

以下、図示した本発明の最良の形態について説明する。図１は本発明による造水装置の１例を示す概略図であり、図２は同じく造水装置の他の例を示す概略図である。図３は図２に示す造水装置の変形例である。図４は造水装置で得られた清水を掃気空気室内に噴霧する例を示す概略図であり、図５は同じく清水を直接シリンダー内に噴射する例を示す概略図である。

図において１はディーゼル機関である。２はディーゼル機関１のシリンダー、３はシリンダー２に連結されたクランクであり、４はクランク３により回転される出力軸である。５はシリンダー２の排気口に連結されている排気溜りであり、６は過給機である。排気溜り５からの排ガスのエネルギーを利用して空気を過給機６にて断熱圧縮し、掃気空気として掃気空気室７に送る。掃気空気室７には掃気空気冷却器８が連接されている。

掃気空気は断熱圧縮されて高温であり、空気密度を高めるなどのために、掃気空気冷却器８で冷却されてからディーゼル機関１に供給されるようになっている。通常、掃気空気冷却器８においては図示していないが、掃気空気は海水あるいは清水と熱交換され、温度を下げられているが、従来ここでの大量の廃熱は捨てられていた。

図１において、掃気空気冷却器８には、減圧釜式の造水装置１１との間に熱交換管９が設けられている。該熱交換管９は途中にポンプ１０が設けられた閉管路構成であり、熱交換媒体を密封して循環するようになっている。
造水装置１１は水槽室１１′に熱交換管９の加熱管９′が配設されており、水槽室１１′の入口側において約８０℃以上の熱交換媒体が循環供給されるようになっている。この水槽室１１′に海水が導入されるが造水装置１１は減圧下にあるので、導入される海水は急減圧され、蒸発室１１″に蒸発し、同蒸発室１１″で冷却されて蒸留水が得られる。なお、得られた蒸留水は排出管１２により使用目的に送水される。１３は水槽室１１′に対する海水供給管である。

図２に示す例では、掃気空気冷却器８に設けられている熱交換管１４は、一端には海水を直接吸引するようにポンプ１５が設けられており、多端側は造水装置１６に配設され、その先部にはノズルが設けられていて造水装置１６の蒸発室１６″内に海水をフラッシングするようになっている。
したがって、ポンプ１５により吸引された海水は、熱交換管１４内で加熱され、出口側で約８０℃以上になり、減圧下の蒸発室１６″内にフラッシングされ、急減圧されて蒸気室１６″内に蒸発し、同蒸気室１６″で冷却されて蒸留水が得られる。

図３に示す例は図２の構成の変形例であって、掃気空気冷却器８に設けられている熱交換管１４′は、図２の構成と同様に一端には海水を直接吸引するようにポンプ１５が設けられており、多端側は造水装置１６に配設されているが、掃気空気冷却器８に配設する前段で、一旦造水装置１６の蒸発室１６″内に通されている。
この構成によれば、ポンプ１５により吸引された海水は蒸発室１６″内で予熱されてから掃気空気冷却器８に送られるので、効率よく加熱される。また、蒸発室１６″内の蒸気冷却用水としても使用されるので、装置として効果的な構成となる。

次ぎに、ディーゼル機関１に対する清水の噴霧装置について説明する。図４は造水装置１６で得られた清水を掃気空気室７内に噴霧する例を示している。造水装置１６で得られた清水は排出管１２′により掃気空気室７内に噴霧され、掃気空気に混入されてシリンダー２に導入される。図５は造水装置１６で得られた清水を直接シリンダー２内に噴射する例を示している。造水装置１６で得られた清水は排出管１２″によりシリンダー２の頂部に設けた清水噴射弁１７よりシリンダー２内に導入され、燃料噴射弁１８より噴射される燃料に混入される。

さて、この種のディーゼル機関１の燃焼温度は１０００℃以上に達する。そして、燃料重油が燃焼するときにはＮＯｘが発生するが、このＮＯｘの発生は高温燃焼のとき、より大量のＮＯｘが発生することが知られている。

本発明は上述のごとく、掃気空気あるいは噴射燃料に清水を混入させるようにしたので、シリンダー２内での燃焼温度、特に、ピークのときの温度を低減でき、その分燃焼排ガス中のＮＯｘ含有量を下げることができる。機関ごとに異なるので一概に言えないが、ある例では排気中のＮＯｘ含有量が半減している。また、ディーゼル機関１の出力（ｋｗ）に比例する掃気空気冷却器８の廃熱を利用して造水するようにしたので、ディーゼル機関１の出力に比例して、約２リットル／ｋｗ／日以上の清水を安定して得ることができ、ＮＯｘ低減に必要な清水量を確保することができる。

本発明による造水装置の１例を示す概略図。同じく造水装置の他の例を示す概略図。図２に示す造水装置の変形例。造水装置で得られた清水を掃気空気室内に噴霧する例を示す概略図。同じく清水を直接シリンダー内に噴射する例を示す概略図。

符号の説明

１ディーゼル機関２シリンダー
３クランク４出力軸
５排気溜り６過給機
７掃気空気室８掃気空気冷却器
９熱交換管１０ポンプ
１１造水装置１２排出管
１３海水供給管１４熱交換管
１５ポンプ１６造水装置
１７清水噴霧弁１８燃料噴射弁

Claims

掃気空気室に連接して掃気空気冷却器を設けると共に、海水を導入し減圧下で蒸発、蒸留させる造水装置を設け、掃気空気冷却器と造水装置との間に熱交換管を設けて、掃気空気冷却器の廃熱を造水装置にて海水が蒸発されるように利用して、掃気空気あるいは噴射燃料に混入させる清水を造水することを特徴とするディーゼル機関における掃気空気冷却器を利用した造水装置。
掃気空気冷却器と造水装置との間に設ける熱交換管は、途中にポンプを設けた閉管路構成とし、熱交換媒体を密封、循環させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関における掃気空気冷却器を利用した造水装置。
掃気空気冷却器と造水装置との間に設ける熱交換管は、一端には海水を直接吸引するようにポンプを設け、多端側の先部にノズルを設けて造水装置内に配置し、造水装置の蒸発室内に海水をフラッシングするようにしたことを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関における掃気空気冷却器を利用した造水装置。
掃気空気冷却器と造水装置との間に設ける熱交換管は、掃気空気冷却器に配設する前段で、造水装置の蒸発室内に通したことを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関における掃気空気冷却器を利用した造水装置。
ディーゼル機関の掃気空気室に連接して掃気空気冷却器を設けると共に、海水を導入し減圧下で蒸発、蒸留させる造水装置を設け、掃気空気冷却器と造水装置との間に熱交換管を設けて、掃気空気冷却器の廃熱を造水装置にて海水が蒸発されるように利用して造水した清水を、造水装置から排出管を介して掃気空気室内に噴霧して掃気空気に混入させることを特徴とする清水の噴霧装置。
ディーゼル機関の掃気空気室に連接して掃気空気冷却器を設けると共に、海水を導入し減圧下で蒸発、蒸留させる造水装置を設け、掃気空気冷却器と造水装置との間に熱交換管を設けて、掃気空気冷却器の廃熱を造水装置にて海水が蒸発されるように利用して造水した清水を、造水装置から排出管を介してシリンダー内に噴射して噴射燃料に混入させることを特徴とする清水の噴射装置。