JP5631340B2

JP5631340B2 - 船舶の摩擦抵抗低減装置

Info

Publication number: JP5631340B2
Application number: JP2012007794A
Authority: JP
Inventors: 石田　裕幸; 裕幸石田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP2013147089A

Description

本発明は、船舶の摩擦抵抗低減装置に関し、詳しくは、船舶用ディーゼルエンジンのＥＧＲ機構として構成された船舶の摩擦抵抗低減装置に関する。

船舶の摩擦抵抗を低減する技術として、船底に気体を噴射し、船体と海水との間に気泡の層を形成することで、船体表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減装置が知られている。この摩擦抵抗低減装置において船底まで気体を送り込むためには、船底の高さ（喫水）に対応する水圧よりも高い圧力の気体が必要となる。

船底まで気体を送り込む手段としては、例えば電動コンプレッサによって大気を昇圧する方法（特許文献１）や、過給機の周辺から加圧気体（給気、掃気）および／または排気の一部を抽気して船底に送り込む方法がある（特許文献２）。また、船底の船尾に気体回収口を設け、この気体回収口から回収した空気を再度船底まで送り込むことで、気体圧縮に要するエネルギーを低減する技術も公知である（特許文献３）。このような摩擦抵抗低減装置により、数％以上の燃費改善効果が得られると言われている。

特開２０１０−２０８４３５号公報特開２０１０−２２８６７９号公報特開２０１１−２１３３０３号公報

ところで、車両用ディーゼルエンジンと同様、船舶用ディーゼルエンジンにおいても排ガスの浄化が課題となっており、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を低減するために、ＥＧＲ（排ガス再循環）機構を備えた船舶用ディーゼルエンジンについての研究が本発明者らなどによって行われている。船舶用のディーゼルエンジンにＥＧＲを導入するにあたっては、再循環させる排ガス中からＰＭ（粒子状物質）や硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）を除去するために、図４に示したように、ＥＧＲ通路１２４の途中にスクラバ１３０を設置する必要がある。なお図４中の符号１１０は船舶用ディーゼルエンジン、符号１２０は過給機である。

しかしながら、このスクラバ１３０は、船外から汲み上げた海水をスクラバ１３０内において排ガスに噴霧することで、ＰＭおよびＳＯ_Ｘを除去するものであり、その構成として大型のポンプ設備等が必要となるほか、スクラバ１３０自体も大規模なものとなり、船体内に配置する上で設置スペースおよび設置費用の点で大掛かりなものである。

すなわち、本発明の船舶の摩擦抵抗低減装置は、船体の船底から気体を噴射することで、船体の表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する船舶の摩擦抵抗低減装置において、前記船舶は、ディーゼルエンジンの排ガスによって駆動する過給機を備えており、前記過給機の排気タービンの上流および／または下流から排ガスを分流して船底まで導流する排ガス導流路と、該導流された排ガスを船底から海水中へと噴射する排ガス噴射口と、該排ガス噴射口に対して進行方向下流側に形成され、該排ガス噴射口から噴射された排ガスを船体に回収する排ガス回収口と、該排ガス回収口にて回収された排ガスを前記過給機の圧縮機の上流に供給する排ガス供給路と、を備えたことを特徴とする。

このように本発明では、過給機の排気タービンの上流または下流から排ガスを分流して船底まで導流し、導流された排ガスを船底から海水中へと噴射することで、船体と海水との間に気泡の層を形成し、船体表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減装置を構成している。またさらに、排ガス噴射口から噴射された排ガスを船体に回収し、この回収した排ガスを過給機の圧縮機の上流に供給することで、排ガスを再循環させるＥＧＲ機構を構成している。

このように本発明では、船舶用ディーゼルエンジンのＥＧＲ機構として船舶の摩擦抵抗低減装置を構成することで、海水による脱硫作用を利用して排ガスを浄化し、この浄化した排ガスを排ガス回収口にて回収して過給機の圧縮機の上流に供給することで、スクラバが小型化または不要となるＥＧＲ機構を船舶用ディーゼルエンジンに導入することができる。

上記発明において、前記排ガス導流路は、前記過給機の排気タービンの上流から排ガスの一部を分流して船底まで導流するように構成することができる。
このように構成すれば、排気タービンを駆動させる前の高圧の排ガスの一部を分流するため、別途ブロアやコンプレッサなどの圧送手段を備えずとも、排ガスを船底まで送り込むことができる。

また上記発明において、前記排ガス導流路は、前記過給機の排気タービンの下流から排ガスの一部または全部を分流するとともに、該分流された排ガスを圧送して船底まで導流する圧送手段を備えるように構成することができる。
このように構成すれば、排気タービンの下流から排ガスを分流するため、大量の排ガスを分流して船底に送ることができる。このため、スクラバを一段と小型化し、または不要とすることができる。

本発明によれば、船舶用ディーゼルエンジンのＥＧＲ機構として船舶の摩擦抵抗低減装置を構成することで、スクラバが小型化または不要となるＥＧＲ機構を備えた船舶の摩擦抵抗低減装置を提供することができる。

第１の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。第２の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。第３の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。船舶用ディーゼルエンジンにおけるＥＧＲ機構を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。図１に示したように、本発明の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶１は、船体２の内部に配置されたディーゼルエンジン１０および該ディーゼルエンジン１０の排ガスによって駆動する過給機２０を備えている。また、船体２の船尾には、ディーゼルエンジン１０の動力によって回転するプロペラ６が設けられるとともに、船体２の船底３には、排ガス噴射口２４とその進行方向下流側に排ガス回収口２６が形成されている。また、符号４は喫水線、符号５は、排ガスを外部に排出するための煙突である。

過給機２０は、同軸上に配置されたコンプレッサ２０ａおよび排気タービン２０ｂを有し、ディーゼルエンジン１０の排ガスによって排気タービン２０ｂが駆動し、これによりコンプレッサ２０ａが同軸駆動することで、ディーゼルエンジン１０の燃焼室に圧縮空気を供給するように構成されている。

また、ディーゼルエンジン１０と過給機２０の排気タービン２０ｂとの間、すなわち排気タービン２０ｂの上流には、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスの一部を分流して船底３の排ガス噴射口２４まで導流する排ガス導流路２２Ａが形成されている。このように、排気タービン２０ｂを駆動させる前の高圧の排ガスを分流することで、別途ブロアやコンプレッサなどの圧送手段を備えずとも、排ガスを船底３まで送り込むことができる。

また、この排ガス導流路２２Ａの分流部には制御バルブ２３ａが設置されており、制御バルブ２３ａのバルブ開度を調節することで、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスの一部（例えば１０〜２０％程度）を分流するように制御される。また、排ガス噴射口２４には、噴射ノズル２４ａが配置されており、排ガス噴射口２４まで導流された排ガスは、この噴射ノズル２４ａから微細な気泡として噴射されるようになっている。

排ガス噴射口２４から噴射された排ガスは、気泡流２５となって船底３を覆い、これにより、船体２の表面と海水との間の摩擦抵抗が低減される。また、排ガスが海水と接触することで、排ガス中のＰＭ（粒子状物質）および硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）が除去される。なお、排ガスと海水との接触により、下記（ａ）から（ｄ）に示すような反応が生じることで、排ガス中に含まれるＳＯ_２成分が海水に溶解するためと考えられている。かかる海水脱硫については、例えば、本出願人により開示された特開２００６−５５７７９号公報等に詳しく説明されている。
（ａ）ＳＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＳＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋
（ｂ）ＨＳＯ_３ ^２−＋１／２Ｏ_２→＋ＳＯ_４ ^２−＋Ｈ^＋
（ｃ）ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣＯ_３ ⁻＋Ｈ_＋
（ｄ）ＨＣＯ_３ ⁻→ＣＯ_３ ^２−＋Ｈ^＋

なお、排ガス噴射口２４から噴射される排ガスは、上述のように微細な気泡流２５として噴射される方が、気泡と海水との接触面積が増加するため、上記浄化作用が促進され、好ましい。

そして、排ガス噴射口２４から噴射された排ガスの気泡流２５は、船体２に対して進行方向下流へと流されて、排ガス回収口２６から船体２の内部へと回収される。そして、回収された排ガスは、排ガス供給路２８を介して、過給機２０の圧縮機２０ａの上流に供給されるようになっている。

すなわち本発明では、上述した排ガス導流路２２Ａ、排ガス噴射口２４、排ガス回収口２６、排ガス供給路２８によって船舶１の摩擦抵抗低減装置を構成するとともに、これらによって、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスを再循環させるＥＧＲ機構をも構成している。そして上述したように、排ガスが海水と接触することで排ガス中のＰＭおよびＳＯ_Ｘ等が除去されることから、スクラバが小型化または不要となるＥＧＲ機構を備えた船舶１の摩擦抵抗低減装置を提供することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態の摩擦抵抗低減装置について、図２を基に説明する。図２は、第２の実施形態の摩擦抵抗低減装置を備えた船舶の概略断面図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態と基本的には同様の態様であって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２に示したように、本実施形態は、上述した実施形態と比べて、過給機２０の排気タービン２０ｂの上流から排ガスを分流する排ガス導流路２２Ａが形成されておらず、その代わりに、過給機２０の排気タービン２０ｂの下流から排ガスを分流する排ガス導流路２２Ｂが形成されている点が、上述した実施形態とは異なっている。

また、本実施形態では、排気タービン２０ｂを駆動させた後の低圧の排ガスを分流することから、分流した排ガスを加圧して船底３まで送り込むための圧送手段２７を備えている。かかる圧送手段２７としては、例えば、ブロアやコンプレッサなどが挙げられる。

また、本実施形態では、排ガス導流路２２Ｂの排気流路２１からの分流部に制御バルブ２３ａが配置されている。そして、制御バルブ２３ａのバルブ開度を調節することで、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスの一部を分流することができるようになっている。

また、排気流路２１の分流部の下流側には、制止バルブ２３ｂが配置されている。そして、この制止バルブ２３ｂを閉弁し、制御バルブ２３ａを開弁することで、排ガスの全量を排ガス導流路２２Ｂを介して排ガス噴射口２４へと導流することもできるようになっている。

このように、本実施形態によれば、排気タービン２０ｂの下流から排ガスを分流するため、上述した実施形態よりも大量の排ガスを分流して船底３へと導流することができる。すなわち、上述した実施形態では、排気タービン２０ｂの上流から排ガスを分流していたため、排気タービン２０ｂを駆動させるだけの排ガスを残しておく必要があったが、本実施形態ではそのような必要はない。よって、上述した実施形態と比べて、スクラバを一段と小型化し、または不要とすることができる。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、排ガス噴射口２４および排ガス回収口２６は、船底３の各１つ形成されていた。しかしながら本発明はこれに限定されず、複数の排ガス噴射口２４および排ガス回収口２６を備えていてもよいものである。また、排ガス回収口２６は、船底３に形成されていたが、喫水線４よりも下側であれば、例えば船体２の側面に形成されていてもよいものである。

また例えば、図３に示したように、上述した第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた第３の実施形態として、排ガス導流路２２Ａと排ガス導流路２２Ｂの両方を備えた摩擦抵抗低減装置を構成することも可能である。このような第３の実施形態によれば、排ガス導流路２２Ａを介して船底３に導流される排ガスについては加圧する必要がないため、上述した第２の実施形態と比べて、排ガス導流路２２Ｂに設置される圧送手段２７を小型化することができる。

本発明は、排ガスの浄化が求められる船舶の摩擦抵抗低減装置として、好適に利用することができる。

１船舶
２船体
３船底
４喫水線
１０，１１０ディーゼルエンジン
２０，１２０過給機
２０ａコンプレッサ
２０ｂ排気タービン
２１排気流路
２２Ａ，２２Ｂ排ガス導流路
２３ａ制御バルブ
２３ｂ制止バルブ
２４排ガス噴射口
２４ａ噴射ノズル
２５気泡流
２６排ガス回収口
２７圧送手段
２８排ガス供給路
１２４ＥＧＲ通路
１３０スクラバ

Claims

船体の船底から気体を噴射することで、船体の表面と海水との間の摩擦抵抗を低減する船舶の摩擦抵抗低減装置において、
前記船舶は、ディーゼルエンジンの排ガスによって駆動する過給機を備えており、
前記過給機の排気タービンの上流および／または下流から排ガスを分流して船底まで導流する排ガス導流路と、該導流された排ガスを船底から海水中へと噴射する排ガス噴射口と、該排ガス噴射口に対して進行方向下流側に形成され、該排ガス噴射口から噴射された排ガスを船体に回収する排ガス回収口と、該排ガス回収口にて回収された排ガスを前記過給機の圧縮機の上流に供給する排ガス供給路と、を備えたことを特徴とする船舶の摩擦抵抗低減装置。
前記排ガス導流路は、前記過給機の排気タービンの上流から排ガスの一部を分流して船底まで導流するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。
前記排ガス導流路は、前記過給機の排気タービンの下流から排ガスの一部または全部を分流するとともに、該分流された排ガスを圧送して船底まで導流する圧送手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の船舶の摩擦抵抗低減装置。