JP5701016B2 - エンジン排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
ディーゼルエンジンから発生する窒素酸化物を低減する技術としては、排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)が知られている。この排気ガス再循環(以下、「EGR」と呼ぶ)は、燃焼後の排気ガスから一部を取り出して給気側に導き、この排気ガスを再度給気させるものであり、高圧EGR及び低圧EGRが知られている。
特許文献1には、スクラバーを通過した排気ガスをブロワで高圧に昇圧して給気する高圧EGRが開示されている。また、特許文献2に開示された低圧EGRでは、昇圧用のブロワが必要になるものの、スクラバーを通過することによる圧力損失を補う小容量のものでよい。
高圧EGRの場合、スクラバー通過後の排気ガスを掃気圧レベル(高圧)に昇圧する必要があるため、昇圧用ブロワの容量が過大となる。このため、昇圧用ブロアの運転に必要な駆動力も大きくなり、たとえば電動機により駆動する場合、必要な電力を賄うためには発電用補機の台数増加が必要になる。このような発電用補機の増加は、コストの増加やレイアウトの自由度を低下させる要因となり、しかも、発電用補機は燃費が悪いため、船舶の運航コストを増加させる要因にもなる。また、高圧EGRの場合、スクラバーが高温・高圧仕様となるため、硫酸の発生に伴う硫酸腐食対策と合わせて、長期的な信頼性確保が懸念される。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガス再循環(EGR)用として排気タービン過給機の上流から抽出した排気ガス(再循環用排気ガス)について、排気ガス洗浄装置による洗浄処理後の昇圧に要する電力を低減または不要にしたエンジン排気ガス浄化装置を提供することにある。
本発明に係るエンジン排気ガス浄化装置は、排気タービン過給機を備えた舶用主機関から排出される排気ガス中の大気汚染物質を低減及び除去するエンジン排気ガス浄化装置であって、前記排気タービン過給機のタービン部より上流側の排気系統から再循環用排気ガスとして導入した前記排気ガスの一部を洗浄処理する排気ガス洗浄装置と、前記排気ガス洗浄装置の上流側に配設されて前記再循環用排気ガスを用いて駆動される再循環用タービン部と同軸の再循環用圧縮機部により前記排気ガス洗浄装置を通過した前記再循環用排気ガスを昇圧させる再循環用排気タービン過給機と、を備えていることを特徴とするものである。
この場合のエンジン排気ガス浄化装置は、前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスを冷却して前記排気タービン過給機の圧縮機部に供給する熱交換器を備えていることが好ましく、これにより、再循環用排気ガスの密度を増すことができる。
図1に示すエンジン排気ガス浄化装置(以下、「浄化装置」と呼ぶ)1は、船舶推進用の主機関となるメインエンジン(たとえば、ディーゼルエンジン)10の排気ガス中に含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物等の有害物質(大気汚染物質)を低減及び除去する装置である。
メインエンジン10は、複数のシリンダ11と、給気マニホルド12と、排気マニホルド13とを具備して構成される。各シリンダ11の内部には、図示しない燃料供給系統から供給される燃料が噴射される。この燃料は、給気マニホルド12から供給される給気中の酸素によりシリンダ11内で燃焼するので、メインエンジン10では、燃料の保有する熱エネルギがエンジン出力に変換されるとともに、燃焼による排気ガスが生成される。
排気タービン過給機20は、排気ガスが保有するエネルギ(運動エネルギ及び熱エネルギ)を利用してタービン部21を高速回転させ、その回転力で圧縮機部22を駆動して給気を圧縮する装置である。なお、図中の符号23は、タービン部21と圧縮機部22との間を連結する回転軸である。
空気冷却器40は、過給機の圧縮により温度が上がった給気を冷却するための熱交換器であり、メインエンジン10の燃費効率及び出力の向上に有効である。なお、図中の符号41は、冷却媒体の冷却水を供給する給水管である。
EGR系統L3の途中には、排気系統L1の分岐点側から順に、流量制御弁50、再循環用排気タービン過給機(以下、「EGR過給機」と呼ぶ)60、排気ガス洗浄装置70及びEGRガスを冷却するEGR熱交換器80が配設されている。
EGR過給機60は、排気ガス洗浄装置70の上流側に配設されてEGRガスを用いて駆動される再循環用タービン部(以下、「EGRタービン部」と呼ぶ)61と、このEGRタービン部61と同軸の再循環用圧縮機部(以下、「EGR圧縮機部」と呼ぶ)62により構成され、排気ガス洗浄装置70を通過したEGRガスを圧縮して昇圧させる装置である。なお、図中の符号63は、EGRタービン部61とEGR圧縮機部62との間を連結している回転軸である。
しかし、このEGR熱交換器62は、たとえばメインエンジン10の運転条件等に応じて、適宜省略することも可能である。なお、図中の符号81は、たとえば冷却媒体の水を供給する給水管である。
この場合のEGR過給機60は、EGRガスを用いて駆動されるEGRタービン部61と同軸のEGR圧縮機部62が回転することにより、排気ガス洗浄装置70を通過したEGR排気ガスをEGR圧縮機部62に吸入して昇圧させる。
そして、上述したEGR過給機60には、EGRタービン部61及びEGR圧縮機部62と回転軸63aで連結された同軸の発電機64を備えたハイブリッド過給機を採用することが望ましい。このようなハイブリッド過給機をEGR過給機60に採用すると、EGR過給機60は、EGRガスを昇圧するだけでなく、EGR過給機60の出力を有効に利用して発電機64により電力を得ることができる。
本実施形態の浄化装置1Aでは、EGR過給機60のEGR圧縮機部62で昇圧したEGRガスを再度昇圧させるため、ブロワ90がEGR系統L3′に設けられている。このブロワ90はEGR圧縮機62の下流に配設され、図示しない電動機を駆動源として運転される電動ブロワである。
このようなブロワ90は、EGR過給機60による昇圧の不足分を補う2段目の昇圧を行うものであるから、消費電力の小さい小容量の電動ブロワを使用しても充分な機能を有している。
また、この実施形態のEGR過給機60は、上述した実施形態と同様に、発電機64を備えたハイブリッド過給機としてもよい。
このため、浄化装置1,1Aの運転に必要な電力を賄う発電用補機(不図示)の台数または発電能力を低減することができる。従って、本実施形態の浄化装置1,1Aは、装置のコスト低減に加えて、船内に設置する機器類のレイアウトについても自由度の向上が可能になる。さらに、燃費に問題を有する発電用補機の台数を低減できるため、船舶の運航に要するコストも低減することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10 メインエンジン(船舶推進用の主機関)
11 シリンダ
12 給気マニホルド
13 排気マニホルド
20 排気タービン過給機
21 タービン部
22 圧縮機部
30 排気ガスエコノマイザ
40 空気冷却器
50 流量制御弁
60 再循環用排気タービン過給機(EGR過給機)
61 再循環用タービン部(EGRタービン部)
62 再循環用圧縮機部(EGR圧縮機部)
70 排気ガス洗浄装置
80 EGR熱交換器
90 ブロア
L1 排気系統
L2 給気系統
L3,L3′ 排気ガス再循環系統(EGR系統)
Claims (5)
- 排気タービン過給機を備えた舶用主機関から排出される排気ガス中の大気汚染物質を低減及び除去するエンジン排気ガス浄化装置であって、
前記排気タービン過給機のタービン部より上流側の排気系統から再循環用排気ガスとして導入した前記排気ガスの一部を洗浄処理する排気ガス洗浄装置と、
前記排気ガス洗浄装置の上流側に配設されて前記再循環用排気ガスを用いて駆動される再循環用タービン部と同軸の再循環用圧縮機部により前記排気ガス洗浄装置を通過した前記再循環用排気ガスを昇圧させる再循環用排気タービン過給機と、を備えていることを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置。 - 前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスは、前記排気タービン過給機の圧縮機部に新気とともに供給されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
- 前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスを冷却して前記排気タービン過給機の圧縮機部に供給する熱交換器を備えていることを特徴とする請求項2に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
- 前記再循環用圧縮機部で昇圧した前記再循環用排気ガスは、ブロワによる再度の昇圧後に前記排気タービン過給機の圧縮機部で昇圧された新気と合流するように供給されることを特徴とする請求項1に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
- 前記再循環用排気タービン過給機が同軸の発電機を備えたハイブリッド過給機であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のエンジン排気ガス浄化装置。
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