JP5916772B2 - 排ガス処理装置、船舶、水供給方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、舶用のディーゼルエンジンから排出される排ガスを処理する排ガス処理装置、排ガス処理装置を有する船舶、水供給方法に関するものである。
ディーゼルエンジンから排出される排ガスは、ＮＯｘやＳＯｘ、煤塵などの有害物質が含まれている。特に、低質な燃料が使用される舶用のディーゼルエンジンは、排ガスに含まれる有害物質の量も多くなる。そのため、舶用のディーゼルエンジンは、近年厳しくなる各種排ガス規制に対応するため、この有害物質を処理する技術や排ガス処理装置が必要となる。
排ガス中のＮＯｘを低減する方法としては、排ガス再循環（ＥＧＲ）がある。このＥＧＲは、ディーゼルエンジンの燃焼室から排出された排ガスの一部を、燃焼用空気に混入して燃焼用混合ガスとし、燃焼室に戻すものである。そのため、燃焼用混合ガスは、酸素濃度が低下し、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることで燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。
ところで、ディーゼルエンジンから排出される排ガスは、前述の通りにエンジンに対しても有害なＳＯｘ、煤塵が含まれているため、ＥＧＲバルブを通ってスクラバによりＳＯｘや煤塵などの有害物質が除去された後、大気から吸入された燃焼用空気に混入されてからディーゼルエンジンに戻される。このとき、スクラバは、排ガスに対して水噴射を行うことで有害物質を除去している。このスクラバは、再循環ガスだけではなく、煙突から排出される排ガスのＳＯｘや煤塵を除去する装置としても有効である。
なお、排ガス再循環システムとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。また、発生したドレン水を処理するドレン水処理装置としては、例えば、特許文献２に記載されたものがある。
上述した従来の排ガス処理装置にて、排ガスの再循環ラインに設けられたスクラバは、排ガスに水噴射を行うことで有害物質を除去している。この場合、有害物質を除去するために噴射された水は、回収されてフィルタを通すことで再処理された後、再び、有害物質除去のために使用される。一方、排ガスは、高温であることから水噴射により水蒸気が発生し、この水蒸気が排ガスにより持ち去られるため、有害物質の除去処理に使用される水は、フィルタによる水処理や高温の排ガスによる蒸発により徐々に減少する。そのため、従来は、清水タンクに貯留されている清水をスクラバに補給している。この清水は、船舶に搭載されている造水器により製造するものであり、スクラバへの補給水が増加すると、造水器の大型化を招き、船舶設備への負担が大きくなってしまう。
本発明は上述した課題を解決するものであり、処理水を有効利用することで装置の大型化及び高コスト化を抑制可能とする排ガス処理装置、船舶、水供給方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明の排ガス処理装置は、エンジンから排出された排ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として前記エンジンに再循環する排ガス再循環ラインと、前記排ガス再循環ラインを流れる排ガスに対して水を噴射することで有害物質を除去するスクラバと、空気と再循環ガスを混合した燃焼用混合ガスを冷却する冷却器と、前記冷却器により燃焼用混合ガスを冷却することで発生した凝縮水を前記スクラバに供給する凝縮水供給装置と、を有することを特徴とするものである。
従って、エンジンから排出された排ガスは、その一部が排ガス再循環ラインを通るとき、スクラバは、排ガス再循環ラインを流れる排ガスに対して水を噴射することで有害物質を除去し、冷却器は、空気と再循環ガスを混合した燃焼用混合ガスを冷却する。このとき、凝縮水供給装置は、冷却器により燃焼用混合ガスを冷却することで発生した凝縮水を排ガスに噴射する水としてスクラバに供給する。そのため、スクラバに排ガスに噴射する水として清水などを供給する必要量が減少し、処理水を有効利用することで装置の大型化及び高コスト化を抑制することができる。
本発明の排ガス処理装置では、排ガスに対して噴射された水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクの水量を計測する水量センサと、前記水量センサが計測した前記貯水タンクの水量が予め設定された値を超えたら前記凝縮水供給装置から凝集水を供給する、あるいは供給を止める制御装置が設けられることを特徴としている。
従って、スクラバにおける貯水タンクの水量が予め設定された値を超えたら、制御装置が凝縮水供給装置を作動させることで、冷却器で発生した凝縮水をスクラバに供給し、スクラバにおける貯水タンクの水量が予め設定された値を超えたら、制御装置が凝縮水供給装置を停止させることで、スクラバにおける貯水タンクの水量を常時適量に維持することができる。
本発明の排ガス処理装置では、清水を前記スクラバに供給する清水供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記凝縮水供給装置を作動しても前記水量センサが計測した前記貯水タンクの水量が増加しないときは前記清水供給装置を作動させることを特徴としている。
従って、スクラバにおける貯水タンクの水量が予め設定された値を超え、貯水タンクの水量が増加しないとき、清水供給装置を作動させ、予め設定された値より多くなったときに清水供給装置を停止させることで、スクラバにおける貯水タンクの水量を常時適量に維持することができる。
本発明の排ガス処理装置では、前記スクラバは、排ガス中の煤塵を除去可能なスクラバまたは排ガス中のＳＯｘを除去可能なスクラバであることを特徴としている。
従って、スクラバにより排ガス中の煤塵やＳＯｘを適正に除去することができる。
本発明の排ガス処理装置では、前記スクラバは、排ガス中の煤塵を除去する煤塵除去用スクラバ及び排ガス中のＳＯｘを除去するＳＯｘ除去用スクラバを有し、前記貯水タンクは、前記煤塵除去用スクラバ及び前記ＳＯｘ除去用スクラバからの排水を貯留することを特徴としている。
従って、煤塵除去用スクラバとＳＯｘ除去用スクラバの貯水タンクを共用化することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
また、本発明の船舶は、前記排ガス処理装置を備えるものである。
従って、処理水を有効利用することで装置の大型化及び高コスト化を抑制することができる。
また、本発明の水供給方法は、エンジンから排出される排ガスに噴射する水を供給する方法であって、前記エンジンへ供給される燃焼用混合ガスを冷却することで得られる凝縮水を前記排ガスに噴射する水として供給することを特徴とするものである。
従って、処理水を有効利用することで装置の大型化及び高コスト化を抑制することができる。
本発明の排ガス処理装置、船舶、水供給方法によれば、冷却器により燃焼用混合ガスを冷却することで発生した凝縮水をスクラバに供給する凝縮水供給装置を設けるので、処理水を有効利用することで装置の大型化及び高コスト化を抑制することができる。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る排ガス処理装置、船舶、水供給方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
［実施形態１］
図１は、第１実施形態の排ガス処理装置を表す概略構成図、図２は、第１実施形態の排ガス処理装置による処理の流れを表すフローチャート、図３は、貯水部に対する水供給制御を声明するための概略図である。
図１は、第１実施形態の排ガス処理装置を表す概略構成図、図２は、第１実施形態の排ガス処理装置による処理の流れを表すフローチャート、図３は、貯水部に対する水供給制御を声明するための概略図である。
第１実施形態の排ガス処理装置は、舶用ディーゼルエンジンから排出された排ガスの一部を空気と混合した後過給機により圧縮して燃焼用混合ガスとして舶用ディーゼルエンジンに再循環するとき、この再循環する排ガスから有害物質を除去するものである。
第１実施形態の排ガス処理装置において、図１に示すように、舶用ディーゼルエンジン１１は、図示しないが、プロペラ軸を介して推進用プロペラを駆動回転させる推進用の機関（主機関）である。この舶用ディーゼルエンジン１１は、ユニフロー掃排気式のディーゼルエンジンであって、２ストロークディーゼルエンジンであり、シリンダ内の吸排気の流れを下方から上方への一方向とし、排気の残留を無くすようにしたものである。ディーゼルエンジン１１は、ピストンが上下移動するシリンダ（燃焼室）１２と、シリンダ１２に連通する掃気チャンバ１３と、シリンダ１２に連通すると共に排気バルブが設けられる排気ポート１４とを有している。そして、ディーゼルエンジン１１は、掃気チャンバ１３に給気ラインＧ１が連結され、排気ポート１４に排気ラインＧ２が連結されている。
過給機２１は、コンプレッサ２２とタービン２３とが回転軸２４により一体に回転するように連結されて構成されている。この過給機２１は、ディーゼルエンジン１１の排気ラインＧ２から排出された排ガスによりタービン２３が回転し、タービン２３の回転が回転軸２４により伝達されてコンプレッサ２２が回転し、このコンプレッサ２２が空気及び／または再循環ガスを圧縮して給気ラインＧ１からディーゼルエンジン１１に供給する。
過給機２１は、タービン２３を回転した排ガスを排出する排気ラインＧ３が連結されており、この排気ラインＧ３は、図示しない煙突（ファンネル）に連結されている。また、排気ラインＧ３は、排ガス再循環ラインＧ４が分岐している。排ガス再循環ラインＧ４は、ＥＧＲバルブ（流量制御弁）４１が設けられており、スクラバ（ＳＯｘや煤塵を除去可能なスクラバ）４２に連結されている。ＥＧＲバルブ４１は、排ガス再循環ラインＧ４を通過する排ガスの流量を調整するものである。スクラバ４２は、排ガスに対して水を噴射することで、含有するＳＯｘや煤塵などの有害物質を除去するものである。本実施例では、ベンチュリ式スクラバを採用しているがこの構成に限定されるものではない。
スクラバ４２は、中空形状をなす本体４３と、排ガスが導入されるベンチュリ部４４と、排水を貯留する貯水部（貯水タンク）４５とを有している。スクラバ４２は、ベンチュリ部４４に導入された排ガスに対して水を噴射する水噴射部４６を有しており、貯水部４５の排水をこの水噴射部４６に循環する排水循環ラインＷ１が設けられ、排水循環ラインＷ１にポンプ４７が設けられている。スクラバ４２は、有害物質が除去された排ガスを排出するガス排出部４８が設けられ、ガス排出ラインＧ５が連結されている。ガス排出ラインＧ５は、ミスト分離機（ミストエリミネータ）４９とブロワ（送風機）５０が設けられ、混合機（ミキサ）５１に連結されている。
ブロワ５０は、スクラバ４２内の排ガスをガス排出部４８からガス排出ラインＧ５に排出するものである。ミスト分離機４９は、水噴射により有害物質が除去された排ガスに含有する小径粒子の液滴を分離するものであり、分離した分離水は、分離水ラインＷ２によりスクラバ４２の貯水部４５に戻される。混合機（ミキサ）５１は、外気から吸入した空気とガス排出ラインＧ５からの排ガス（再循環ガス）を混合して燃焼用混合ガスを生成するものであり、この燃焼用混合ガスを過給機２１のコンプレッサ２２に供給する燃焼用空気供給ラインＧ６が設けられている。そして、過給機２１は、コンプレッサ２２が圧縮した燃焼用混合ガスを給気ラインＧ１からディーゼルエンジン１１に供給可能であり、給気ラインＧ１は、エアクーラ（冷却器）５２が設けられている。このエアクーラ５２は、コンプレッサ２２により圧縮されて高温となった燃焼用混合ガスを冷却水と熱交換することで冷却するものである。
エアクーラ５２は、高温の燃焼用混合ガスを冷却することで温度と圧力が低下することから、含有する水蒸気が凝縮して凝縮水（ドレン水）が発生する。エアクーラ５２は、発生したドレン水を排出するドレン水排出ラインＷ３が設けられ、ドレン水排出ラインＷ３にドレン水ポンプ６１が設けられている。そして、このドレン水排出ラインＷ３は、ドレンバルブ６２を介してドレン水供給ライン（凝縮水供給ライン）Ｗ４とドレン水処理ラインＷ５が連結されている。
ドレン水供給ラインＷ４は、スクラバ４２に連結されている。また、ドレン水処理ラインＷ５は、ドレン水タンク６３とポンプ６４が設けられ、処理装置６５に連結されている。この処理装置６５は、ドレン水からディーゼルエンジン１１の潤滑油やシステム油などの油分を除去するものであり、処理水はそのまま排水し、分離した廃棄物は図示しない廃棄物容器に収容する。
船舶は、清水を製造するための造水機６６が搭載されており、造水機６６により製造された清水を貯留する清水タンク６７が連結されている。そして、清水タンク６７は、清水供給ラインＷ６によりスクラバ４２に連結されており、清水供給ラインＷ６に清水ポンプ６８が設けられている。
制御装置７１は、ＥＧＲバルブ４１、ドレンバルブ６２、清水ポンプ６８を制御可能となっている。この制御装置７１は、船舶の運航状態（運行海域）に応じてＥＧＲバルブ４１を開閉制御する。即ち、制御装置７１は、現在の船舶の運行海域がＮＯｘの排出量を規制するＮＯｘ規制海域でなければ、ＥＧＲバルブ４１を閉止し、ＮＯｘ規制海域であれば、ＥＧＲバルブ４１を開放する。
制御装置７１は、スクラバ４２における排水の水量に応じてドレンバルブ６２と清水ポンプ６８を制御する。即ち、スクラバ４２は、排ガスに水噴射を行うことで有害物質を除去することから、噴射水の一部が高温の排ガスにより水蒸気となり、排ガスに持ち去られる。また、スクラバ４２は、図示しないが、貯水部４５の排水をフィルタにより洗浄することから、一部の排水が廃棄物と一緒に持ち去られる。そのため、スクラバ４２は、噴射するための水を定期的に補給する必要がある。
スクラバ４２は、貯水部４５に貯留されている排水の水量を計測する水量センサ７２が設けられている。制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水部４５の水量が予め設定された下限値より少なくなったら、ドレンバルブ６２を切替えることで、エアクーラ５２からドレン水排出ラインＷ３に排出されたドレン水をドレン水供給ラインＷ４によりスクラバ４２の貯水部４５に供給する。一方、制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水部４５の水量が予め設定された上限値より多くなったら、ドレンバルブ６２を切替えることで、エアクーラ５２からドレン水排出ラインＷ３に排出されたドレン水をドレン水処理ラインＷ５によりドレン水タンク６３（処理装置６５）に供給する。
また、制御装置７１は、ドレンバルブ６２を切替えてドレン水をドレン水供給ラインＷ４によりスクラバ４２の貯水部４５に供給しても、計測した貯水部４５の水量が増加しないときは、清水ポンプ６８を作動することで、清水タンク６７に貯留されている清水を清水供給ラインＷ６によりスクラバ４２の貯水部４５に供給する。その後、制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水部４５の水量が上限値より多くなったら、清水ポンプ６８の作動を停止することで、清水供給ラインＷ６によるスクラバ４２の貯水部４５への清水の供給を停止する。このとき、ドレンバルブ６２を切替えることで、ドレン水供給ラインＷ４による貯水部４５へのドレン水の供給も停止する。
なお、本発明の凝縮水供給装置は、ドレン水排出ラインＷ３とドレン水ポンプ６１とドレンバルブ６２とドレン水供給ラインＷ４などにより構成される。また、本発明の清水供給装置は、清水供給ラインＷ６と清水ポンプ６８により構成される。
ここで、第１実施形態の排ガス処理装置の作用を説明する。
第１実施形態の排ガス処理装置において、舶用ディーゼルエンジン１１は、掃気チャンバ１３からシリンダ１２内に燃焼用空気が供給されると、ピストンによってこの燃焼用空気が圧縮され、この高温の空気に対して燃料が噴射することで自然着火し、燃焼する。そして、発生した燃焼ガスは、排ガスとして排気ポート１４から排気ラインＧ２に排出される。舶用ディーゼルエンジン１１から排出された排ガスは、過給機２１におけるタービン２３を回転した後、排気ラインＧ３に排出され、ＥＧＲバルブ４１が閉止しているときは、全量が排気ラインＧ３から外部に排出される。
一方、ＥＧＲバルブ４１が開放しているとき、排ガスは、その一部が排気ラインＧ３から排ガス再循環ラインＧ４に流れる。排ガス再循環ラインＧ４に流れた排ガスは、スクラバ４２により、含有するＮＯｘや煤塵などの有害物質が除去される。即ち、スクラバ４２にて、排ガスは、ベンチュリ部４４を高速で通過するとき、水噴射部４６から水を噴射されることで、この水により冷却されると共に、ＳＯｘや煤塵などの微粒子（ＰＭ）が水と共に落下して除去される。そして、ＳＯｘや煤塵などを含んだ水は、貯水部４５に貯留され、ポンプ４７により排水循環ラインＷ１を通して再び水噴射部４６に戻される。
スクラバ４２により有害物質が除去された排ガスは、ガス排出部４８からガス排出ラインＧ５に排出され、ミスト分離機４９により小径粒子の液滴が分離された後、混合機５１で吸入した空気と混合され、燃焼用混合ガスとなる。この燃焼用混合ガスは、燃焼用空気供給ラインＧ６を通り、過給機２１のコンプレッサ２２で圧縮された後、エアクーラ５２で冷却され、給気ラインＧ１からディーゼルエンジン１１に供給される。
エアクーラ５２は、高温の燃焼用混合ガスを冷却することで、水蒸気が凝縮してドレン水が発生し、このドレン水は、ドレン水排出ラインＷ３に排出される。このドレン水は、油分を含んでいることから、通常、ドレン水排出ラインＷ３からドレン水処理ラインＷ５に流れてドレン水タンク６３に溜まり、処理装置６５がこのドレン水を浄化処理する。
制御装置７１は、スクラバ４２における排水量に応じてドレンバルブ６２と清水ポンプ６８を制御する。ここで、制御装置７１によるスクラバ４２における貯留水量の制御について、フローチャートを用いて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、ステップＳ１１にて、船舶がＮＯｘ規制海域を航行しているかどうかを判定する。ここで、船舶がＮＯｘ規制海域を航行していると判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ１２にて、ＥＧＲバルブ４１を開放し、ステップＳ１３にて、スクラバ４２を作動する。一方、船舶がＮＯｘ規制海域を航行していないと判定（Ｎｏ）されたら、ステップＳ２０にて、ＥＧＲバルブ４１を閉止し、ステップＳ２１にて、スクラバ４２を停止する。
ステップＳ１４にて、水量センサ７２が計測したスクラバ４２における貯水部４５の水量が所定水位にある（下限値以上）かどうかを判定する。ここで、スクラバ４２における貯水部４５の水量が所定水位にある（下限値以上）と判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ１５にて、ドレンバルブ６２によりドレン水排出ラインＷ３とドレン水処理ラインＷ５を連通し、ステップＳ１６にて、清水ポンプ６７を停止する。一方、スクラバ４２における貯水部４５の水量が所定水位にない（下限値より少ない）と判定（Ｎｏ）されたら、ステップＳ１７にて、ドレンバルブ６２によりドレン水排出ラインＷ３とドレン水供給ラインＷ４を連通する。
すると、ドレンバルブ６２を切替えてドレン水排出ラインＷ３とドレン水供給ラインＷ４が連通することで、エアクーラ５２からドレン水排出ラインＷ３に排出されたドレン水は、ドレン水供給ラインＷ４を通してスクラバ４２の貯水部４５に供給される。そのため、貯水部４５の水量が増加する。
また、ステップＳ１８にて、再び、水量センサ７２が計測したスクラバ４２における貯水部４５の水量が所定水位にある（下限値以上）かどうかを判定する。即ち、エアクーラ５２からのドレン水をドレン水供給ラインＷ４から貯水部４５に供給しても、スクラバ４２における水の消費量が多いときは、貯水部４５の水量が増加しない。そのため、クラバ４２における貯水部４５の水量が所定水位にある（下限値以上）と判定（Ｙｅｓ）されたら、この処理を終了する。一方、クラバ４２における貯水部４５の水量が所定水位にない（下限値より少ない）と判定（Ｎｏ）されたら、ステップＳ１９にて、清水ポンプ６８を作動する。すると、清水ポンプ６８により清水タンク６７に貯留されている清水が清水供給ラインＷ６を通してスクラバ４２の貯水部４５に供給される。そのため、貯水部４５の水量が増加する。
その後、ステップＳ１４にて、貯水部４５の水量が増加して所定水位にあると判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ１５にて、ドレンバルブ６２によりドレン水排出ラインＷ３とドレン水処理ラインＷ５を連通し、ステップＳ１６にて、清水ポンプ６７を停止する。また、ステップＳ１１にて、船舶がＮＯｘ規制海域を外れたと判定（Ｎｏ）されたら、ステップＳ２０にて、ＥＧＲバルブ４１を閉止し、ステップＳ２１にて、スクラバ４２を停止する。
なお、実際は、貯水部４５の水量に対する上限値と下限値が設定されており、制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水部４５の水量が上限値より多くなったら、ドレンバルブ６２を切替えたり、清水ポンプ６８の作動を停止したりしている。
例えば、図３に示すように、貯水部４５の水位に対して上限値Ｈ１，Ｈ２と下限値Ｌ１，Ｌ２が設定されている。上限値Ｈ１＜Ｈ２、下限値Ｌ１＜Ｌ２であり、水位は、Ｈ２＞Ｈ１＞Ｌ１＞Ｌ２である。ここで、貯水部４５の初期水位は、下限値Ｌ１〜上限値Ｈ１の間にあるとき、ドレン水や静水の供給が停止している。
再循環ガスに持ち去られることで、水位は下限値Ｌ１まで低下すると、水位が下限値Ｌ１より下がった時点（Ｌ１〜Ｌ２）でドレン水の供給を開始する。そして、持ち去り量よりドレン水の供給量が多いと、水位が上昇して上限値Ｈ２に達したら時点（Ｈ１〜Ｈ２）でドレン水の供給を停止する。一方、持ち去り量よりドレン水供給量が少ないと、水位が低下して下限値Ｌ２に達したら時点（Ｌ１〜Ｌ２）で清水の供給を開始する。そして、水位が上昇して上限値Ｈ１に達したら時点（Ｌ１〜Ｈ１）でドレン水の供給を停止する。また、運転条件、温度、湿度が変わっていた場合、持ち去り量とドレン水量も変化する。この時点で、持ち去り量＞ドレン水とは判断できないためにドレン水を供給する。そして、持ち去り量よりドレン水供給量が多いとき、水位が上昇して上限値Ｈ２まで上昇したとき、ドレン水の供給を停止する。一方、持ち去り量よりドレン水供給量が少ないとき、水位低下する。
このような制御方法によれば、ドレン水及び清水の供給及び静止の制御が簡単となる。になります。下限値が１つしか設定されていないと、ドレン水だけで足りるかどうか判断する必要があり、持ち去り量とドレン水量を比較しなければならないが、持ち去られる水は水蒸気の状態なので計測が困難である。また、水位を計測するする方法もあるが、水位を高精度に計測して減少か増加かを判断しなければならず、制御が複雑になる。本実施形態では、上限値Ｈ１，Ｈ２と下限値Ｌ１，Ｌ２を設定することで、ＯＮ／ＯＦＦ制御するだけでよく、判定や制御が容易となる。
このように第１実施形態の排ガス処理装置にあっては、舶用ディーゼルエンジン１１から排出された排ガスの一部を空気と混合し、過給機２１により圧縮して燃焼用混合ガスとして舶用ディーゼルエンジン１１に再循環する排ガス再循環ラインＧ４と、排ガス再循環ラインＧ４を流れる排ガスに対して水を噴射することで有害物質を除去するスクラバ４２と、スクラバ４２により有害物質が除去された後にコンプレッサ２２により圧縮された燃焼用混合ガスを冷却するエアクーラ５２と、エアクーラ５２により燃焼用混合ガスを冷却することで発生したドレン水をスクラバ４２に供給するドレン水供給ラインＷ４を設けている。
従って、舶用ディーゼルエンジン１１から排出された排ガスは、その一部が排ガス再循環ラインＧ４を通り、過給機２１により圧縮されて燃焼用混合ガスとして舶用ディーゼルエンジン１１に再循環される。スクラバ４２は、排ガス再循環ラインＧ４を流れる排ガスに対して水を噴射することで有害物質を除去する。また、エアクーラ５２は、有害物質が除去された後にコンプレッサ２２により圧縮された燃焼用混合ガスを冷却する。このとき、エアクーラ５２が燃焼用混合ガスを冷却することで、ドレン水が発生することから、このドレン水をドレン水供給ラインＷ４によりスクラバ４２に供給する。そのため、スクラバ４２は、ドレン水が供給されることで水不足が緩和され、処理水を有効利用することで装置の大型化及び高コスト化を抑制することができる。
第１実施形態の排ガス処理装置では、スクラバ４２で排ガスに対して噴射された水を貯留する貯水部４５を設けると共に、貯水部４５の水量を計測する水量センサ７２と、水量センサ７２が計測した貯水部４５の水量が予め設定された下限値より少なくなったらドレンバルブ６２を切替えることで、ドレン水をドレン水供給ラインＷ４から貯水部４５に供給する制御装置７１を設けている。従って、スクラバ４２における貯水部４５の水量を常時適量に維持することができる。
第１実施形態の排ガス処理装置では、清水をスクラバ４２に供給する清水供給ラインＷ６及び清水ポンプ６８を設け、制御装置７１は、ドレン水をドレン水供給ラインＷ４から貯水部４５に供給しても、貯水部４５の水量が増加しないときは、清水ポンプ６８を作動して清水を清水供給ラインＷ６から貯水部４５に供給している。従って、ドレン水の水量が不十分であっても、清水を用いることで、スクラバ４２における貯水部４５の水量を常時適量に維持することができる。
［実施形態２］
図４は、第２実施形態の排ガス処理装置を表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図４は、第２実施形態の排ガス処理装置を表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第２実施形態の排ガス処理装置において、図４に示すように、舶用ディーゼルエンジン１１は、掃気チャンバ１３に給気ラインＧ１が連結され、排気ポート１４に排気ラインＧ２が連結されている。過給機２１は、コンプレッサ２２とタービン２３を有し、タービン２３に排気ラインＧ３が連結されている。この排気ラインＧ３は、エコノマイザー（節炭器）８０が設けられており、第１スクラバ（ＳＯｘ除去用スクラバ）８１に連結されている。この第１スクラバ８１は、排ガスに対して水を噴射することで、含有するＳＯｘや煤塵などの有害物質を除去するものである。
第１スクラバ８１は、中空形状をなす本体８２と、排ガスが導入される導入部８３と、排水を貯留する貯水部８４とを有している。第１スクラバ８１は、本体８２に導入された排ガスに対して水を噴射する水噴射部８５及び複数の噴射ノズル８６を有している。第１スクラバ４２は、有害物質が除去された排ガスを排出するガス排出部４８が設けられ、ガス排出ラインＧ５が連結されている。
排気ラインＧ３は、第１スクラバ８１の下流側が図示しない煙突（ファンネル）に連結されている。また、排気ラインＧ３は、排ガス再循環ラインＧ４が分岐している。排ガス再循環ラインＧ４は、ＥＧＲバルブ４１が設けられており、第２スクラバ（煤塵除去用スクラバ）４２が連結されている。第２スクラバ４２は、排ガスに対して水を噴射することで、含有するＳＯｘや煤塵などの有害物質を除去するものである。
第２スクラバ４２は、本体４３とベンチュリ部４４と貯水部４５と水噴射部４６を有している。第２スクラバ４２は、ガス排出部４８にガス排出ラインＧ５が連結されており、このガス排出ラインＧ５は、ミスト分離機４９とブロワ５０が設けられ、混合機５１に連結されている。混合機５１は、外気から吸入した空気と排ガス（再循環ガス）を混合して燃焼用混合ガスを生成するものであり、燃焼用空気供給ラインＧ６によりコンプレッサ２２に連結されている。コンプレッサ２２は、圧縮した燃焼用空気を給気ラインＧ１からディーゼルエンジン１１に供給可能であり、給気ラインＧ１は、エアクーラ（冷却器）５２が設けられている。このエアクーラ５２は、コンプレッサ２２により圧縮されて高温となった燃焼用混合ガスを冷却水と熱交換することで冷却するものである。
貯水タンク９１は、第１、第２スクラバ８１，４２の排水を貯留するものである。即ち、第１スクラバ８１は、貯水部８４の排水を排出する排水ラインＷ１１が連結されると共に、第２スクラバ４２は、貯水部４５の排水を排出する排水ラインＷ１２が連結されている。各排水ラインＷ１１，Ｗ１２は、排水ラインＷ１３により集合され、この排水ラインＷ１３は、貯水タンク９１に連結されている。そのため、第１スクラバ８１の貯水部８４の排水は、排水ラインＷ１１に排出され、第２スクラバ４２の貯水部４５の排水は、排水ラインＷ１２に排出され、各排水ラインＷ１１，Ｗ１２の排水は、排水ラインＷ１３により貯水タンク９１に排出されて貯留される。そして、第１スクラバ８１は、貯水タンク９１の排水を水噴射部８５に循環する排水循環ラインＷ１４が設けられ、排水循環ラインＷ１４にポンプ８７が設けられている。また、第２スクラバ４２は、貯水タンク９１の排水を水噴射部４６に循環する排水循環ラインＷ１が設けられ、排水循環ラインＷ１にポンプ４７が設けられている。
上述したエアクーラ５２は、高温の燃焼用混合ガスを冷却することで温度と圧力が低下することから、含有する水蒸気が凝縮して凝縮水（ドレン水）が発生する。エアクーラ５２は、発生したドレン水を排出するドレン水排出ラインＷ３が設けられ、ドレン水排出ラインＷ３にドレン水ポンプ６１が設けられている。そして、このドレン水排出ラインＷ３は、ドレンバルブ６２を介してドレン水供給ラインＷ４とドレン水処理ラインＷ５が連結されている。
ドレン水供給ラインＷ４は、貯水タンク９１に連結されている。また、ドレン水処理ラインＷ５は、ドレン水タンク６３とブロア６４が設けられ、処理装置６５に連結されている。また、船舶は、清水を製造するための造水機６６が搭載されており、造水機６６により製造された清水を貯留する清水タンク６７が連結されている。そして、清水タンク６７は、清水供給ラインＷ６により貯水タンク９１に連結されており、清水供給ラインＷ６に清水ポンプ６８が設けられている。
制御装置７１は、ドレンバルブ６２、清水ポンプ６８を制御可能となっている。この制御装置７１は、貯水タンク９１における排水の水量に応じてドレンバルブ６２と清水ポンプ６８を制御する。即ち、各スクラバ８１，４２は、排ガスに水噴射を行うことで有害物質を除去することから、噴射水の一部が高温の排ガスにより水蒸気となり、排ガスに持ち去られる。また、各スクラバ８１，４２は、図示しないが、貯水部８４，４５の排水をフィルタにより洗浄することから、一部の排水が廃棄物と一緒に持ち去られる。そのため、各スクラバ８１，４２は、噴射するための水を定期的に補給する必要がある。
貯水タンク９１は、貯留されている排水の水量を計測する水量センサ７２が設けられている。制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水タンク９１の水量が予め設定された下限値より少なくなったら、ドレンバルブ６２を切替えることで、エアクーラ５２からドレン水排出ラインＷ３に排出されたドレン水をドレン水供給ラインＷ４により第２スクラバ４２の貯水部４５に供給する。一方、制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水タンク９１の水量が予め設定された上限値より多くなったら、ドレンバルブ６２を切替えることで、エアクーラ５２からドレン水排出ラインＷ３に排出されたドレン水をドレン水処理ラインＷ５によりドレン水タンク６３（処理装置６５）に供給する。
また、制御装置７１は、ドレンバルブ６２を切替えてドレン水をドレン水供給ラインＷ４によりスクラバ４２の貯水タンク９１に供給しても、計測した貯水タンク９１の水量が増加しないときは、清水ポンプ６８を作動することで、清水タンク６７に貯留されている清水を清水供給ラインＷ６により貯水タンク９１に供給する。その後、制御装置７１は、水量センサ７２が計測した貯水タンク９１の水量が上限値より多くなったら、清水ポンプ６８の作動を停止することで、清水供給ラインＷ６による貯水タンク９１への清水の供給を停止する。このとき、ドレンバルブ６２を切替えることで、ドレン水供給ラインＷ４による貯水タンク９１へのドレン水の供給も停止する。
ここで、第２実施形態の排ガス処理装置の作用を説明する。
第２実施形態の排ガス処理装置において、舶用ディーゼルエンジン１１から排出された排ガスは、過給機２１におけるタービン２３を回転した後、排気ラインＧ３に排出され、ＥＧＲバルブ４１が閉止しているときは、全量が排気ラインＧ３から外部に排出される。
一方、ＥＧＲバルブ４１が開放しているとき、排ガスは、第１スクラバ８１により含有するＳＯｘや煤塵などの有害物質が除去される。即ち、第１スクラバ８１にて、排ガスは、本体を上昇するとき、水噴射部８５の各噴射ノズル８６から水を噴射されることで、この水により冷却されると共に、ＳＯｘや煤塵などの微粒子（ＰＭ）が水と共に落下して除去される。そして、ＳＯｘや煤塵などを含んだ水は、貯水部８４に貯留される。
第１スクラバ８１によりＳＯｘや煤塵などが除去された排ガスは、その一部が排気ラインＧ３から排ガス再循環ラインＧ４に流れる。排ガス再循環ラインＧ４に流れた排ガスは、第２スクラバ４２により含有する煤塵などの有害物質が除去される。即ち、第２スクラバ４２にて、排ガスは、ベンチュリ部４４を高速で通過するとき、水噴射部４６から水を噴射されることで、この水により冷却されると共に、煤塵などの微粒子（ＰＭ）が水と共に落下して除去される。
このとき、第１スクラバ８１の貯水部８４の排水は、排水ラインＷ１１に排出され、第２スクラバ４２の貯水部４５の排水は、排水ラインＷ１２に排出され、排水ラインＷ１３により貯水タンク９１に排出されて貯留される。そのため、第１スクラバ８１は、貯水タンク９１の水をポンプ４７により排水循環ラインＷ１を通して再び水噴射部４６に戻しており、第２スクラバ４２は、貯水タンク９１の水をポンプ４７により排水循環ラインＷ１を通して再び水噴射部４６に戻す。
第２スクラバ４２により有害物質が除去された排ガスは、ガス排出ラインＧ５に排出され、ミスト分離機４９により水分が分離された後、混合機５１で吸入した空気と混合され、燃焼用空気となる。この燃焼用空気は、燃焼用空気供給ラインＧ６を通り、過給機２１のコンプレッサ２２で圧縮された後、エアクーラ５２で冷却され、給気ラインＧ１からディーゼルエンジン１１に供給される。
エアクーラ５２は、高温の燃焼用混合ガスを冷却することで、水蒸気が凝縮してドレン水が発生し、このドレン水は、ドレン水排出ラインＷ３に排出される。このドレン水は、ドレン水排出ラインＷ３からドレン水処理ラインＷ５に流れてドレン水タンク６３に溜まり、処理装置６５がこのドレン水を浄化処理する。
制御装置７１は、貯水タンク９１における排水量に応じてドレンバルブ６２と清水ポンプ６８を制御する。即ち、水量センサ７２が計測した貯水タンク９１の水量が所定水位にない（下限値より少ない）ときは、ドレンバルブ６２によりドレン水排出ラインＷ３とドレン水供給ラインＷ４を連通する。すると、ドレンバルブ６２を切替えてドレン水排出ラインＷ３とドレン水供給ラインＷ４が連通することで、エアクーラ５２からドレン水排出ラインＷ３に排出されたドレン水は、ドレン水供給ラインＷ４を通して貯水タンク９１に供給される。そのため、貯水タンク９１の水量が増加する。
また、エアクーラ５２からのドレン水をドレン水供給ラインＷ４から貯水タンク９１に供給しても、各スクラバ８１，４２における水の消費量が多いときは、貯水タンク９１の水量が増加しない。そのため、このときは、清水ポンプ６８を作動する。すると、清水ポンプ６８により清水タンク６７に貯留されている清水が清水供給ラインＷ６を通して貯水タンク９１に供給される。そのため、貯水部４５の水量が増加する。
その後、貯水タンク９１の水量が上限値より多くなったら、ドレンバルブ６２を切替えるとともに、清水ポンプ６８の作動を停止することで、貯水タンク９１へのドレン水と清水の供給を停止する。
このように第２実施形態の排ガス処理装置にあっては、ＳＯｘや煤塵などの有害物質を除去する第１スクラバ８１と、煤塵などの有害物質を除去する第２スクラバ４２を設け、各貯水部８４，４５を排水ラインＷ１１，Ｗ１２，Ｗ１３により貯水タンク９１に連結し、水量センサ７２が計測した貯水タンク９１の水量が予め設定された下限値より少なくなったらドレンバルブ６２を切替えることで、ドレン水をドレン水供給ラインＷ４から貯水タンク９１に供給するようにしている。従って、貯水タンク９１の水量を常時適量に維持することができる。また、ＳＯｘ除去用の第１スクラバ８１と煤塵除去用の第２スクラバ４２の排水を貯留する貯水タンク９１を共用化することで、装置の小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
なお、上述した実施形態では、舶用ディーゼルエンジンとして、主機関を用いて説明したが、発電機として用いられるディーゼルエンジンにも適用することができる。
また、上述した実施形態で説明した各スクラバ４２，８１の構成は、一例であって、他の構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、ドレン水排出ラインＷ３にドレン水ポンプ６１を設けたが、燃焼用空気が高圧であることから、ドレン水ポンプ６１をなくしてもよい。
また、上述した第２実施形態では、ＳＯｘ除去用の第１スクラバ８１と煤塵除去用の第２スクラバ４２の排水を貯留する貯水タンク９１を共用化したが、それぞれ個々に設けてもよい。
１１ 舶用ディーゼルエンジン
２１ 過給機
４１ ＥＧＲバルブ
４２ スクラバ、第２スクラバ
４５ 貯水部（貯水タンク）
５２ エアクーラ（冷却器）
６２ ドレンバルブ（凝縮水供給装置）
６６ 造水機
６７ 清水タンク
６８ 清水ポンプ（清水供給装置）
７１ 制御装置
７２ 水量センサ
８１ 第１スクラバ
Ｇ４ 排ガス再循環ライン
Ｗ３ ドレン水排出ライン（凝縮水供給装置）
Ｗ４ ドレン水供給ライン（凝縮水供給装置）
Ｗ６ 清水供給ライン（清水供給装置）
Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３ 排水ライン
２１ 過給機
４１ ＥＧＲバルブ
４２ スクラバ、第２スクラバ
４５ 貯水部（貯水タンク）
５２ エアクーラ（冷却器）
６２ ドレンバルブ（凝縮水供給装置）
６６ 造水機
６７ 清水タンク
６８ 清水ポンプ（清水供給装置）
７１ 制御装置
７２ 水量センサ
８１ 第１スクラバ
Ｇ４ 排ガス再循環ライン
Ｗ３ ドレン水排出ライン（凝縮水供給装置）
Ｗ４ ドレン水供給ライン（凝縮水供給装置）
Ｗ６ 清水供給ライン（清水供給装置）
Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３ 排水ライン
Claims (8)
- 舶用エンジンから排出された排ガスの一部を燃焼用混合ガスの一部として前記舶用エンジンに再循環する排ガス再循環ラインと、
前記排ガス再循環ラインを流れる排ガスに対して水を噴射することで有害物質を除去するスクラバと、
空気と再循環ガスを混合した燃焼用混合ガスを冷却する冷却器と、
前記冷却器により燃焼用混合ガスを冷却することで発生した凝縮水を前記スクラバに供給する凝縮水供給装置と、
を有することを特徴とする排ガス処理装置。 - 排ガスに対して噴射された水を貯留する貯水タンクと、前記貯水タンクの水量を計測する水量センサと、前記水量センサが計測した前記貯水タンクの水量が低下して予め設定された下限値を超えたら前記凝縮水供給装置から凝集水を供給し、前記貯水タンクの水量が上昇して予め設定された上限値を超えたら前記凝縮水供給装置からの凝集水の供給を止める制御装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
- 清水を前記スクラバに供給する清水供給装置が設けられ、前記制御装置は、前記凝縮水供給装置を作動しても前記水量センサが計測した前記貯水タンクの水量が増加しないときは前記清水供給装置を作動させることを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
- 前記スクラバは、排ガス中の煤塵を除去可能なスクラバまたは排ガス中のＳＯｘを除去可能なスクラバであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記スクラバは、排ガス中の煤塵を除去する煤塵除去用スクラバ及び排ガス中のＳＯｘを除去するＳＯｘ除去用スクラバを有し、前記貯水タンクは、前記煤塵除去用スクラバ及び前記ＳＯｘ除去用スクラバからの排水を貯留することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排ガス処理装置。
- 前記凝縮水供給装置は、前記冷却器から前記スクラバに至るドレン水ラインと、前記ドレン水ラインに設けられるドレンバルブと、端部がドレンバルブに連結されるドレン水処理ラインと、前記ドレン水処理ラインに設けられるドレン水タンクとを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置を備えることを特徴とする船舶。
- 舶用エンジンから排出される排ガスに噴射する水を供給する方法であって、
前記舶用エンジンへ供給される空気と再循環ガスを混合した燃焼用混合ガスを冷却することで得られる凝縮水を前記排ガスに噴射する水として供給することを特徴とする水供給方法。
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