JP6605502B2

JP6605502B2 - 高濃度に硫黄成分を含有する低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー

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Publication number: JP6605502B2
Application number: JP2016566531A
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Inventors: 宗勝古堅; 義牧野; 一儀滝川
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Filing date: 2015-12-25
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Description

本発明は、船舶用ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる硫黄酸化物等の有害ガスを除去し浄化する船舶用、発電用、産業用等の特に高濃度に硫黄成分を含有する重油（ＦｕｅｌＯｉｌ）は舶用工業界において、ディーゼル油（ＤｉｅｓｅｌＯｉｌ：ＤＯ）、舶用ディーゼル燃料（ＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌＦｕｅｌ：ＭＤＦ）又は舶用ディーゼル油（ＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌＯｉｌ：ＭＤＯ）、舶用燃料油（ＭａｒｉｎｅＦｕｅｌＯｉｌ：ＭＦＯ）、重質燃料油（ＨｅａｖｙＦｕｅｌＯｉｌ：ＨＦＯ）、残差燃料油（ＲｅｓｉｄｕａｌＦｕｅｌＯｉｌ：ＲＦＯ）と標記されるが、本発明においてはこれらの標記を総称して重油等の低質燃料を使用する大排気量船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス処理技術に係り、より詳しくは高い温度の排気ガスを排出する大排気量船舶用ディーゼルエンジンにおけるガスと粒子の拡散速度の相違を利用したスクラバーを配した排気ガス浄化装置の前記スクラバーに関する。

各種船舶や発電機並びに大型建機、さらには各種自動車等の動力源としてディーゼルエンジンが広範囲に採用されているが、このディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるカーボンを主体とする粒状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ：以下「ＰＭ」と称する）や硫黄酸化物（以下「ＳＯｘ」と称する）、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と称する）は、周知の通り大気汚染をきたすのみならず、人体に極めて有害な物質であるため、その排気ガスの浄化は極めて重要である。このため、ディーゼルエンジンの燃焼方式の改善や各種排気ガスフィルタの採用、排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：以下、「ＥＧＲ」と称する。）法、選択式還元触媒脱硝法（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｕｄｕｃｔｉｏｎ：以下、「ＳＣＲ」と称する。）、コロナ放電を利用して電気的に処理する方法等、既に数多くの提案がなされ、その一部は実用に供されている。

ここで、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭ（粒状物質）の成分は、有機溶剤可溶分（ＳＯＦ：ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎｓ、以下、「ＳＯＦ」と称する。）と有機溶剤不溶分（ＩＳＦ：ＩｎｓｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎｓ、以下、「ＩＳＦ」と称する。）の２つに分けられるが、そのうちＳＯＦ分は、燃料や潤滑油の未燃分が主な成分で、発ガン作用のある多環芳香族等の有害物質が含まれる。一方、ＩＳＦ分は、電気抵抗率の低いカーボン（すす）とサルフェート（Ｓｕｌｆａｔｅ：硫酸塩）成分を主成分とするもので、このＳＯＦ分およびＩＳＦ分は、その人体、環境に与える影響から、極力少ない排気ガスが望まれている。特に、生体におけるＰＭの悪影響の度合いは、その粒子径がｎｍサイズになる場合に特に問題であるとも言われている。

コロナ放電を利用して電気的に処理する方法としては、例えば以下に記載する方法及び装置（特許文献１〜２）が提案されている。
即ち、本出願人は特許文献１において、図９にその概略を示すように、排気ガス通路１２１にコロナ放電部１２２−１と帯電部１２２−２とからなる放電帯電部１２２を設けて、コロナ放電された電子１２９を排気ガスＧ１中のカーボンを主体とするＰＭ１２８に帯電させ、同排気ガス通路１２１に配置した捕集板１２３で前記帯電したＰＭ１２８を捕集する方式であって、放電帯電部１２２における電極針１２４は排気ガス流の流れ方向長さが短く、かつ捕集板１２３は排気ガス流の流れ方向に対し直角方向に配設された構成となしたディーゼルエンジンの排気ガス用電気式処理方法及び装置を提案している。なお図中、１２５はシールガス管、１２６は高圧電源装置、１２７は排気ガス誘導管である。

しかしながら、上記コロナ放電等を利用して電気的に排気ガス中のＰＭを処理するディーゼルエンジンの排気ガス処理技術においては、以下に記載する課題が生じている。即ち、船舶用ディーゼルエンジンにあっては、硫黄分の少ない軽油を使用する自動車用ディーゼルエンジンと比較して格段に大きな排気量を有しかつ重油以下の低質で硫黄分を多く含有する（重油は軽油に対し１００〜３５００倍程度の硫黄分を含有：ＪＩＳＫ２２０４：２００７「軽油」；０．００１０質量％以下、Ｋ２２０５−１９９０「重油」；０．５〜３．５質量％以下、による）燃料を使用する大排気量船舶用ディーゼルエンジンに、例えば先の特許文献１に記載の排気ガス浄化装置を用いた場合には、重油以下の低質燃料中の硫黄分が排気ガス及び又はＥＧＲガス中にＳＯＦとして含まれるだけでなくサルフェートとなりエンジン構成部品、特に排気関係部品を腐食するという課題を克服する必要がある。

かかる対策として、本出願人は特許文献２に記載の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提案している。この船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、例えば図１０にその概略を示すように、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を燃料として使用するディーゼルエンジン（Ｅ）１１１の排気マニホールド（Ｅ／Ｍ）１１２下流の排気管のターボチャージャー（Ｔ／Ｃ）１１４のタービンホイール（図示せず）下流に排気ガスクーラー（Ｇ／Ｃ）１１５を配設し、さらに該排気ガスクーラーの下流に静電サイクロン排気ガス浄化装置（ＥＳＰ／Ｃ／ＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）１１６を配設し、その下流配管に排気ガス中のＳＯｘをその処理水に溶解するがＰＭは処理水にほとんど溶解・除去しないスクラバー（以下「ＰＭフリースクラバー」と称する）１１３を配設し、エアーフィルター（Ａ／Ｆ）１１７下流の吸気管にターボチャージャー（Ｔ／Ｃ）１１４のコンプレッサーホイール（図示せず）及びインタークーラー（Ｉ／Ｃ）１１８を経由してエンジンの吸気マニホールド（Ｉ／Ｍ）１１９に外部の空気を吸気させるよう構成される装置を提案している。

この船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置におけるＰＭフリースクラバー１１３としては、図１１にその一例を示すように、排気ガス又はＥＧＲガス通路に設けられたスクラバーハウジング（図示せず）内に、繊維質で吸水性のあるエンドレスベルト１２０−１を処理水タンク１２０−２内で下部に設けた駆動ロール１２０−３及び上下両部に設けた従動ロール１２０−４間にサーペンタイン状（九十九折り状）に配設し、配管（図示せず）及びモータ（図示せず）にて駆動される循環ポンプ（図示せず）により前記処理水タンク１２０−２内の処理水を供給ノズル（図示せず）を介して、前記エンドレスベルト１２０−１の表裏両面の上部に設けた従動ロール１２０−４直下より処理水Ｗを流下させてエンドレスベルト表裏の全表面を常時湿潤させる構成となしたものが知られている。図中、１２０−５は排気ガス流路である。

又、図１２に他の例を示すように、ガラス繊維やカーボン繊維、アラミド繊維等を骨格とした好ましくは多孔質のセラミック製素材よりなる波板と平板を交互に積層して、波板と平板間のトンネル状の微小断面の排気ガス流路１２１−７で構成されるハニカム構造のハニカムコア（例えば、ニチアス株式会社製商品名：ハニカムウォッシャー）を積層してハニカムユニットコア部１２１−１として設け、該ハニカムユニットコア部に略均一に給水する給水ノズルもしくは給水ダクトからなる給水部１２１−２を配置し、該給水部１２１−２より給水されたスクラバー処理水（洗浄水）Ｗが前記ハニカムユニットコア部１２１−１の斜行する各微小流路の表面を湿潤しながら流下し、アンダートレイ１２１−３に至りその後処理水タンク１２１−４からポンプＰにて給水部１２１−２に送られ、循環使用される構成となしている。図中、１２１−５は処理水タンク、１２１−６はノズル孔である。

ＷＯ２００６／０６４８０５号公報特開２０１４−２２４５２７号公報

しかしながら、上記した特許文献２等に記載のディーゼルエンジン排ガス浄化装置におけるＰＭフリースクラバーには、以下に記載する問題点がある。
即ち、図１１に示すＰＭフリースクラバーは、当該スクラバーを構成するベルト状の各壁面に存在（一部流下）する処理水Ｗの薄膜層により、排気ガス中のＳＯｘは排気ガス流路１２０−５の各壁面の処理水の表面付近に沿って流れる間に処理水に吸着され溶解してその濃度を激減させて排出されるが、排気ガス中のＰＭは処理水の表面に沿って流れるだけで、スクラバー処理水の表面に対し排気ガスが激しく衝突することがほとんどなく、ＰＭフリースクラバー処理水の表面付近に一部が接しかつ沿いながら滑らかに流れるだけであるから、相互に混合することがない。しかし、処理水タンク１２０−２内の下部に設けた駆動ロール１２０−３と上下両部に離間して設けた従動ロール１２０−４間はエンドレスベルト１２０−１をサーペンタイン状に配設するため、上下ロール間に離間されて巻回されたエンドレスベルト１２０−１は、海のしけ等により船体が前後揺れ（サージング）、左右揺れ（スウェイイング）、上下揺れ（ヒービング）、船首揺れ（ヨーイング）、横揺れ（ローリング）、縦揺れ（ピッチング）により揺れた場合にその船体の揺れに伴ってはためくことになって、当該エンドレスベルト１２０−１の表面付近に飛沫を生じ、この飛沫が排気ガスと処理水との衝突を誘発してＰＭ粒子の処理水との接触を促す危惧がある。
又、図１２に示すハニカムウォッシャーを用いたＰＭフリースクラバーの場合は、処理水の水薄膜層表面に対し排気ガスが垂直に近い角度で激しく交差・衝突することがほとんど無く、相互に混合することがないので排気ガス中のＳＯｘが排気ガス流路１２１−７内にて確実に除去されて、粒子であるＰＭはほとんど残留し含有された状態で排出されることとなる。しかし、このＰＭフリースクラバーは、スクラバー処理水の水流量レンジ幅が余り大きくなく、水流量を排気ガスの流量増加（船舶用ディーゼルエンジン負荷の増大や回転速度上昇）、燃料油の硫黄含有量の増加、航行海域の高規制海域への航行等に応じてスクラバー処理水の水流量を大幅に増減させて対応することが容易にできないという難点がある。

なお、スクラバーには、加圧水式としてベンチュリースクラバー、ジェットスクラバー、サイクロンスクラバー、スプレー塔等があり、充填層式には充填塔、流動層スクラバー等種々の形態のものがあるが、いずれのスクラバーとも排気ガス流が処理水の表面に対し互いに交差的に激しく接触するため、排気ガス中の有機溶剤可溶分、即ち、燃料又は潤滑油由来のｎ−ヘキサン抽出物を主成分とする油性混合物の処理水への混合が避けられず、その排水処理には多大の工数と大規模装置（油分を含んだ処理排水の海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む）が必要であった。

一方、液を液膜の形で気相中に分散させる液分散型吸収装置があり、その代表例として処理液を垂直に配置した円管の内壁面に膜状に流下させ、円管下部より反応ガスを導入して反応を行わせる濡壁方式の吸収反応装置が知られている。しかし、この濡壁方式の吸収反応装置は陸上に設置・固定される設備用装置であって船舶用ではないため船体の揺れや傾きに対する配慮が全くなく、船体が揺れたり傾いたりした場合に円管は船体に同期して揺れあるいは傾き、傾斜の上部に位置する円管と下部に位置する円管とでは円管に流入する処理液の流量に大きな差が生じて内壁面を流下する水膜の膜厚が不均一となり、極端な場合には激しく流入して飛沫を生じさせて排気ガスと処理液とが衝突することが危惧され、あるいは又、膜切れ（処理液切れ）が生じて円管の内壁面が露出して排気ガスが処理液と非接触状態となり有害物質の含有量の低減がはかられないまま排出されることも危惧される等の難点を有していた。

本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、特に高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する大排気量で高速及び／又は大流量の排気ガスが排出される舶用ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭの処理水への混合を阻止しながらＳＯｘを高効率に除去して排気ガスを浄化するとともに、ＰＭのスクラバー処理水への混合を阻止することができるのみならず、海のしけ等による船体の揺れや傾きにも十分に対応して処理水と排気ガスの衝突を回避できてＰＭ粒子と処理水との接触、混合を防止でき、さらに排気ガスの流量（船舶用ディーゼルエンジン負荷）、燃料油の硫黄含有量、航行海域の規制値等に容易に対応できる、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーを提供しようとするものである。

本発明に係る高濃度に硫黄成分を含有する低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、基本的には処理水（処理液）を垂直に配置した管体の内壁面に膜状に流下させ、管体下部より管体内に排気ガスを導入して吸収反応を行わせる濡壁方式（気液接触方式）を採用したもので、その要旨は、エンジンの排気マニホールドに連なる排気管もしくはＥＧＲ配管に配設して、処理水を鉛直管の内壁面に沿って膜状に流下させ、かつ排気ガスを鉛直管内に流して反応を行わせる濡壁方式のスクラバーであって、両端付近に冷却水流入管及び冷却水流出管を有する胴管の上下両端部に設けた上部管板と下部管板間に複数本の円管（濡壁流下管）を垂直に間隔配設すると共に、前記上部管板の上方には処理水流入管を有する上部チャンバーを、前記下部管板の下方には処理水流出管を有する下部チャンバーをそれぞれ胴管に設け、前記上部チャンバーの上方には前記円管内径より小径の外径を有しかつその下端開口端部と円管内面との所望間隔を保持する処理水ガイドパイプを各円管に対応位置させて配設した上部ガイドパイプ管板を設け、前記下部チャンバーの下方には前記円管内径より小径の外径を有しかつその上端開口端部が円管内面と所望間隔を保持するガスガイドパイプを各円管に対応位置させて配設した下部ガイドパイプ管板を設け、前記上部ガイドパイプ管板の上方に上部カバーを、前記下部ガイドパイプ管板の下方に下部カバーをそれぞれ有し、処理水ガイドパイプを介して供給される処理水を円管の内壁面に沿って膜状に流下させ、ガスガイドパイプより円管内に導入される排気ガスと反応させる構造となしたことを特徴とするものである。
又、本発明における前記処理水ガイドパイプは、下端開口端部をラッパ状に拡径することを好ましい態様とするものである。さらに、前記ガスガイドパイプは、上端開口端部を口すぼまり状（ノズル状）に縮径することを好ましい態様とするものである。
さらに、本発明は前記円管（濡壁流下管）内の排気ガスの流れに渦流を生じさせるため、前記円管の軸心部に所望軸方向間隔で径方向に突出部を有するタービュレーターを設けて構成すること、あるいは前記円管内の排気ガスの流れに渦流を生じさせかつ前記円管の内周面の周方向への処理水の分散と、前記円管の内周面における処理水の滞留時間の長期化と表面積の増大を図るため、前記円管の内周面に沿うよう螺旋状に乱流促進部材又は乱流制御部材を配設して構成することを好ましい態様とするものである。
本発明は又、前記円管（濡壁流下管）の上端を上部管板より突出させ、該突出部相互の間に先端に前記円管先端高さより高い位置に溝底が位置する溝及び／又は壁部に貫孔もしくは壁部下端に溝を有し、前記突出部の高さより高さの高いパーテーション構造体を備えることを好ましい態様とするものである。
さらに、前記本発明のパーテーション構造体は前記上部チャンバーと同心の外筒内に設けられ、かつ該外筒と前記上部チャンバーとの間に前記溝及び／又は前記貫孔を有する堰を備えることを好ましい態様とするものである。
さらに又、本発明は前記排気ガス浄化装置用スクラバーを垂直方向直列に複数配置した多段構造もしくは多層構造であって、上方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの前記下部ガイドパイプ管板と下方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの前記上部ガイドパイプ管板との間に、前記上部あるいは下部チャンバー内径と同一内径で上下にアダプターフランジを有するアダプターを介在させて構成することを好ましい態様とするものである。

本発明に係る高濃度に硫黄成分を含有する低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、以下に記載する効果を奏する。（１）．処理水（処理液）を垂直に配置した円管の内壁面に膜状に流下させその流下する水膜の膜厚が均一に保たれて膜切れが生じることもなく、円管下部より円管内に排気ガスを導入して排気ガスと処理水が激しく衝突することもなく吸収反応を行わせる濡壁方式であり、ＰＭのスクラバー処理水への混合を効果的に阻止することができるのみならず、船体の揺れや傾きに対する配慮として、船体が揺れたり傾きが生じた場合には円管（濡壁流下管）に流入する処理水の流量に差が生じても円管の内壁面を流下する水膜の膜厚が均一に保たれると共に、排気ガスと処理水とが激しく衝突して飛沫が生じることもなく、さらに水膜に膜切れが生じることもないため円管の内壁面が露出して排気ガスが処理液と非接触状態となることも皆無となるように構成されているため、海のしけ等による船体の揺れや傾きにも十分に対応できる。又、ハニカムウォッシャーを用いたＰＭフリースクラバーに比べ処理水の水量のレンジ幅を大幅に増加できるので、排気ガスの流量増加（船舶用ディーゼルエンジン負荷の増大や回転速度上昇）、燃料油の硫黄含有量の増加、航行海域の高規制海域への航行等に応じて水量を増減させることにより容易に対応できるという優れた効果を奏する。
（２）．円管の軸心部に所望軸方向間隔で径方向に突出部を有するタービュレーターを設けて円管内の排気ガスの流れに渦流を生じせしめ、あるいは断面三角形の線状部材であって円管の内周面に沿うよう螺旋状に乱流制御部材を配設させることによって排気ガスの流れに渦流を生じさせ、かつ円管の内周面の周方向への処理水の分散と、円管の内周面における処理水の滞留時間の長期化と表面積の増大をはかり前記（１）に記載する効果をより増大させることができる。
（３）．円管の上端を上部管板より突出させ、この突出部相互の間に先端に円管先端高さより高い位置に溝底が位置する溝及び又は壁部に流通孔もしくは壁部下端に溝を有し、前記突出高さより高さの高いパーテーション構造体を配設することにより、海のしけ等により船体が前後揺れ（サージング）、左右揺れ（スウェイイング）、船首揺れ（ヨーイング）、横揺れ（ローリング）、縦揺れ（ピッチング）により揺れて傾きが生じ上部チャンバー内で処理水面に揺れが生じた場合に、パーテーションの存在により各パーテーション内に流入する処理水の水量のバラツキが大きくなることが防止出来て小さくなり、従って円管（濡壁流下管）に流入する処理水の流量のバラツキも小さくなって例え円管により多少の差が生じても円管の内壁面を流下する水膜の膜厚が均一に保たれると共に、排気ガスと処理水とが激しく衝突して飛沫が生じることもなく、さらに水膜に膜切れが生じることもないので円管の内壁面が露出して排気ガスが処理液と非接触状態となることもなく、海のしけ等による船体の揺れや傾きにも十分に対応して処理水は円管内面に沿って水膜となって流下するので前記（１）に記載する効果を安定して発現させることができる。
（４）．本発明の排気ガス浄化装置用スクラバーを垂直方向直列に複数配置するとともに、上方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの下部ガイドパイプ管板と下方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの上部ガイドパイプ管板との間に、上部あるいは下部の各チャンバー内径と略同一内径で上下にアダプターフランジを有するアダプターを配設することにより多段あるいは多層の直列配置が可能となりＳＯｘをその処理水により多く溶解させて排気ガスからのＳＯｘ除去率をより向上させることができる。

本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第１実施例を示す要部拡大縦断面図である。同じく本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第２実施例を示す要部拡大縦断面図である。同じく本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第１、第２実施例の配管状況を含めた斜視図である。同じく本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第３実施例の配管状況を含めた斜視図である。同じく本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第４実施例を示す要部拡大縦断面図で、（ａ）は円管の断面図、（ｂ）は円管の平面図である。同じく本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第５実施例を示す要部拡大縦断面図で、（ａ）は円管の断面図、（ｂ）は円管の平面図である。同じく本発明に係る船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの第６実施例を示す要部拡大縦断面図である。図７に示す第６実施例の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの要部拡大図で、（ａ）はパーテーション構造体の上部の一部を示す平面図、（ｂ）は同パーテーション構造体の下部の一部を示す横断平面図である。従来の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の一例を示す概略図である。従来の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の一例を示すブロック図である。図１０に示す船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置におけるＰＭフリースクラバーの一例を示す斜視図である。図１０に示す船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置におけるＰＭフリースクラバーの他の例を示す斜視図である。

図１に第１実施例として示す船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、胴管（外壁管）内に配設した複数本の円管内で処理水（処理液）と排気ガスを吸収反応させる方式の濡壁多管式のスクラバーであり、その構造はスクラバー本体を構成する胴管１、冷却水流入管２−１、冷却水流出管２−２、上部管板３、下部管板４、円管５、上部チャンバー６、下部チャンバー７、処理水流入管８、処理水流出管９、上部ガイドパイプ管板１０、下部ガイドパイプ管板１１、処理水ガイドパイプ１２、ガスガイドパイプ１３、上部カバー１４、下部カバー１５とから構成されている。Ｗは処理水、Ｗ−１は水膜、Ｗｃは冷却水、Ｇは排気ガスである。
即ち、上下両端付近に冷却水流入管２−１及び冷却水流出管２−２を有する胴管１の上下端部に上フランジ３−１及び下フランジ４−１を突設し、上フランジ３−１に上部管板（チューブシート）３を、下フランジ４−１に下部管板（チューブシート）４をそれぞれ設ける。この上部管板３と下部管板４との間には、処理水Ｗを内壁面に沿って膜状に流下させる円管５を垂直に配置すると共に相互に所望の間隔を保持して複数本配設する。その際、各円管５はその上下端部をそれぞれ上部管板３及び下部管板４より外側に突出させて垂直に配設する。さらに、前記上部管板３の上方位置には、該上部管板３と上下方向に所望の間隔を保持して上部ガイドパイプ管板１０を前記上フランジ３−１に上部チャンバー６を介して取付けている。上部チャンバー６には処理水流入管８が設けられ、上部管板３と上部チャンバー６との間に処理水が流入されるようになっている。上部ガイドパイプ管板１０には、前記円管５の内径より小径の外径を有しかつその下端が円管５に内嵌される長さを有すると共に好ましくはその下端開口端部を円管５内面と所望間隔（円管５内壁面を流下する水膜の膜厚に相当する）を保持するごとくラッパ状に拡径した処理水ガイドパイプ１２を各円管に対応位置させて配設固定し、上部管板３と上部チャンバー６との間に流入した処理水Ｗが好ましくは各処理水ガイドパイプ１２を介して円管５内に流入しかつ当該管内面に沿って水膜Ｗ−１となって流下する構造となっている。又、前記下部管板４の下方位置には、該下部管板４と上下方向に所望の間隔を保持して下部ガイドパイプ管板１１が前記下フランジ４−１に下部チャンバー７を介して取付けられ、下部管板４と下部チャンバー７との間に溜まった処理水を流出させる処理水流出管９が下部チャンバー７に取付けられている。下部ガイドパイプ管板１１には、前記円管５内径より小径の外径を有しかつその上端が円管５に内嵌される長さを有すると共にその上端開口端部が円管５内面と所望間隔を保持するごとく好ましくは口すぼまり状（ノズル状）に縮径したガスガイドパイプ１３を各円管５に対応位置させて配設固定している。前記上部ガイドパイプ管板１０の上方及び下部ガイドパイプ管板１１の下方には、それぞれ上部カバー１４と下部カバー１５が固設され、下部カバー１５側より流入した排気ガスＧはガスガイドパイプ１３より各円管５内に流入し当該管内を上昇し、上部ガイドパイプ管板１０に取着された各処理水ガイドパイプ１２を介して上部カバー１４側へ流出する構造となっている。
なお、処理水ガイドパイプ１２の下端開口部をラッパ状に形成したのは、円管５内壁面に所望厚さの水膜を形成させて流下させるためであり、又、ガスガイドパイプ１３の上部開口部を口すぼまり状（ノズル状）に形成したのは、円管５内壁面を流下してきた処理水の水膜と排気ガスとの衝突による飛沫の発生を防止するためである。

上記図１に示す構成の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーにおいて、処理水Ｗは胴管１の上部に設けられた上部チャンバー６に接続された処理水流入管８より上部管板３と上部ガイドパイプ管板１０との間に供給され、処理水ガイドパイプ１２を介して円管５の内壁面に沿って水膜Ｗ−１となって流下する。一方、下部カバー１５側より胴管１内に流入した排気ガスＧは、下部ガイドパイプ管板１１に取付けられたガスガイドパイプ１３を介して円管５内に導入され、円管５内を上昇する。この時、円管５の内壁面に沿って流下する水膜Ｗ−１と同円管５内を上昇してくる排気ガスＧとが吸収反応し、水膜Ｗ−１に排気ガスＧ中のＳＯ_２が吸収される。又、円管５内を流下して下部管板４と下部ガイドパイプ管板１１との間に溜まった処理水は、下部チャンバー７に取付けられた処理水流出管９より排出する。一方、冷却水Ｗｃは胴管１の側壁に設けられた冷却水流入管２−１より胴管１内に供給され、胴管１内部の円管５群を冷却しながら冷却水流出管２−２より流出させるが、円管５群を冷却する理由は、排気ガスＧ中のＳＯｘの処理水Ｗへの吸収・溶解度が処理水Ｗの水温の上昇と共に低下するため各円管５を外表面から冷却して処理水Ｗの水膜Ｗ−１の温度を適温に維持するためである。

このように図１に示す構成の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの場合、処理水Ｗは胴管１内に垂直に配設された多数の円管５内を所望膜厚の水膜Ｗ−１となって流下し、同円管５の下部よりガスガイドパイプ１３を介して導入されて上昇してくる排気ガスと吸収反応させる構造となっているので、上部管板３と上部ガイドパイプ管板１０との間に処理水Ｗを貯溜しておくことができることにより、供給される処理水の水流量レンジ幅を大幅に増加させることができる。従って、このＰＭフリースクラバーは、船体が揺れたり傾きが生じた場合には円管５に流入する処理水の流量に差が生じても円管５の内壁面を流下する水膜Ｗ−１の膜厚がほぼ均一に保たれると共に、排気ガスＧと処理水Ｗとが激しく衝突して飛沫が生じることもなく、さらに水膜Ｗ−１に膜切れが生じることもないため円管５の内壁面が露出して排気ガスが処理水と非接触状態となることも皆無となる。又、排気ガスの流量増加（船舶用ディーゼルエンジン負荷の増大や回転速度上昇）、燃料油の硫黄含有量の増加、航行海域の高規制海域への航行等に応じてスクラバー処理水の水量を増減させて対応することが容易にできる。

図２に第２実施例として示す船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、前記第１実施例の上部管板３と上部ガイドパイプ管板１０との間の処理水タンク部と、下部管板４と下部ガイドパイプ管板１１との間の処理水タンク部をそれぞれ大きく形成し、処理水ガイドパイプ１２とガスガイドパイプ１３を長尺とした以外は、前記第１実施例の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーと同様の構成となしたものである。
図２に示す構成の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーの場合、処理水Ｗは胴管１の上部に設けられた処理水流入管８より上部チャンバー６の上部管板３と上部ガイドパイプ管板１０との間に供給され、長尺の処理水ガイドパイプ１２を介して円管５の内壁面に沿って水膜Ｗ−１となって流下する。一方、下部カバー１５側より胴管１内に流入した排気ガスＧは、下部ガイドパイプ管板１１に取付けられた長尺のガスガイドパイプ１３を介して円管５内に導入され、円管５内を上昇する。この時、円管５の内壁面に沿って流下する水膜Ｗ−１と同円管５内を上昇してくる排気ガスＧとが吸収反応し、水膜Ｗ−１に排気ガスＧ中のＳＯ_２が吸収される。又、円管５内を流下して下部管板４と下部ガイドパイプ管板１１との間に溜まった処理水は、下部チャンバー７に取付けられた処理水流出管９より排出する。一方、冷却水Ｗｃは胴管１の側壁に設けられた冷却水流入管２−１より胴管１内に供給され、胴管１内部の円管５群を冷却しながら冷却水流出管２−２より流出する。
従って、この図２に示すスクラバーの場合も前記図１に示すスクラバーと同様に、処理水Ｗは胴管１内に垂直に配設された多数の円管５内を所望膜厚の水膜Ｗ−１となって流下し、同円管５の下部より長尺のガスガイドパイプ１３を介して導入されて上昇してくる排気ガスと反応させる構造となっているので、上部管板３と上部ガイドパイプ管板１０との間に処理水を貯溜しておくことができることにより、供給される処理水の水頭圧を大きく取ることができて水流量レンジ幅を大幅に増加させることができる。従って、このＰＭフリースクラバーの場合も、船体が揺れたり傾きが生じた場合に円管５に流入する処理水の流量に差が生じても円管５の内壁面を流下する水膜Ｗ−１の膜厚がほぼ均一に保たれると共に、排気ガスと処理水とが激しく衝突して飛沫が生じることもなく、さらに水膜Ｗ−１に膜切れが生じることもないため円管５の内壁面が露出して排気ガスが処理水と非接触状態となることも皆無となる。又、排気ガスの流量増加（船舶用ディーゼルエンジン負荷の増大や回転速度上昇）、燃料油の硫黄含有量の増加、航行海域の高規制海域への航行等に応じてスクラバー処理水の水量を増減させて対応することが容易にできる。

なお、前記図１、図２に示す本発明の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、図３に配管状況を含めた斜視図として示すように処理水Ｗを処理水タンク２１よりモーター駆動ポンプ２２にて圧送して当該スクラバーの処理水流入管８より上部チャンバー６内に供給し、円管５内での反応処理後、下部チャンバー７に取付けられた処理水流出管９より排出し、再び処理水タンク２１に戻るように配管構成される。

又、本発明の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、前記図３に示すような単一構成のものに限らず、必要に応じて単一構成のスクラバーを複数基例えばアダプターを介して垂直方向直列に配置して多段（多層）構造とすることも可能である。図４はその多段（多層）構造の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーを第３実施例として示したもので、例えば上方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの前記下部ガイドパイプ管板１１と下方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの前記上部ガイドパイプ管板１０との間に、前記下方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの上部チャンバー６又は前記上方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの下部チャンバー７の内径とほぼ同一内径で上下に各々アダプターフランジ１６−１を有するアダプター１６を配設させることにより、該アダプター１６を介して直列に用いて多段構造とすることも可能である。この多段化（多層化）により排気ガス中のＳＯｘをスクラバー処理水により多く溶解させて排気ガスからのＳＯｘ除去率をより向上させることができ、排出ガスをより浄化することができる。

さらに、本発明の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、円管５内での処理水Ｗと排気ガスＧの吸収反応を促進するため、円管５内の軸芯付近に排気ガスＧの流れに渦流、好ましくは縦渦を生じさせるためのタービュレーター（乱流促進部材又は乱流制御部材）を設けることができる。図５はそのタービュレーターを備えた船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーを第４実施例として示したもので、円管５の軸心に設けたシャフト１８に、当該シャフトの半径方向に突出する円板、十字・Ｙ字・短冊状ブレード等からなるタービュレーター１８−１を軸方向に所望間隔でかつ軸心に対し直角あるいは傾斜もしくは捻りを有して複数枚設けることができる。なお、タービュレーター１８−１の前記傾斜角θとしては特に限定するものではないが９０°〜１４０°程度が好ましく、又、十字・Ｙ字・短冊状の各ブレードの周方向の配置位相角αはブレードの形状に応じて適宜定めることにする。
これらのタービュレーター１８−１の設置により円管５の軸心付近を流れる排気ガスと流下する処理水の水膜付近を流れる排気ガスとを相互に循環（交換・入れ替え）させることができて排気ガス中のＳＯｘをスクラバー処理水により多く溶解させて排気ガスからのＳＯｘ除去率をより向上させることができ、排出ガスをより浄化することができる。

又、前記図６に第５実施例として示す本発明の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、円管５内の排気ガスＧの流れに渦流、好ましくは縦渦を生じさせかつ円管５の周方向への処理水の分散と旋回、円管５内における処理水の滞留時間の長期化と接触表面積の増大をはかるために、例えば円管５の内周面に螺旋状に断面略三角形状の乱流促進部材１９を付設することも可能である。なお、この断面略三角形状の乱流促進部材１９は線状部材からなり、円管５と一体（母材と一体成型、ろう付け、溶接）又は別体で、半径方向の高さｈは円管５の内径の１／５〜１／３程度の高さが好ましく、排気ガス流入側の傾斜角θ１は１５°〜４０°、流出側の傾斜角θ２は１０°〜３０°が好ましい。これらの断面略三角形状の乱流促進部材１９の設置により、円管５の軸心付近を流れる排気ガスと流下する処理水の水膜付近を流れる排気ガスとを相互に循環（交換・入れ替え）させることができると共に処理水の表面積を増大させかつ処理水の乱流促進部材１９のらせん方向への分散化・旋回化によって円管表面での滞留時間を長期化して排気ガスとの接触機会を増加させて排気ガス中のＳＯｘをスクラバー処理水により多く溶解させて排気ガスからのＳＯｘ除去率をより向上させることができ、排出ガスをより浄化することができる。

さらに、前記図７、図８に第６実施例として示す本発明の船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバーは、円管５の上端を上部管板３より突出させ、この突出部相互の間に先端に円管先端高さより高い位置に溝底が位置するオーバーフロー用の溝２０−２及び壁部下端に通流溝２０−３及び／又は壁部に貫孔２０−４を有して前記突出部の突出高さより高さの高いパーテーション（仕切壁）２０−１を各円管ごとにあるいは複数の円管５を囲繞するごとく外筒２０−５内に配設して構成したパーテーション構造体２０を、上部チャンバー６の内壁より離して上部管板３上に付設し、かつ上部チャンバー６と外筒２０−５との間に複数個の貫孔２０−４及び／又は壁部下端に通流溝２０−３を設け且つ壁部上端にオーバーフロー用の溝２０−２を有した堰２０−６を間隔配設したものである。このように上部チャンバー６の内側に貫孔２０−４、通流溝２０−３、オーバーフロー用の溝２０‐２付きの堰２０−６を介してパーテーション構造体２０を設けることにより、該パーテーション構造体２０の壁部の前記オーバーフロー用の溝２０−２、壁部下端の通流溝２０−３の存在により各パーテーション２０−１内の処理水Ｗの水面が低位置に保持されて円管５への流下・流入を均一化させることができると共に、海のしけ等により船体が前後揺れ（サージング）、左右揺れ（スウェイイング）、船首揺れ（ヨーイング）、横揺れ（ローリング）、縦揺れ（ピッチング）などにより揺れや傾きが生じて上部チャンバー内で処理水面に揺れが生じた場合でもパーテーション構造体２０の存在によりパーテーション内に流入する処理水は前記複数個の貫孔２０−４、壁部下端の通流溝２０−３、壁部上端のオーバーフロー用の溝２０−２から徐々に流入することとなり各パーテーション２０−１間の水量のバラツキが大きくなることを防止できてバラつきが小さくなるので処理水Ｗの水面のパーテーション構造体２０内でのヘッド差は小さく保持されて円管５への流下・流入を均一化させることができて、例え円管５により多少の差が生じても円管５の内壁面を流下する水膜の膜厚が均一に保たれると共に、排気ガスと処理水とが激しく衝突して飛沫が生じることもなく、さらに水膜に膜切れが生じることもないので円管５の内壁面が露出して排気ガスが処理液と非接触状態となることもなくなってスクラバーをより安定して稼働させることができる。
なお、前記パーテーション構造体２０としては、各円管１本ごとに囲む場合は図８に示すようにハニカム構造が一般的であり円管５への流下・流入をより均一化させることができるが、円管５を複数本づつ囲む場合にはパーテーションを碁盤の目のような配置にした構造とすることもできる（図面省略）。

１胴管
２−１冷却水流入管
２−２冷却水流出管
３上部管板
３−１上フランジ
４下部管板
４−１下フランジ
５円管
６上部チャンバー
７下部チャンバー
８処理水流入管
９処理水流出管
１０上部ガイドパイプ管板
１１下部ガイドパイプ管板
１２処理水ガイドパイプ
１３ガスガイドパイプ
１４上部カバー
１５下部カバー
１６アダプター
１６−１アダプターフランジ
１８シャフト
１８−１タービュレーター
１９乱流促進部材
２０パーテーション構造体
２０−１パーテーション
２０−２溝
２０−３通流溝
２０−４貫孔
２０−５外筒
２０−６堰
２１処理水タンク
２２モーター駆動ポンプ
Ｗ処理水
Ｗ−１水膜
Ｗｃ冷却水
Ｇ排気ガス
θ タービュレーターの傾斜角
θ１排気ガス流入側の傾斜角
θ２排気ガス流出側の傾斜角
ｈ断面三角形状の乱流促進部材の半径方向の高さ

Claims

エンジンの排気マニホールドに連なる排気管もしくはＥＧＲ配管に配設して、処理水を鉛直管の内壁面に沿って膜状に流下させ、かつ排気ガスを鉛直管内に流して反応を行わせる濡壁方式のスクラバーであって、両端付近に冷却水流入管及び冷却水流出管を有する胴管の上下両端部に設けた上部管板と下部管板間に複数本の円管（濡壁流下管）を垂直に間隔配設すると共に、前記上部管板の上方には処理水流入管を有する上部チャンバーを、前記下部管板の下方には処理水流出管を有する下部チャンバーをそれぞれ胴管に設け、前記上部チャンバーの上方には前記円管内径より小径の外径を有しかつその下端開口端部と円管内面との所望間隔を保持する処理水ガイドパイプを各円管に対応位置させて配設した上部ガイドパイプ管板を設け、前記下部チャンバーの下方には前記円管内径より小径の外径を有しかつその上端開口端部が円管内面と所望間隔を保持するガスガイドパイプを各円管に対応位置させて配設した下部ガイドパイプ管板を設け、前記上部ガイドパイプ管板の上方に上部カバーを、前記下部ガイドパイプ管板の下方に下部カバーをそれぞれ有し、処理水ガイドパイプを介して供給される処理水を円管の内壁面に沿って膜状に流下させ、ガスガイドパイプより円管内に導入される排気ガスと反応させる構造となしたことを特徴とする、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記処理水ガイドパイプは、下端開口端部がラッパ状に拡径していることを特徴とする請求項１に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記ガスガイドパイプは、上端開口端部が口すぼまり状に縮径していることを特徴とする請求項１又は２に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記円管内の排気ガスの流れに渦流を生じさせるため、前記円管の軸心部に所望軸方向間隔で径方向に突出部を有するタービュレーターを設けて構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記円管内の排気ガスの流れに渦流を生じさせかつ前記円管の内周面の周方向への処理水の分散と、前記円管の内周面における処理水の滞留時間の長期化と表面積の増大を図るため、前記円管の内周面に沿うよう螺旋状に乱流促進部材又は乱流制御部材を配設して構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記円管の上端を上部管板より突出させ、該突出部相互の間に先端に前記円管先端高さより高い位置に溝底が位置する溝及び／又は壁部に貫孔もしくは壁部下端に溝を有し、前記突出部の高さより高さの高いパーテーション構造体を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記パーテーション構造体は前記上部チャンバーと同心の外筒内に設けられ、かつ該外筒と前記上部チャンバーとの間に前記溝及び／又は前記貫孔を有する堰を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。
前記排気ガス浄化装置用スクラバーを垂直方向直列に複数配置して構成した多段構造もしくは多層構造であって、上方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの前記下部ガイドパイプ管板と下方配置の排気ガス浄化装置用スクラバーの前記上部ガイドパイプ管板との間に、前記上部あるいは下部チャンバー内径と同一内径で上下にアダプターフランジを有するアダプターを介在させて構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置用スクラバー。