JP7039790B2 - 排ガス処理装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンで発生した排ガスをスクラバで洗浄する排ガス処理装置およびその制御方法に関するものであり、詳しくは比較的小さな空間であっても設置することができる排ガス処理装置およびその制御方法に関するものである。

排ガスをスクラバで洗浄する排ガス処理装置が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の排ガス処理装置は、洗浄水を貯留するタンクの水位に応じて、清水タンク等の外部から洗浄水を供給したり、ドレンタンク等の外部に洗浄水を排出したりする制御を行なっていた。

スクラバが停止した際には、スクラバや配管等を流れる洗浄水がタンクに回収されるのでタンクの水位が急激に増加する。これにともない洗浄水がタンクからドレンタンク等に排出されていた。スクラバが動作を開始した際にはタンクからスクラバや配管等に洗浄水が移動するのでタンクの水位が急激に減少する。これにともない清水タンクからタンクに洗浄水が供給されていた。

スクラバの運転状態が変更されるたびに排ガス処理装置は外部との間で大量の洗浄水を移動させる必要があった。そのため排ガス処理装置を設置する際には、容量が比較的大きなドレンタンクや清水タンクが必要となっていた。容量の比較的大きなドレンタンクや清水タンクが設置できない場所には、排ガス処理装置を設置できなかった。

外部との間で移動する洗浄水の流量を抑制するために、排ガス処理装置のタンクを大容量化したり別途バッファタンクを設置したりすることが考えられる。この場合は排ガス処理装置自体が大型化するため、比較的大きな空間のある場所でなければ排ガス処理装置を設置することができなかった。

日本国特開２０１６－１６８５７４号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は比較的小さな空間であっても設置することができる排ガス処理装置およびその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するための排ガス処理装置は、エンジンで発生した排ガスを洗浄水で洗浄するスクラバと、このスクラバに洗浄水を供給するとともに排ガスを洗浄した後の洗浄水を回収するタンクと、このタンクの中の洗浄水の水位を目標水位となる状態に制御する水位制御機構とを備える排ガス処理装置において、前記スクラバが停止状態のときの前記目標水位である第一目標水位と、前記スクラバが作動状態のときの前記目標水位であり前記第一目標水位よりも小さい値である第二目標水位とが予め設定されていて、前記スクラバの運転状態に基づいて前記目標水位を変更する構成を前記水位制御機構が備えることを特徴とする。

上記の目的を達成するための制御方法は、エンジンで発生した排ガスを洗浄水で洗浄するスクラバと、このスクラバに洗浄水を供給するとともに排ガスを洗浄した後の洗浄水を回収するタンクと、このタンクの中の洗浄水の水位を目標水位となる状態に制御する水位制御機構とを備える排ガス処理装置の制御方法において、前記スクラバが作動状態から停止状態となるときに前記目標水位が比較的大きい値である第一目標水位に変更されるとともに前記スクラバの洗浄水が前記タンクに回収されて、前記スクラバが停止状態から作動状態となるときに前記目標水位が前記第一目標水位よりも小さな値である第二目標水位に変更されるとともに前記タンクの洗浄水が前記スクラバに供給されることを特徴とする。

本発明によれば、スクラバの運転状態に基づいて目標水位を変更するので、タンクからスクラバに十分な洗浄水を供給すること及びスクラバから回収される大量の洗浄水をタンクで保持することが可能となる。これにより排ガス処理装置の大型化や、排ガス処理装置に周辺機器として連結される清水タンク等の大型化を抑制できる。比較的小さな空間であっても排ガス処理装置を設置することが可能となる。

排ガス処理装置の概略を例示する説明図である。 タンクの中の水位変化を例示するグラフである。 排ガス処理装置の設置位置を例示する説明図である。 排ガス処理装置とＥＧＲシステムとの関係を例示する説明図である。 図４の排ガス処理装置の変形例を例示する説明図である。

以下、排ガス処理装置およびその制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように排ガス処理装置１は、エンジンで発生した排ガスｇを洗浄水ｗで洗浄するスクラバ２と、このスクラバ２に洗浄水ｗを供給するとともに排ガスｇを洗浄した後の洗浄水ｗを回収するタンク３とを備えている。スクラバ２は洗浄水ｗを排ガスｇに直接接触させて洗浄する構成を有している。

排ガス処理装置１は、タンク３に連結される供給ライン４と排出ライン５とを有している。供給ライン４は、排ガス処理装置１の外部からタンク３に洗浄水ｗを供給する構成を有している。供給ライン４には、供給ライン４を通過する洗浄水ｗの流量を制御する供給量制御部６が設置されている。排出ライン５は、タンク３から排ガス処理装置１の外部に洗浄水ｗを排出する構成を有している。排出ライン５には、排出ライン５を通過する洗浄水ｗの流量を制御する排出量制御部７が設置されている。

供給量制御部６および排出量制御部７は、例えば開閉バルブや流量制御バルブで構成できる。供給量制御部６および排出量制御部７は上記に限らず、タンク３と外部との間で移動する洗浄水ｗの流量を制御できればよく、例えばポンプで構成してもよい。この実施形態では供給量制御部６をポンプで構成して、排出量制御部７を開閉バルブで構成している。

一端をタンク３に連結されている供給ライン４は、他端に例えば清水タンク８や造水装置を連結することができる。一端をタンク３に連結されている排出ライン５は、他端に例えばドレンタンク９やスラッジタンクを連結することができる。

排ガス処理装置１は、タンク３の中の洗浄水ｗの水位を目標水位となる状態に制御する水位制御機構１０を有している。水位制御機構１０は、タンク３の水位を測定する水位計１１と、この水位計１１の信号に基づき供給量制御部６や排出量制御部７に制御信号を送る演算部１２とを有する構成としてもよい。水位制御機構１０は水位計１１の値に基づき、供給量制御部６等を構成するバルブの開閉やポンプのオンオフを制御する。図１では説明のため信号線を一点鎖線で示している。信号線は有線でも無線でもよい。また説明のため排ガス処理装置１を構成する機器の範囲を破線で示している。

水位制御機構１０は水位計１１を有する構成に限らず、タンク３の水位を制御できる構成であればよい。例えばタンク３の中の圧力に応じて自動的に開閉する圧力調整バルブで構成されてもよい。例えば排出量制御部７を圧力調整バルブとすることで、タンク３の水位が所定以上となったとき圧力調整バルブが自動的に開いて洗浄水ｗが排出される構成にできる。

排ガス処理装置１は、タンク３の中の洗浄水ｗをスクラバ２に供給するためのポンプ１３を有している。ポンプ１３をオンとするとスクラバ２に洗浄水ｗが供給されて、スクラバ２が作動状態となる。ポンプ１３をオフとするとスクラバ２への洗浄水ｗの供給が停止されて、スクラバ２が停止状態となる。

スクラバ２を作動状態とすると、スクラバ２に供給される洗浄水ｗと排ガスｇとが直接接触して、排ガスｇが洗浄される。洗浄された排ガスｇはスクラバ２から例えば大気に排出される。排ガスｇを洗浄した後の洗浄水ｗは、スクラバ２からタンク３に回収される。

スクラバ２における排ガスｇの洗浄と並行して、タンク３の水位は水位制御機構１０により制御される。タンク３の水位が目標水位よりも大きいときは排出ライン５を介してタンク３から洗浄水ｗが排出されて、水位が小さいときは供給ライン４を介してタンク３に洗浄水ｗが供給される。

水位制御機構１０は、スクラバ２が停止状態のときの目標水位である第一目標水位と、スクラバ２が動作状態のときの目標水位である第二目標水位とが予め設定されている。第一目標水位よりも第二目標水位の方が小さい値に設定されている。第一目標水位および第二目標水位は水位制御機構１０の演算部１２に予め記憶される構成にしてもよい。

例えばタンク３が満水のときの水位を１００％としたとき、第一目標水位は例えば８０－９０％に設定することができる。この第一目標水位に基づき水位制御機構１０は、タンク３の水位が８０％を下回るとき洗浄水ｗをタンク３に供給して、水位が９０％を超えるとき洗浄水ｗをタンク３から排出する。

第二目標水位は例えば４０－５０％に設定することができる。この第二目標水位に基づき水位制御機構１０は、タンク３の水位が４０％を下回るとき洗浄水ｗをタンク３に供給して、水位が５０％を超えるとき洗浄水ｗをタンク３から排出する。

水位制御機構１０は、スクラバ２が停止状態のとき第一目標水位に基づきタンク３の水位を制御して、スクラバ２が動作状態のとき第二目標水位に基づきタンク３の水位を制御する構成を有する。つまりスクラバ２の運転状態に基づいて水位制御機構１０は第一目標水位と第二目標水位とを切り替える構成を有している。水位制御機構１０は、例えばポンプ１３のオンオフに基づいて演算部１２がスクラバ２の運転状態を検知する構成にできる。

第一目標水位と第二目標水位の値は上記に限らない。第一目標水位より第二目標水位の方が小さい値であればよい。第一目標水位と第二目標水位の範囲が一部重なる状態であってもよい。例えば第一目標水位を８０－１００％として第二目標水位を６５－８５％としてもよい。また第一目標水位および第二目標水位を例えば１０００－１１００ｍｍなど具体的な水位で設定してもよい。

図２は縦軸をタンク３の水位（％）として横軸を経過時間（ｍｉｎ）として、タンク３の中の水位の変化を例示したグラフである。図２に例示するようにスクラバ２が停止状態のときはタンク３の水位は第一目標水位である８０－９０％の範囲に維持される。水位が９０％を超えるときは演算部１２からの信号により排出量制御部７を構成するバルブが開放されて、洗浄水ｗがタンク３からドレンタンク９に排出される。水位が８０％を下回るときは清水タンク８から洗浄水がタンク３に供給される。

スクラバ２が停止状態から動作状態となるとき（ｓｔａｒｔ）、ポンプ１３によりタンク３の洗浄水ｗがスクラバ２に供給される。これにともないタンク３の水位は急激に降下する。この実施形態ではポンプ１３が動作状態となったときに水位制御機構１０で設定されている目標水位が第一目標水位から第二目標水位に変更される。この変更の直後に第二目標水位に基づく制御が開始されてもよい。

目標水位が第二目標水位に変更されてから例えば５分など所定時間経過後に第二目標水位に基づく制御が開始されてもよい。この構成によれば水位が９０％のときに第二目標水位に変更される場合であっても、タンク３の中の洗浄水ｗが排出ライン５を介して外部に排出されることを防止できる。タンク３の中の洗浄水ｗを外部に排出することなく、ほとんど全部をスクラバ２に供給することができる。

第二目標水位の下限（４０％）まで水位が下がったことをトリガーとして第二目標水位に基づく制御が開始されてもよい。つまりスクラバ２が動作状態であることと、第二目標水位の下限まで水位が下がったことの両方を条件として、第二目標水位に基づく制御が開始される。

第一目標水位と第二目標水位との差分となる洗浄水ｗは、スクラバ２に供給される。タンク３からスクラバ２に洗浄水ｗが比較的速やかに供給されるので、スクラバ２のスタートから比較的短時間でスクラバ２による排ガスｇの洗浄効果を得られる。

第一目標水位から第二目標水位に変更されるタイミングは上記に限らない。上述の第二目標水位に基づく制御が開始されるタイミングで、第一目標水位から第二目標水位に変更される構成としてもよい。第二目標水位に変更される直前の期間は、第一目標水位に基づく制御が行われてもよくこの制御が停止されてもよい。

スクラバ２が作動状態のときは、第二目標水位に基づきタンク３の水位が制御される。水位が５０％を超えるときは洗浄水ｗがタンク３から排水されて、４０％を下回るときは洗浄水ｗがタンク３に供給される。

スクラバ２が動作状態から停止状態となるとき（ｓｔｏｐ）、ポンプ１３が停止して、スクラバ２にある洗浄水ｗがタンク３に回収される。これにともないタンク３の水位は急激に上昇する。この実施形態ではポンプ１３が停止状態となったときに目標水位が第二目標水位から第一目標水位に変更される。この変更の直後に第一目標水位に基づく制御が開始されてもよい。

目標水位が第一目標水位に変更されてから例えば５分など所定時間経過後に第一目標水位に基づく制御が開始されてもよい。この構成によれば水位が４０％のときに第一目標水位に変更される場合であっても、供給ライン４を介してタンク３に洗浄水ｗが供給されることを防止できる。外部の洗浄水ｗをタンク３に供給することなく、スクラバ２から回収される洗浄水ｗのほとんど全部をタンク３に貯留することができる。

第一目標水位の上限（９０％）まで水位が上がったことをトリガーとして第一目標水位に基づく制御が開始されてもよい。つまりスクラバ２が停止状態であることと、第一目標水位の上限まで水位が上がったことの両方を条件として、第一目標水位に基づく制御が開始される。

第二目標水位と第一目標水位との差分となる量の洗浄水ｗをタンク３はスクラバ２から回収して貯留できる。従来は目標水位を超えるとして外部に排出されたり別途設置されるバッファタンクなどに貯留されていた洗浄水ｗを、タンク３は貯留することができる。

第二目標水位と第一目標水位とは、その差分となる洗浄水ｗの量がスクラバ２および配管等を流れる洗浄水ｗの量と同程度となる状態に設定されることが望ましい。タンク３に貯留されている洗浄水ｗでスクラバ２の運転を開始でき、且つスクラバ２の停止時には洗浄水ｗのすべてをタンク３に回収することができる。排ガス処理装置１と外部との間で移動する洗浄水ｗの量を抑制するには有利である。

第二目標水位から第一目標水位に変更されるタイミングは上記に限らない。上述の第一目標水位に基づく制御が開始されるタイミングで、第二目標水位から第一目標水位に変更される構成としてもよい。第一目標水位に変更される直前の期間は、第二目標水位に基づく制御が行われてもよくこの制御が停止されてもよい。

タンク３に貯留されている洗浄水ｗを利用してスクラバ２を動作させることができるので、清水タンク８からタンク３に供給される洗浄水ｗの量を抑制できる。スクラバ２による排ガスｇの洗浄を開始する際に、大量に必要となる洗浄水ｗをタンク３からスクラバ２に供給できるので、清水タンク８や造水装置の小型化には有利である。排ガス処理装置１の設置にともない清水タンク８や造水装置の大容量化を行う必要がなくなる。

またスクラバ２を停止させる際には、排ガス処理装置１の中の洗浄水ｗのほとんど全部をタンク３に回収して貯留することができる。洗浄水ｗを貯留するためのバッファタンク等を別途設置する必要がない。

排ガス処理装置１の小型化および清水タンク８等の周辺機器の小型化を実現できるので、比較的狭い空間であっても排ガス処理装置１を設置しやすくなる。既設の船舶や既設の工場に新たに排ガス処理装置１を設置する場合には特に有利である。

スクラバ２が動作状態となりポンプ１３によりタンク３の洗浄水ｗがスクラバ２に供給される際に、ポンプ１３の流量を抑制する制御を行ってもよい。ポンプ１３の流量制御はインバータや、途中の配管に設置される流量制御バルブ等で行うことができる。ポンプ１３が動作を開始してから所定時間が経過するまでは、ポンプ１３を通過する洗浄水ｗの流量を例えば通常時の５０％など抑制する。スクラバ２の動作開始にともないタンク３の水位が急激に降下することを抑制できる。そのためタンク３の中の水位を制御するために、ポンプ６からタンク３に大量の洗浄水ｗを供給する必要がなくなる。ポンプ６の小型化には有利である。

またポンプ１３が動作を開始してから所定時間が経過するまでの流量と、所定時間経過後の通常時の流量との二段階にポンプ１３の流量を制御する構成としてもよい。つまりポンプ１３を通過する洗浄水ｗの通常時の流量を１００％として、ポンプ１３が動作を開始した直後は流量を例えば５０％とする。ポンプ１３の流量を制御するためのインバータ等が不要となるため、排ガス処理装置１の周辺機器の小型化には有利である。

図３に例示するようにエンジン１４から排出される排ガスｇの一部を、過給器１５の手前で回収してエンジン１４に再循環させるＥＧＲシステム１６に排ガス処理装置１を組み込む構成としてもよい。つまり高圧の排ガスｇを排ガス処理装置１で処理する構成にできる。

図４に例示するようにＥＧＲシステム１６は、エンジン１４と過給器１５とを連結する管路の途中から取り込まれる排ガスｇを洗浄してばいじんや硫黄酸化物を除去するスクラバ２と、排ガスｇを冷却するＥＧＲクーラー１７と、排ガスｇに含まれる凝縮水を回収するミストキャッチャ１８とを備えている。この実施形態ではＥＧＲクーラー１７の上流側にスクラバ２が配置されている。スクラバ２には排ガスｇを取り込む取込ライン１９が連結されている。

ＥＧＲシステム１６は、排ガスｇをスクラバ２、ＥＧＲクーラー１７、ミストキャッチャ１８の順に通過させる。ミストキャッチャ１８に連結されている再循環ライン２０を介して排ガスｇをエンジン１４に再循環させる構成をＥＧＲシステム１６は有している。

排ガス処理装置１は、ＥＧＲシステム１６の一部に組み込まれたスクラバ２に洗浄水ｗを供給して排ガスｇを洗浄する。スクラバ２で洗浄される排ガスｇは、洗浄水ｗとともにＥＧＲクーラー１７に供給される。ＥＧＲクーラー１７では洗浄水ｗが回収されてタンク３に送られる。

この実施形態のＥＧＲクーラー１７は、冷却水を直接接触させて排ガスｇを冷却する構成を有している。冷却水にはスクラバ２を通過した洗浄水ｗを利用することができる。例えば清水タンク８からＥＧＲクーラー１７に冷却水を供給する構成としてもよい。この構成によればスクラバ２が停止状態の場合であってもＥＧＲシステム１６を利用できる。

ＥＧＲクーラー１７で冷却される排ガスｇは、ミストキャッチャ１８で排ガスｇの中の水分を回収される。ミストキャッチャ１８で回収される水分はタンク３に送られる。水分を回収される排ガスｇは再循環ライン２０を介してエンジン１４に送られる。

この実施形態の排ガス処理装置１は、過給器１５の上流側で高圧である排ガスｇの洗浄を行う。高圧の排ガスｇを洗浄するので、過給器１５の下流側で低圧の排ガスｇを洗浄する場合に比べて凝縮水の回収量が多くなる。大量の凝縮水がタンク３に供給されるので、清水タンク８からタンク３への洗浄水ｗの供給量を抑制できる。油分等をタンク３からドレンタンク９に排出する際に、この油分等に伴い洗浄水ｗがドレンタンク９に排出される。このドレンタンク９に排出される洗浄水ｗの量を凝縮水の回収量が上回る場合がある。この場合は清水タンク８からタンク３への洗浄水ｗの供給が不要となる。排ガス処理装置１の省スペース化には有利である。

図５に例示するようにＥＧＲシステム１６がＥＧＲクーラー１７を備えない構成としてもよい。この場合スクラバ２が排ガスｇを冷却するＥＧＲクーラー１７として機能する。この実施形態ではＥＧＲシステム１６は、スクラバ２とミストキャッチャ１８で構成されることになる。同様にＥＧＲクーラー１７が排ガスｇを洗浄するスクラバ２として機能する構成としてもよい。

排ガス処理装置１は、ＥＧＲシステム１６と機器を一部共用することができるので排ガス処理装置１の省スペース化には更に有利である。

１ 排ガス処理装置
２ スクラバ
３ タンク
４ 供給ライン
５ 排出ライン
６ 供給量制御部
７ 排出量制御部
８ 清水タンク
９ ドレンタンク
１０ 水位制御機構
１１ 水位計
１２ 演算部
１３ ポンプ
１４ エンジン
１５ 過給器
１６ ＥＧＲシステム
１７ ＥＧＲクーラー
１８ ミストキャッチャ
１９ 取込ライン
２０ 再循環ライン
ｇ 排ガス
ｗ 洗浄水

Claims (6)

1. エンジンで発生した排ガスを洗浄水で洗浄するスクラバと、このスクラバに洗浄水を供給するとともに排ガスを洗浄した後の洗浄水を回収するタンクと、このタンクの中の洗浄水の水位を目標水位となる状態に制御する水位制御機構とを備える排ガス処理装置において、
   前記スクラバが停止状態のときの前記目標水位である第一目標水位と、前記スクラバが作動状態のときの前記目標水位であり前記第一目標水位よりも小さい値である第二目標水位とが予め設定されていて、前記スクラバの運転状態に基づいて前記目標水位を変更する構成を前記水位制御機構が備えることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 洗浄水を外部から前記タンクに供給する供給ラインと、この供給ラインに設置されていて通過する洗浄水の流量を制御する供給量制御部と、洗浄水を前記タンクから外部に排出する排出ラインと、この排出ラインに設置されていて通過する洗浄水の流量を制御する排出量制御部とを備えていて、
   前記水位制御機構が前記供給量制御部と前記排出量制御部とを制御する構成を有する請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記エンジンと過給器とを連結する管路の途中に連結されていて前記エンジンから排出される排ガスを前記スクラバに取り込む取込ラインと、前記スクラバで洗浄されるとともに冷却された排ガスを前記エンジンに再循環させる再循環ラインとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
4. エンジンで発生した排ガスを洗浄水で洗浄するスクラバと、このスクラバに洗浄水を供給するとともに排ガスを洗浄した後の洗浄水を回収するタンクと、このタンクの中の洗浄水の水位を目標水位となる状態に制御する水位制御機構とを備える排ガス処理装置の制御方法において、
   前記スクラバが作動状態から停止状態となるときに前記目標水位が比較的大きい値である第一目標水位に変更されるとともに前記スクラバの洗浄水が前記タンクに回収されて、
   前記スクラバが停止状態から作動状態となるときに前記目標水位が前記第一目標水位よりも小さな値である第二目標水位に変更されるとともに前記タンクの洗浄水が前記スクラバに供給されることを特徴とする制御方法。
5. 前記スクラバの運転状態により変更される前記第一目標水位または前記第二目標水位と、前記タンクの中の洗浄水の水位との差に基づいて、
   外部から前記タンクに供給される洗浄水の供給量と、前記タンクから外部に排出される洗浄水の排出量とを前記水位制御機構が制御する請求項４に記載の制御方法。
6. 前記エンジンから過給器に供給される排ガスの一部を前記エンジンと前記過給器との間から前記スクラバに取り込み、前記スクラバに取り込まれた排ガスを洗浄水で洗浄するとともに冷却した後に前記エンジンに再循環させる請求項４または５に記載の制御方法。

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