JP2013238172A - 重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクロンの小型化と、高ＰＭ捕集率及び低燃費がはかられる船舶用ディーゼルエンジン排ガス浄化装置の提供。
【解決手段】重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極１−２、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集部１−１を有し、前記管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する集塵手段を備えた重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置において、管状捕集部の下流側の軸心付近に低濃度排ガス導出管３を、同管状捕集部の下流側の内周面付近に高濃度排ガス導出部１−１ｂを設け、高濃度排ガス導出部に前記粒状物質を捕集する集塵手段を連設し、さらに集塵手段と船舶用ディーゼルエンジンと管状捕集部との間に、浄化ガス還流配管２−２を設け、かつ該還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるカーボンを主体とする粒状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下「ＰＭ」と称する）や有害ガスを除去し、浄化する船舶用、発電用、産業用などの特に重油より低質な燃料を使用する大排気量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ディーゼルエンジンにおけるコロナ放電を利用した船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置に関する。

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ＰＭ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、そして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：Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎｓ、以下「ＳＯＦ」と称す）と有機溶剤非可溶分（ＩＳＦ：Ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎｓ、以下「ＩＳＦ」と称す）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１〜６）が提案されている。

即ち、特許文献１には、図５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が提案されている。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。

又、特許文献２には、図６にその概略を示すように、針先１３１−１の周りにコロナ放電１３５を起こして排気ガス中のＰＭ１３３を帯電させるためのニードル電極１３１と、帯電したＰＭ１３３を捕集するための捕集電極１３２と、前記ニードル電極１３１と前記捕集電極１３２との間に所定の直流高電圧を印加するための高圧直流電源１３４とを備えたディーゼルエンジンの排気ＰＭ捕集装置が提案されている。図中、１３６は偏向電極である。

更に、特許文献３には、図７にその概略を示すように、排気経路中に設けたＰＭ捕集用の収集電極対の一方を構成する固定円筒体１４１と、該固定円筒体１４１の中心部に軸方向に延設されて収集電極対の他方を構成する電極棒１４２と、前記収集電極対間に静電界を形成して排気ガス中のＰＭを前記固定円筒体１４１の内面に集積させる高電圧電源部１４３と、前記固定円筒体１４１の内面に沿って当該固定円筒体に対し相対回動して該固定円筒体内面に堆積したＰＭを掻き落とす掻き落とし部１４４を備えた排気ガス浄化装置が提案されている。図中、１４５は排気管、１４６は回転円筒部である。

一方、特許文献４には、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるＰＭを帯電させる放電電極、及び帯電されたＰＭを捕集する集塵電極を有する電気集塵手段と、集塵電極に捕集されて滞留するＰＭを当該集塵電極から剥離させる手段と、集塵電極から剥離されたＰＭを分別して捕集するサイクロン方式の分別捕集手段とを備えたディーゼルエンジン排ガス浄化装置が提案されている。
この装置は、図８にその一例を示すように、排ガスを横方向に流しながら処理するように構成されたもので、ＰＭを捕集するための電気集塵部１５１と、分別捕集部としてのサイクロン１５２を備え、電気集塵部１５１は筒状ハウジング１５６の内周面に取付けた筒状金属体１５７と該筒状金属体の内周面に形成した凹凸部１５８とによって構成された集塵電極１５４と、この集塵電極１５４の軸線に沿って延びる主電極１５９と、この主電極１５９の長手方向に所定の間隔で配設された放射状に突出する電極針１６０の群とによって構成された放電電極１５５とを備え、サイクロン１５２は電気集塵部１５１を通過したガス流１５３の流れを旋回流に変換するガイドベーン１６１より下流側の部位に構成され、このサイクロン１５２の下流に該サイクロン内のガスを排出するための排気管１６２と、遠心分離されたＰＭを捕集するホッパー１６３が設けられている。１６４は集塵電極１５４に捕集されて滞留するＰＭを当該集塵電極から剥離させる剥離機構であり、例えば偏心による振動を発生する偏心モータ１６５で構成されている。１６６は排気管１６２内の排ガスをホッパー１６３の上部空間にリターンさせるための抽気管である。
即ち、上記構成の排ガス浄化装置は、電気集塵部１５１に流入した排ガス中のＰＭは、集塵電極１５４と放電電極１５５との間における放電によって帯電されてクーロン力によって集塵電極１５４に捕集され、捕集されたＰＭはガス流と共にガイドベーン１６１に流入し、ガイドベーン１６１より下流側の部位に構成されるサイクロン１５２によりＰＭが遠心分離され、遠心分離されたＰＭはホッパー１６３内に降下して捕集され、一方、浄化された排ガスは排気管１６２を介して外部に放出される仕組みとなしたものである。

又、特許文献５には、自動車に搭載したディーゼルエンジンの排気ガス中の捕集対象成分をコロナ放電により帯電させて凝集する帯電凝集部と、凝集させた成分を捕集するフィルタ部とを備えたガス処理装置として、図９、図１０に示すように帯電凝集部１７０を上流側に、フィルタ部１８０を下流側に配設して構成すると共に、帯電凝集部１７０のガス通路壁を筒状体１７１、１７１ａ等で形成し、又、ガス通路壁の表面近傍に配置された導電性の筒状体１７１ｆで低電圧電極の集塵電極を形成し、これらの筒状体の内部に配置した線状体の高電圧電極でコロナ電極を形成すると共に、前記ガス通路壁の筒状体を自然対流と熱放射による自然によりガスを冷却するガス冷却部として形成し、更に、前記ガス通路壁の筒状体、又は前記導電性の筒状体の内側表面近傍を流れるガス流に対して、乱流を促進する乱流促進手段１７１ｅを、前記筒状体の表面又は表面近傍に設けて構成するガス処理装置が示されている。図中、１７１ｃはガス入口室、１７１ｂはコロナ電極、１７１ｄはガス出口室である。

又、特許文献６には、図１１に示す重油より低質な燃料を使用するディーゼルエンジン排ガス処理装置が記載され、大きく分けて電気集塵手段を構成する管状捕集部１８１と分別捕集手段を構成する分別捕集部１８２とからなり、ＰＭ粒子を捕集するために設ける管状捕集部１８１は、集塵電極を構成する所定長さの、捕集壁面１８１−１ｋを有する捕集管１８１−１と排ガス中に含まれるＰＭに帯電させる放電電極１８１−２とを備えている。集塵電極を構成する捕集管１８１−１には、上流側（ディーゼルエンジン側）の端部に排ガス導入口１８１−１ａを有し、下流側の端部の軸心付近にＰＭの低濃度排ガス導出管１８３を、下流側の端部の内周面付近にＰＭの高濃度排ガス導出部１８１−１ｂをそれぞれ連設している。放電電極１８１−２は、集塵電極を構成する捕集管１８１−１の軸心付近をほぼ全長にわたって延びる主電極１８１−２ａと、該主電極１８１−２ａの長手方向に所望の間隔で配設された放射状に突出する電極針１８１−２ｂの群とによって構成されている。 このように構成された放電電極１８１−２は、捕集管１８１−１の排ガス導入口１８１−１ａ側に設けたシールエアー導入管部１８１−１ｃと、低濃度排ガス導出管１８３の入口部位に設けたシールエアー導入管部１８３−１に垂設した支持体１８４を介して主電極１８１−２ａの両端部が支持されている。なお、放電電極１８１−２は必要に応じ捕集管１８１−１の内部より絶縁されたステーにより所望間隔を有して支持されている。又、放電電極１８１−２は外部に設置された高圧電源装置（図示せず）に配線されて制御された高圧電源の供給を受けている。

前記排ガスの流れ方向における管状捕集部１８１の下流側に設けられた分別捕集部１８２は、分別手段としてのサイクロン捕集手段１８２−１により構成されている。このサイクロン捕集手段１８２−１は、捕集管１８１−１の高濃度排ガス導出部１８１−１ｂに連通管１８５−１を介して接続された１台の接線式サイクロン１８２−１ａで構成され、さらに該接線式サイクロン１８２−１ａと前記低濃度排ガス導出管１８３との間に、接線式サイクロン１８２−１ａ通過後の浄化ガスを低濃度排ガス導出管１８３内を流れる低濃度排ガスに合流させるための排出管１８６−１を配設している。又、前記低濃度排ガス導出管１８３には、接線式サイクロン１８２−１ａへの高濃度排ガス流入量及び流入速度と低濃度排ガス放出量の流量調整を行うための流量制御ダンパー１８７を設けている。

図１２に特許文献６の他の装置として示すディーゼルエンジン排ガス処理装置は、サイクロン捕集手段１８２−１を２台の接線式サイクロン１８２−１ａで構成した以外は前記の装置と同様の構成を有するものである。即ち、捕集管１８１−１の高濃度排ガス導出部１８１−１ｂに連通管１８５−１、１８５−２を介して２台の接線式サイクロン１８２−１ａを並列的に接続してサイクロン捕集手段１８２−１を構成するとともに、この場合も各接線式サイクロン１８２−１ａ通過後の浄化ガスをそれぞれ低濃度排ガス導出管１８３内を流れる低濃度排ガスに合流させるための排出管１８６−１、１８６−２を配設している。

次に、図１３に示す特許文献６のサイクロン捕集手段は、処理能力の異なる複数の接線式サイクロン、例えば小処理能力接線式サイクロン１８２−１ｂ、中処理能力接線式サイクロン１８２−１ｃ、大処理能力接線式サイクロン１８２−１ｄの３種類のサイクロンで構成したもので、捕集管１８１−１の高濃度排ガス導出部１８１−１ｂに放射状位置に接続した連通管１８８−１、１８８−２、１８８−３を介して各接線式サイクロン１８２−１ｂ、１８２−１ｃ、１８２−１ｄを接続し、前記各連通管１８８−１、１８８−２、１８８−３の高濃度排ガス導入口に流量制御ダンパー１８９−１、１８９−２、１８９−３を設けた構成となしたものである。

このように処理能力の異なる複数の接線式サイクロンでサイクロン捕集手段を構成した場合には、船舶用エンジンにおける主機及び補機の並列運転や単独運転に伴う運転状況の変化やエンジンの負荷率に応じて変化する排気ガス流量に対応して各接線式サイクロンをより適正に選択使用することが可能となるのみならず、低濃度排ガス導出管３に配設したダンパーと合わせて各接線式サイクロン毎に設けた流量制御ダンパー１８９−１、１８９−２、１８９−３を制御することにより各接線式サイクロンへの排ガスの流入接線速度をより適正に制御することが可能となる。

ＷＯ２００６／０６４８０５Ｂ号公報 特開平９−１１２２４６号公報 特開平６−１７３６３７号公報 特開２００６−１３６７６６号公報 特許第４５２９０１３号 特許願２０１０−２５６１６０号

しかしながら、上記した従来のディーゼルエンジン排ガス浄化装置には、以下に記載する欠点がある。
即ち、前記特許文献１に記載され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は、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、又、排気ガス流が捕集板１２３に対し直接当接するので流過抵抗（圧力損失；圧損）が大きいこと、捕集板１２３が薄く排気ガス流の流れ方向長さが短いのでＰＭの素通りが危惧され、ＰＭ捕集効率を十分に高めることができないおそれがあること、一旦捕集板１２３を通過したＰＭは再度コロナ放電により帯電させて捕集されることがなくそのまま排出されてしまうこと、といった問題を有する。
なお、前記特許文献１には、捕集板を排気ガス流の流れ方向に長尺な管状とすると共に、管状捕集部の管軸方向に電極針を設け、ＰＭ粒子を排気ガス流の流れ方向に流しながら堆積・剥離を繰返すジャンピング現象を発現させて成長させ、この成長現象により排気ガス流の管状捕集部内面付近のＰＭの粒径をサイクロンで捕集し易いように粗大化させると共にＰＭの濃度を上昇させ、さらにこのＰＭの粒径が大径でかつ濃度が高濃度に濃縮した排気ガス流を選択的に抽出してサイクロンでＰＭ粒子の多くを捕集し、捕集しきれずにわずかに残留したＰＭ粒子を導入管（排気管）に還流させて再粗大化・再捕集させるという技術思想は開示も示唆もしていない。

又、前記特許文献２に記載の排気ＰＭ捕集装置及び特許文献３に記載の排気ガス浄化装置は、放電電圧と捕集偏向電圧が同電位であるため両電圧をそれぞれの適正条件に設定することが難しいこと、偏向電極と捕集電極間のスパーク発生を防止するためにその間隔を大きくとらざるを得ないこと、又そのために捕集されずに捕集区間を素通りするＰＭが多くなり、捕集効率が低下すること、更に、捕集効率を上げるためには捕集部の容量を大きくとる必要があり、装置の大型化を余儀なくされ、小型軽量化が望まれる舶用部品としては不適当である、といった欠点を有する。

なお、前記特許文献２には、排気の通り道となるトンネル状の電極とされ、捕集電極１３２のトンネル内にニードル電極１３１と偏向電極１３６との電極結合体が、トンネルと軸心を略共通にして配設され、太く長尺の電極結合体が管状捕集部のほぼ全長にわたり内挿されて格子状に形成され、と記載され、又、前記特許文献３には、実施例６の段落［００３３］に「……固定円筒体４１の中心線に沿って放電電極対及び収集電極対の各一方を構成する電極棒４２が垂下され、……固定円筒体４１の下部側面には径大な排気口が設けられ、排気口には下流側排気管４５が嵌入……。」と、段落［００３５］には「回転円筒部４６は下部が径小な切頭円錐形状を有し……回転円筒部４６の内面から上方に長尺のバー（掻き落とし部）４４が立設してあり、バー４４の外縁は固定円筒体４１の径大部の内面に接している。」と、段落［００３６］には「……ディーゼルパティキュレートは、放電空間で電極棒４２と固定円筒体４１……との間のコロナ放電により……帯電したディーゼルパティキュレートは、……静電界に引かれて固定円筒体４１の径大部の内面に堆積する。」と、記載され、更に段落［００３７］には「回転円筒部４６の回転とともに、バー４４は固定円筒体４１の径大部の内面に接して低速で回転し、径大部の内面に堆積したディーゼルパティキュレート層を落下させ、……落下したディーゼルパティキュレートは収集箱に集め、……除去することができる。」と記載されて管状捕集部が形成されてはいるが、特許文献３に記載されているものは、捕集電極を排気ガス流の流れ方向に長尺な固定円筒部（管状）とすると共に、管状捕集部の管軸方向に間隔を保持して電極針を設け、ＰＭを排気ガス流の流れ方向に流しながら堆積させ、堆積したＰＭ粒子をバーにて掻き落とす技術であり、掻き落とされた時に飛散するＰＭ粒子の一部は収集箱の手前に設けられた径大な排気口に嵌入された下流側排気管より排出されることが大いに危惧される技術である。

従って、特許文献２、３に記載された技術も、前記特許文献１に記載された技術と同様に、捕集板を排気ガス流の流れ方向に長尺な管状とすると共に、管状捕集部の管軸方向に電極針を設け、ＰＭ粒子を排気ガス流の流れ方向に流しながら堆積・剥離を繰返すジャンピング現象を発現させて成長させ、この成長現象により排気ガス流の管状捕集部内面付近のＰＭの粒径をサイクロンで捕集し易いように粗大化させると共にＰＭの濃度を上昇させ、さらにこのＰＭの粒径が大径でかつ濃度が高濃度に濃縮した排気ガス流を選択的に抽出してサイクロンでＰＭ粒子の多くを捕集し、捕集しきれずにわずかに残留したＰＭ粒子を導入管（排気管）に還流させて再粗大化・再捕集させる技術思想は開示も示唆もしていない。

一方、前記特許文献４に記載のディーゼルエンジン排ガス浄化装置は、電気集塵部１５１の集塵電極１５４や筒状ハウジング１５６の内周壁面（捕集管壁）に捕集されたＰＭ粒子は大きな塊を形成し、このＰＭ塊が自然剥離ないし機械的剥離機構により集塵電極１５４や捕集管壁を離脱して混合され、この離脱して混合されたＰＭ塊を排ガス中からサイクロン１５２において遠心分離してホッパー１６３に再捕集する方式であるが、この方式においては、筒状ハウジング１５６内に配設した全排ガス量の混合を伴うガイドベーン１６１によるサイクロン１５２に排ガスの全量を流してＰＭを遠心分離させるため、必然的に大型のガイドベーン１６１を配置した大型のサイクロン１５２が必要となり、設備コスト及びランニングコストが高くつくこと、又、構造的にサイクロン１５２を複数設置することができないため、エンジンの負荷率の大きな変動に伴う排気ガス流量の大幅な増減に対応できない上、サイクロン導入部の排ガス流速を適正に制御する手段を備えていないため高いＰＭ捕集率を維持しかつサイクロンでの過大な圧損による燃費の悪化等の問題を解消することができない、といった欠点を有する。

なお、前記特許文献４においては、捕集板を排気ガス流の流れ方向に長尺な管状とすると共に、管状捕集部の管軸方向に電極針を設け、ＰＭ粒子を排気ガス流の流れ方向に流しながら管状捕集部内面付近に堆積させサイクロンで捕集してはいるが、該特許文献４に記載された技術も、前記特許文献１〜３に記載された技術と同様に、排気ガス流のＰＭの粒径をサイクロンで捕集し易いように粗大化させると共に排気ガス流の管状捕集部内面付近のＰＭの濃度を上昇させ、さらにこのＰＭの粒径が大径でかつ濃度が高濃度に濃縮した排気ガス流の管状捕集部内面付近の流れだけを選択的に抽出して集中的にサイクロンでＰＭ粒子の多くを捕集し、捕集しきれずにわずかに残留したＰＭ粒子を導入管（排気管）に還流させて再粗大化・再捕集させる技術思想は開示も示唆もしていない。

更に、特許文献５に記載のガス処理装置は、車載用の小型のガス処理装置であって、帯電凝集部１７０を上流側に、フィルタ部１８０を下流側に配設して構成すると共に、帯電凝集部１７０に排気ガスを多数に分流するガス入口室１７１ｃを設けると共にガス通路壁を筒状体１７１ｆで形成しかつ該筒状体１７１ｆを外気に露出してガス通路壁である当該筒状体１７１ｆを自然対流と熱放射による自然放熱によりガスを冷却するガス冷却部として形成し、その後分流した排気ガスをガス出口室１７１ｄにて再混合させる装置に関する技術であり、管状捕集部から流出した排気ガスがＰＭ粒子の捕集工程以前に再混合されることのない技術ではない。この特許文献５に記載のガス処理装置は、筒状体１７１ｆの内表面又はその内表面の近傍にガス流れに対する乱流促進手段１７１ｅを設けて、特に筒状体の表面近傍にガスの乱流化を促進して、流路断面方向の攪拌作用を大きくしてしまうという欠点を有する。

なお、この特許文献５に記載のものは、捕集壁を排気ガス流の流れ方向に長尺な管状の筒状体とすると共に該管状捕集部の管軸方向に電極針を設け、ＰＭ粒子を排気ガス流の流れ方向に流しながら該管状捕集部内面付近に堆積させて捕集しているものの、この特許文献５も、前記特許文献１〜４と同様に、排気ガス流のＰＭの粒径を下流側に設置されたサイクロンで捕集し易いように粗大化させると共に排気ガス流の管状捕集部内面付近のＰＭの濃度を上昇させ、更にこのＰＭの粒径が大径でかつＰＭ濃度が高濃度の排気ガス流の管状捕集部内面付近の流れだけを選択的に抽出して集中的にサイクロンでＰＭ粒子の多くを捕集し、捕集しきれずにわずかに残留したＰＭ粒子を導入管（排気管）に還流させて再粗大化・再捕集させる技術思想は開示も示唆もしていない。

一方、特許文献６に記載のガス処理装置は、分別捕集部１８２として接線式サイクロン１８２−１ａあるいは処理能力の異なる複数の接線式サイクロン、例えば小処理能力接線式サイクロン１８２−１ｂ、中処理能力接線式サイクロン１８２−１ｃ、大処理能力接線式サイクロン１８２−１ｄの３種類のサイクロンで構成するという複雑な装置を使用している。又、各サイクロンへ流入する排気ガス流速が最適となるよう制御しながらＰＭ粒子を各サイクロンで確実に捕集するとともに、各サイクロンから排出されるガスのＰＭの低濃度が確実に低下し希薄化した排気ガスを排ガス排出管１８６−１、１８６−２より低濃度排ガス導出管１８３に合流させる必要があった。

更に、この特許文献６に記載のガス処理装置は、分別捕集部１８２として接線式サイクロン１８２−１ａが単独数設置の場合には接線式サイクロン装置の集塵特性が流入するガス流の速度依存性を有することから、高い捕集率の得られるエンジンの回転速度や負荷率などの運転条件の変動範囲が多少の制約を受けることが危惧される。一方分別捕集部１８２として接線式サイクロン１８２−１ａを処理能力の異なる複数の接線式サイクロンにしたり、小処理能力接線式サイクロン１８２−１ｂ、中処理能力接線式サイクロン１８２−１ｃ、大処理能力接線式サイクロン１８２−１ｄの３種類のサイクロンで構成したりするが、運転条件が制約を受けることの危惧は減少するものの装置の大型化及び制御が複雑化することが危惧される。

本発明は、上記した従来技術の欠点を解消するためになされたもので、特に全排ガス量が流れる通路内にガイドベーンを配設してサイクロンを構成する特許文献４に記載のディーゼルエンジン排ガス浄化装置の方式や、分別捕集部として処理能力の異なる複数の接線式サイクロン、例えば小処理能力接線式サイクロン、中処理能力接線式サイクロン、大型処理能力接線式サイクロンの３種類のサイクロンで構成する特許文献６に記載のガス処理装置などに替えて、管状捕集部の下流側の軸心付近に粒状物質の低濃度排ガス導出管を、同管状捕集部の下流側の内周面付近に高濃度排ガス導出部をそれぞれ設け、粒状物質の高濃度排ガス導出部に前記粒状物質を捕集する集塵手段を連設し、更に集塵手段から船舶用ディーゼルエンジンと管状捕集部との間に、浄化ガスを還流させる還流配管を設け、かつ該還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を設けるとともに、前記低濃度排ガス導出管に配設したダンパーの開度及び／又は前記排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を制御することにより前記集塵手段への排ガス流入速度を制御する仕組みとなした船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置を提供しようとするものである。

本発明に係る重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置は、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は前記管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極と該主電極に間隔配設された放射状に突出する複数本の電極針とによって構成された電気集塵手段と、前記管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する集塵手段を備えた重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置において、前記管状捕集部の下流側の軸心付近に粒状物質の低濃度排ガス導出管を、同管状捕集部の下流側の内周面付近に高濃度排ガス導出部をそれぞれ設け、粒状物質の高濃度排ガス導出部に前記粒状物質を捕集する集塵手段を連設し、さらに該集塵手段から前記船舶用ディーゼルエンジンと前記管状捕集部との間に、前記集塵手段通過後の浄化ガスを還流させる還流配管を設け、かつ該還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を設けるとともに、前記低濃度排ガス導出管に配設したダンパーの開度及び／又は前記排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を制御することにより前記集塵手段への排ガス流入速度を制御する仕組みとなすことを特徴とするものである。

又、本発明は、船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置として、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は前記管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極と該主電極に間隔配設された放射状に突出する複数本の電極針とによって構成された電気集塵手段と、前記管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する集塵手段を備えた重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置において、前記管状捕集部の下流側の軸心付近に粒状物質の低濃度排ガス導出管を、同管状捕集部の下流側の内周面付近に高濃度排ガス導出部をそれぞれ設け、粒状物質の高濃度排ガス導出部に前記粒状物質を捕集する集塵手段を連設し、さらに該集塵手段から前記船舶用ディーゼルエンジンと前記管状捕集部との間に、前記集塵手段通過後の浄化ガスを還流させる還流配管を設け、かつ該還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を設けるとともに、前記低濃度排ガス導出管に配設したダンパーの開度及び／又は排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を制御することにより前記集塵手段への排ガス流入速度を制御する仕組みとなし、さらに前記還流配管に前記集塵手段通過後の浄化ガスの一部をＥＧＲガスとして分流する分岐部を設け、該分岐部に連なるＥＧＲ配管及びＥＧＲバルブを介して前記ＥＧＲガスをエンジンの吸気に還流させる構成となしたことを特徴とするものである。

上記本発明装置の前記集塵手段としては、接線式サイクロン又は衝突式慣性力粒子分離器を採用することができる。

又、本発明装置は、船舶用ディーゼルエンジンの排気マニホールドに連なる前記管状捕集部の上流に排気ガスクーラーを設け、かつ該排気ガスクーラーのさらなる上流部と前記集塵手段との間に前記還流配管を配設することを好ましい態様とするものである。

本発明装置において、前記還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段としては、ブロアー又は高圧気体噴出ノズルを採用することが好ましい。

又、前記還流配管は前記排気管に対する傾斜角度１５°乃至６０°の流入角で還流する排気ガスが流入するように配設することが好ましい。

更に、前記還流配管は前記排気管内に突出し、かつ排気ガス流出方向を指向して開口するように配設することを好ましい態様とするものである。

本発明装置は又、前記ＥＧＲ配管に、排気ガスを更に浄化するスクラバーを配置することを好ましい態様とするものである。

更に、本発明装置は、前記ＥＧＲ配管にＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを設けることを好ましい態様とするものである。

又、本発明装置は、前記排気ガスクーラーと前記電気集塵手段との間の排気管、前記スクラバーと前記ＥＧＲクーラーとの間のＥＧＲ配管、及び前記ＥＧＲクーラーの後方のＥＧＲ配管の少なくとも１箇所に、凝縮水を分離除去する汽水分離器を配設することを好ましい態様とするものである。

本発明に係る重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置は、以下に記載する効果を奏する。
（１）管状捕集部において排ガス中のＰＭが管状の捕集壁面に捕集されて塊状となり、このＰＭ塊が管状の捕集壁面に付着と剥離を繰返しながら管状の捕集壁面付近をＰＭが徐々に濃縮化されていくことによりＰＭを高濃度に含んだ排ガス流となって下流へ流れ、管状捕集部の軸心付近をＰＭが徐々に希薄化されていくことによりＰＭを低濃度にしか含有しない低濃度排ガスと分離されたＰＭの高濃度排ガスは、管状の捕集壁面付近の高濃度排出部から集塵手段である接線式サイクロン又は衝突式慣性力粒子分離器導入部へ分流され、ブロアーで運動エネルギーを付与されて高圧・高速流となって接線式サイクロン又は衝突式慣性力粒子分離器よりなる捕集部へ導かれることにより、この捕集部にてＰＭ粒子の多くが捕集され、又捕集しきれずにわずかに残留したＰＭ粒子は導入管（排気管）へ還流され、サイクロンなどからの排出流と管状捕集部からの低濃度排ガスとが混合されて排出することがないので、本発明装置にあっては、長期に亘り安定して排出ガス中のＰＭ濃度を極めて低くでき、高い清浄度を維持することができる。
（２）サイクロンなどの捕集部からの排出流を管状捕集部に還流するので、即ち万一捕集部での捕集率が多少低くなってＰＭ粒子が残留しても捕集部からの全排ガスは外部に排出されることなく還流されるので、捕集部を小型・簡便な装置あるいは簡易な制御システムとすることができる。
（３）ブロアーの設置により例え流過抵抗の大きい集塵手段を使用してもＰＭ粒子をスムーズに導入管に還流できるのみならず、サイクロンへの流入接線速度あるいは衝突式慣性力粒子分離器への流入速度即ち衝突板への微粒子の衝突速度を適正に制御でき捕集部における捕集効率を向上させることができる。
（４）還流配管を導入管（排気管）内に突出し、かつ排気ガス流出方向を指向して開口させることによりブロアーにて運動エネルギーを付与され昇圧・増速した還流を排気ガスの流れ方向に噴出させることができてエジェクター効果を発揮させ、導入管の上流を流れる排気ガス流を吸引し増速させることにより排気抵抗を減少させてエンジン効率・燃料消費率を向上させることができる。
（５）還流配管を導入管（排気管）に対し鋭角（１５°≦θ≧６０°）に配設し開口させることにより、ブロアーにより運動エネルギーを付与され昇圧・増速した還流を排気ガスの流れ方向に沿う速度成分が多くなるように傾斜させて噴出させることによりエジェクター効果を発揮させ、導入管の上流を流れる排気ガス流を吸引し増速させることにより排気抵抗を減少させてエンジン効率・燃料消費率を向上させることが可能となる。
（６）ガス冷却器の上流側に還流させると捕集管・サイクロンや衝突式慣性力粒子分離器などの捕集部・還流配管などを通過することにより温度の低下したガスが混流することとなり、ガス冷却器への流入ガス温度が低下すると共にガス冷却器を通過するガス流量が増加することにより流速が増して伝熱面での熱伝達特性が向上し、熱交換量が増加してガス冷却器から流出する排気ガス温度が低下して放電部へ流入するガスは温度が低下し、排気ガス中に含まれるカーボン、サルフェートなどのＩＳＦ分及びＳＯＦ分を主体とする有害な粒状物質であるＰＭをより効率的に除去することが可能となり排気ガスの浄化率を高いレベルで達成・維持することができる。
（７）ガス冷却器の下流側に還流させるとガス冷却器を通過するガス流量の増加がないので、ガス冷却器の上流側に還流させる場合と比較して小型で小流量対応のガス冷却器を使用することが可能となり装置が小型化し廉価とすることができる。
（８）サイクロンや衝突式慣性力粒子分離器などの捕集部後流をＥＧＲガスとして分岐して吸気配管に圧送・還流することにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制し、かつ燃焼室表面からの熱損出を減少させて燃料消費率を向上させることができる。
（９）ＥＧＲガス分岐部より上流側の還流配管にブロアーを設置することにより、１台のブロアーで捕集率を上げるためのサイクロンや衝突式慣性力粒子分離器などの捕集部への流入速度の増速・適正化及び捕集管への還流並びにＥＧＲガスの吸気管への圧送とが同時にできて装置の小型・軽量化・低コスト化をはかることが可能となる。
（１０）ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラーを設置することにより、ＥＧＲガスをより低温となして吸気温度の低下、高いＥＧＲ率の確保などによる種々の作用・効果を得ることができる。
（１１）排気ガス冷却部の下流に汽水分離器を設置することによりガス冷却部を通過した排気ガス中から燃焼により生じた水蒸気、ＳＯＦ分、サルフェート分、カーボンなどが懸濁した凝縮水を予め分離除去することが可能となり、本発明装置からの排出ガスの清浄化と共に装置の腐食に対する危惧の軽減と、ＥＧＲ仕様においてはスクラバーの負荷の軽減をはかることができる。
（１２）ＥＧＲ配管にスクラバーを設置しその下流に汽水分離器を設置することにより、集塵手段で捕集・除去しきれなかった二酸化硫黄ガスやＰＭ（すす、ＳＯＦ、サルフェート）等の残存成分が効果的に除去され、その含有量がより減少しＥＧＲガスがよりクリーンになると共に、分流されたＥＧＲガスの温度をより低下させることができて、エンジン構成部品に対するＳＯＦやサルフェートからの腐食を効果的に防止すると共に燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制しかつ燃焼室表面からの熱損出を減少させて燃料消費率を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施例装置の全体構成を示す概略縦断面図である。 本発明の第２実施例装置の全体構成を示す概略縦断面図である。 本発明の第３の実施例装置の要部を拡大して示す概略縦断面図である。 本発明の第４実施例装置の要部を拡大して示す概略縦断面図である。 従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 図９に示すディーゼルエンジン排ガス処理装置の部分拡大断面図である。 従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の一例を示す概略縦断面図である。 図１１に示す従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置の他の例を示す概略縦断面図である。 図１１、図１２に示す従来のディーゼルエンジン排ガス処理装置におけるサイクロン捕集手段の他の例を模式的に示す説明図である。

図１に示す本発明の第１実施例装置は、サイクロンを使用した還流方式のディーゼルエンジン排ガス処理装置を例示したもので、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集部を有し、管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集するサイクロン方式の分別捕集手段を備えた船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置の、前記管状捕集部の下流側の内周面付近に設けた粒状物質の高濃度排ガス導出部からの配管に接線式サイクロンで構成したサイクロン捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部より排出される高濃度排ガス流を接線式サイクロンに導入して大径粒子を捕集・処理するとともに、同サイクロンで除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流に対してブロアーにて運動エネルギーを付与して昇圧・増速し還流配管を経由して導入管（排気管）に圧送・還流させる方式となしたものである。

このサイクロンを使用した還流方式の船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置は、大きく分けて電気集塵部１とサイクロン方式の分別捕集手段２とから構成され、ＰＭ粒子を捕集するために設ける電気集塵部１は、集塵電極を構成する所定長さの捕集管１−１と排ガス中に含まれるＰＭに帯電させる放電電極１−２とを備えている。集塵電極を構成する捕集管１−１には、上流側（ディーゼルエンジン側）の端部に排ガス導入管（排気管）１−１ａを有し、下流側の端部の軸心付近にＰＭの低濃度排ガス導出管３を、下流側の端部の内周面付近にＰＭの高濃度排ガス導出部１−１ｂをそれぞれ連設している。放電電極１−２は、集塵電極を構成する捕集管１−１の軸心付近をほぼ全長にわたって延びる主電極１−２ａと、該主電極１−２ａの長手方向に所望の間隔で配設された放射状に突出する電極針１−２ｂの群とによって構成されている。このように構成された放電電極１−２は、捕集管１−１の排ガス導入管部１−１ａ側に設けたシールエアー導入管部１−１ｃと、低濃度排ガス導出管３の入口部位に設けたシールエアー導入管部３−１に垂設した支持体４を介して主電極１−２ａの両端部が支持されている。なお、放電電極１−２は必要に応じ捕集管１−１の内部より絶縁されたステーにより所望間隔を有して支持されている。又、同放電電極１−２は外部に設置された高圧電源装置（図示せず）に配線されて制御された高圧電源の供給を受けている。

前記排ガスの流れ方向における電気集塵部１の下流側と上流側間に設けられたサイクロン方式の分別捕集手段２は、分別手段としてのサイクロン捕集部２−１と、サイクロン捕集部２−１からの還流配管２−２とで構成されている。このサイクロン捕集部２−１は、電気集塵部１の捕集管１−１の下流側の内周面付近に設けた高濃度排ガス導出部１−１ｂに連通管５−１及び高濃度排ガス配管５−２を介して接続された１台の接線式サイクロン２−１ａで構成され、さらに該接線式サイクロン２−１ａと、電気集塵部１の捕集管１−１の上流側の排ガス導入管１−１ａとの間に、接線式サイクロン２−１ａ通過後の浄化ガスを排ガス導入管１−１ａ内を流れる排ガスに合流させるための還流配管２−２及び連通管５−３を配設している。
又、ブロアー７は前記連通管５−１と接線式サイクロン２−１ａ間の高濃度排ガス配管５−２に設ける。このブロアー７は排ガス流に対して運動エネルギーを付与して昇圧・増速させて接線式サイクロン２−１ａでの捕集率の向上並びに接線式サイクロン２−１ａで除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流を還流配管２−２を経由して排ガス導入管１−１ａに確実に圧送・還流させるために設けている。なお、ブロアー７は図示していないが還流配管２−２に設けてもよい。又、図示していないが、高濃度排ガス配管５−２又は還流配管２−２に設けたブロアー７に替えて、高気体噴出ノズルを設けて高圧気体を噴出させて排ガス流に対して運動エネルギーを付与してもよい。さらに、前記低濃度排ガス導出管３には、接線式サイクロン２−１ａへの高濃度排ガス流入量及び流入速度と低濃度排ガス放出量の流量調整を行うための流量制御ダンパー８を設けている。

上記図１に示す重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置において、排ガス導入管１−１ａより捕集管１−１内に流入した排ガス中のＰＭは、集塵電極を構成する当該捕集管１−１の内壁と放電電極１−２との間における放電によって帯電されるので、帯電されたＰＭ粒子はクーロン力によって捕集管１−１の内壁に捕集される。捕集管１−１の内周壁に捕集されたＰＭ粒子には時間の経過と共に軸心付近の排気ガス流から捕集されたＰＭ粒子が更に堆積されて次第に成長して塊状となり、このＰＭ塊が排気流による剥離と放電（帯電）に伴うクーロン力による管状捕集壁への再付着を繰返しながら捕集管内壁の近傍を濃縮されながら流れていくことによりＰＭを高濃度に含んだ排ガス流となると同時に、捕集管１−１のほぼ軸心部付近を流れる排ガス中のＰＭは捕集管内壁に捕集されて次第に希薄化されて低濃度にしかＰＭを含まない排ガス流となって下流へ流れていく。即ち、排ガス導入管１−１ａより捕集管１−１内に流入した排ガスは、電気集塵部１を流下する過程においてＰＭの高濃度排ガス流と低濃度排ガス流に分離され、捕集管内壁の近傍を高濃度排ガス流が、捕集管１−１のほぼ軸心部付近を低濃度排ガス流が、各々分離されたような状態となって捕集管１−１の下流へ流れていく。そして、捕集管１−１の下流において、捕集管内壁の近傍を流れてきたＰＭの高濃度排ガス流は、該捕集管１−１の高濃度排ガス導出部１−１ｂより連通管５−１及び高濃度排ガス配管５−２を介して接線式サイクロン２−１ａに導入されて大径のＰＭ粒子が遠心分離される。この接線式サイクロン２−１ａで大径のＰＭ粒子を捕集後、同接線式サイクロン２−１ａで除去されなかった細径のＰＭ粒子を含有する概ね浄化された排ガス流は、還流配管２−２内を流れて上流側の連通管５−３を介して排ガス導入管１−１ａ内を流れる排ガス流に合流するが、この時、細径のＰＭ粒子を含有する浄化された排ガス流に対してブロアー７により運動エネルギーが付与されて昇圧・増速され、還流配管２−２により排ガス導入管１−１ａに圧送・還流される。

上記図１に示す重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置によれば、以下に記載する作用効果を奏する。
（イ）．サイクロン２−１ａを通過した細径粒子を含む排ガス流（還流ガス）をエンジンからの排気ガス流へ還流・圧送・混合させて捕集管１−１で再度、放電→粒子の帯電→捕集管内壁面への付着→剥離の繰返しにより大径粒子化させ、高濃度排ガス流として分離しサイクロン２−１ａで確実に除去することができる。
（ロ）．サイクロン２−１ａ後の排ガス流を還流させることにより、排出されるガスのＰＭなどの捕集率を維持もしくは向上、即ち、低濃度排出ガスの清浄度を維持もしくは向上させながら、船舶用エンジンにおける主機及び補機の並列運転や単独運転に伴う運転状況の変化やエンジンの負荷率に応じて変化する排気ガス流量に対応して処理能力の異なる各接線式サイクロンを複数台設置することもなく装置全体を小型・コンパクトにできると共に装置の制御もシンプルとなり制御ソフフト・装置も単純となり安価で信頼性の高いものとなる。
（ハ）．ブロアー７の設置により、例え接線式サイクロン２−１ａの排気ガス流の流過抵抗が多少大きくても細径のＰＭ粒子を含有する浄化された排ガス流をスムーズに排ガス導入管１−１ａに還流できるのみならず、接線式サイクロン２−１ａへの流入接線速度を適正に制御でき同サイクロンでの捕集効率も上昇する。なお、ブロアー７の設置位置は、サイクロン前後の何れの位置でも良く、ブロアー設置位置がサイクロン上流側の場合はサイクロンへの流入接線速度を高く維持して高捕集率を得易く、他方、サイクロン下流側の場合はブロアー７の吸引抵抗が大きくサージングが多少危惧されるもののファンブレード表面へのＰＭ粒子などの付着が少なくかつガスの温度が低下しているのでブロアー７は耐久性を確保し易い。
（ニ）．還流配管を図１に示すように排ガス導入管１−１ａ内に突出させ、かつその先端開口部を排気ガス流出方向を指向するように屈曲させて、ブロアー７にて運動エネルギーを付与され昇圧・増速した還流を噴出させることによりエジェクター効果を発揮させ、排ガス導入管１−１ａを流れて来る排気ガス流を吸引させることにより排気抵抗を減少させてエンジン効率の上昇をはかることができる。

図２に示す本発明の第２実施例装置は、衝突式慣性力粒子分離器を使用した還流方式の船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置を例示したもので、大径粒子の捕集手段を衝突式慣性力粒子分離方式に変更した以外は前記第１の実施例装置とほぼ同様の構成を有するものである。
即ち、図２に示す本発明の第２実施例装置は、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集部を有し、管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する手段を備えた船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置の、前記管状捕集部の下流側の内周面付近に設けた粒状物質の高濃度排ガス導出部からの配管に容器と衝突板で構成された衝突式慣性力粒子分離器で構成した捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部より排出される高濃度排ガス流を衝突式慣性力粒子分離器に導入して大径粒子を捕集・処理するとともに、同衝突式慣性力粒子分離器で除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流に対してブロアーにて運動エネルギーを付与して昇圧・増速し還流配管を経由して導入管（排気管）に圧送・還流させる方式となしたものである。

この図２に示す本発明の第２実施例装置は、前記排ガスの流れ方向における電気集塵部１の下流側と上流側間に設けられた分別捕集手段１２は、衝突式慣性力粒子分離器方式の分別捕集手段１２−１と、該分別捕集手段１２−１からの還流配管１２−２とで構成したものである。この衝突式慣性力粒子分離器方式の分別捕集手段１２−１は、電気集塵部１の捕集管１−１の下流側の内面周付近に設けた高濃度排ガス導出部１−１ｂに連通管１５−１及び高濃度排ガス配管１５−２を介して接続された１台の衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａで構成され、さらに該衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａと、電気集塵部１の捕集管１−１の上流側の排ガス導入管１−１ａとの間に、衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａ通過後の浄化ガスを排ガス導入管１−１ａ内を流れる排ガスに合流させるための還流配管１２−２及び連通管１５−３を配設している。衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａは、内部に排ガスを衝突させて含有しているＰＭ粒子などを分離・落下させて除去する衝突板１２−１ｂを有している。なお、連通管１５−３は、排ガス導入管１−１ａに対してガス流入角度θを１５°〜６０°に傾斜して設ける。これは、高濃度排ガス配管１５−２に設置したブロアー７にて運動エネルギーを付与され昇圧・増速した還流を傾斜させて噴出させることによりエジェクター効果を発揮させるためである。ここで、ガス流入角度θを１５°〜６０°に規定したのは、１５°未満では合流部を構成する配管部品の捕集管１−１に沿う軸方向長さが長くなって装置が大型化し、他方、６０°を超えるとエジェクター効果が十分に得られないためである。

上記図２に示す重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置によれば、以下に記載する作用効果を奏する。
（イ）．衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａを通過した細径粒子を含む排ガス流（還流ガス）をエンジンからの排気ガス流へ還流・圧送・混合させて捕集管１−１で再度、放電→粒子の帯電→捕集管内壁面への付着→剥離の繰返しにより大径粒子化させ、高濃度排ガス流として分離し衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａで確実に除去することができる。
（ロ）．衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａ後の排ガス流を還流させることにより、排出されるガスのＰＭなどの捕集率を維持もしくは向上、即ち、低濃度排出ガスの清浄度を維持もしくは向上させながら、船舶用エンジンにおける主機及び補機の並列運転や単独運転に伴う運転状況の変化やエンジンの負荷率に応じて変化する排気ガス流量に対応して処理能力の異なる各衝突式慣性力粒子分離器を複数台設置することもなく装置全体を小型・コンパクトにできると共に装置の制御もシンプルとなり制御ソフフト・装置も単純となり安価で信頼性の高いものとなる。
（ハ）．ブロアー７の設置により、例え衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａの排気ガス流の流過抵抗が多少大きくても細径のＰＭ粒子を含有する浄化された排ガス流をスムーズに排ガス導入管１−１ａに還流できるのみならず、衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａへの流入速度即ち衝突板１２−１ｂへの微粒子の衝突速度を適正に制御でき衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａでの捕集効率も上昇する。なお、ブロアー７の設置位置は、衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａの前後何れの位置でも良く、ブロアー設置位置が衝突式慣性力粒子分離器上流側の場合は衝突板への微粒子の衝突速度を高く維持して高捕集率を得易く、他方、衝突式慣性力粒子分離器下流側の場合はブロアー７の吸引抵抗が大きくサージングが多少危惧されるもののファンブレード表面へのＰＭ粒子などの付着が少なくかつガスの温度が低下しているのでブロアー７は耐久性を確保し易い。
（ニ）．還流配管（連通管１５−３）の傾斜角度θ（ガス流入角度）を図２に示すように排ガス導入管１−１ａに対し１５〜６０°に設定し、ブロアー７にて運動エネルギーを付与され昇圧・増速した還流を噴出させることによりエジェクター効果を発揮させ、排ガス導入管１−１ａを流れて来る排気ガス流を吸引させることにより排気抵抗を減少させてエンジン効率の上昇をはかることができる。

図３に示す本発明の第３実施例装置は、前記図２に示す衝突式慣性力粒子分離器を使用した還流方式の船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置の他の実施例を示したもので、管状捕集部の上流側にガス冷却器を配置し、該ガス冷却器の上流もしくは下流に還流配管を開口させて構成する以外は前記第２の実施例装置とほぼ同様の構成を有するものである。
即ち、図３に示す本発明の第３実施例装置は、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集部を有し、管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する手段を備えた船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置の、前記管状捕集部の下流側の内周面付近に設けた粒状物質の高濃度排ガス導出部からの配管に容器と衝突板で構成された衝突式慣性力粒子分離器で構成した捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部より排出される高濃度排ガス流を衝突式慣性力粒子分離器に導入して大径粒子を捕集・処理するとともに、同衝突式慣性力粒子分離器で除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流に対してブロアーにて運動エネルギーを付与して昇圧・増速し還流配管を経由して導入管（排気管）に圧送・還流させる方式において、管状捕集部の上流側にガス冷却器を配置し、該ガス冷却器の上流もしくは下流に還流配管を開口させて、衝突式慣性力粒子分離器で大径粒子を捕集後の浄化ガスを排ガス導入管に還流させる方式となしたものである。

この図３に示す本発明の第３実施例装置は、前記排ガスの流れ方向における電気集塵部１の下流側と上流側間に設けられた分別捕集手段１２として、衝突式慣性力粒子分離器方式の分別捕集手段１２−１と、該分別捕集手段１２−１からの還流配管１２−２ａとで構成するとともに、電気集塵部１の上流側に排気ガスの温度を低下させるためのガス冷却器（排気ガスクーラー）１８を配設した構成となしたものである。前記衝突式慣性力粒子分離器方式の分別捕集手段１２−１は、前記図２に示す衝突式慣性力粒子分離器を使用した還流方式の船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置と同様に、電気集塵部１の捕集管１−１の下流側の内周面付近に設けた高濃度排ガス導出部１−１ｂに連通管１５−１及び高濃度排ガス配管１５−２を介して接続された１台の衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａで構成され、さらに該衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａと、電気集塵部１の捕集管１−１の上流側の排ガス導入管１−１ａとの間に、衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａ通過後の概ね浄化された排ガスを排ガス導入管１−１ａ内を流れる排ガスに合流させるための還流配管１２−２ａ、１２−２ｂ及び連通管１５−３ａ、１５−３ｂを配設している。衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａは、内部に排ガスを衝突させて含有するＰＭ粒子などを分離・落下させて除去させる衝突板１２−１ｂを有している。なお、連通管１５−３ｂは、前記第２実施例装置と同様に、エジェクター効果を発揮させるために排ガス導入管１−１ａに対してガス流入角度θを１５〜６０°に傾斜して設ける。

電気集塵部１の上流側に排気ガスの温度を低下させるために設けるガス冷却器（排気ガスクーラー）１８は、図示のように排ガス導入管１−１ａに設置し、このガス冷却器１８の上流もしくは下流に還流配管１２−２ａ、１２−２ｂ及び連通管１５−３ａ、１５−３ｂをそれぞれ配設する。電気集塵部１に排気ガスが導入される以前に、全排気ガスの温度を低下させると、ＳＯＦ分やサルフェート成分の凝縮が促進されることから排ガス中のＳＯＦ分及びサルフェート成分の捕集率が向上することは周知である。本実施例装置は、この技術を衝突式慣性力粒子分離器を使用した還流方式の船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置に採用したものである。なお、排気ガスの温度を低下させる方法としては、船舶では例えば既設のレキュペレータなどの熱交換装置を排気ガスクーラーとして設けるか、又は、水又は海水の噴霧装置などを設置し、その水滴を凝集させながら完全に蒸発させ、その時に排気ガスから気化熱を奪って温度を下げる方法などがある。

上記図３に示す重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置によれば、以下に記載する作用効果を奏する。
（イ）．ガス冷却器１８の上流側に衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａを通過した細径粒子を含む排ガス流（還流ガス）を還流させると捕集管・衝突式慣性力粒子分離器・還流配管などを通過することにより温度の低下した排気ガスが混流することによりガス冷却器（排気ガスクーラー）１８への流入ガス温度が低下すると共に、ガス冷却器１８を通過するガス流量が増加することにより流速が増し伝熱面での熱伝達特性が向上して熱交換量が増加してガス冷却器１８から流出する排気ガスの温度が低下し、放電部へ流入するガスは温度が低下し、排気ガス中に含まれるカーボン、サルフェートなどのＩＳＦ分およびＳＯＦ分を主体とする有害な粒状物質であるＰＭを、より効率的に除去することが可能となり、排気ガスの浄化率を高いレベルで達成することができる。
（ロ）．ガス冷却器（排気ガスクーラー）１８の下流側に衝突式慣性力粒子分離器１２−１ａを通過した細径粒子を含む排ガス流（還流ガス）を還流させると、ガス冷却器１８を通過するガス流量の増加がないので、小型で小流量対応のガス冷却器を使用することが可能となり装置が小型化し廉価となる。

図４に示す本発明の第４実施例装置は、前記図１に示す第１実施例装置と同じサイクロンを使用した還流方式のディーゼルエンジン排ガス処理装置に、前記第３実施例装置のガス冷却方式を組込むとともに、サイクロン方式の分別捕集手段にて浄化された排ガス流をＥＧＲガスとして吸気配管に圧送・還流する方式を付設し、排ガス導入管への還流とＥＧＲ圧送を１台のブロアーで行う方式となしたものである。

即ち、図４に示す本発明の第４実施例装置は、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する管状捕集部を有し、管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する手段を備えた船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置の、前記管状捕集部の下流側の内周面付近に設けた粒状物質の高濃度排ガス導出部からの配管にブロアー７を設けて高濃度排ガス配管１５−２とし、さらに該高濃度排ガス配管に接線式サイクロンで構成したサイクロン捕集手段を設け、高濃度排ガス導出部より排出される高濃度排ガス流を接線式サイクロンに導入して大径粒子を捕集・処理するとともに、同サイクロンで除去できなかった細径粒子を含有する排ガス流に対してブロアーにて運動エネルギーを付与して昇圧・増速し還流配管により導入管（排気管）に圧送・還流させる方式において、管状捕集部の上流側にガス冷却器（排気ガスクーラー）を配置し、該ガス冷却器の上流に還流配管を開口させて、接線式サイクロンで大径粒子を捕集後の浄化ガスを排ガス導入管に還流させる方式となし、さらに接線式サイクロンの出側の還流配管にＥＧＲ配管を分岐接続し、前記捕集後の浄化ガスをＥＧＲガスとして分岐し、前記排ガス導入管への還流と吸気配管へのＥＧＲガスの圧送・還流を１台のブロアーで行う方式となしたものである。

その具体的装置構成を図４に基づいて説明すると、サイクロン捕集部２−１からの還流配管２−２に設けた分岐部１９から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして分流するＥＧＲ配管２０を分岐接続し、好ましくは該ＥＧＲ配管２０にスクラバー２１及び汽水分離器２３を配設し、サイクロン捕集部２−１の接線式サイクロン２−１ａで除去しきれなかったＰＭ、煤、ＳＯＦ、サルフェート等の残存成分を除去してより清浄なＥＧＲガスをＥＧＲバルブ２４により流量制御しながら吸気配管へ圧送・還流させる構成となす。２２はＥＧＲクーラーである。一方、電気集塵部１の上流側には、前記と同様に排気ガスの温度を低下させるためのガス冷却器（排気ガスクーラー）１８及び好ましくは汽水分離器２３を配設し、該ガス冷却器１８の上流側の排ガス導入管１−１ａにサイクロン捕集部２−１の接線式サイクロン２−１ａ通過後の浄化ガスを排ガス導入管１−１ａ内を流れる排ガスに合流させるための還流配管２−２及び連通管１５−３ｂを配設している。なお、連通管１５−３ｂは、前記第２実施例装置と同様に、エジェクター効果を発揮させるために排ガス導入管１−１ａに対してガス流入角度θを１５°〜６０°に傾斜して設ける。

上記図４に示す重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置によれば、前記図１に示す第１実施例装置と同様の作用効果に加え、以下に記載する作用効果を奏する。
（イ）．還流配管２−２に設けた分岐部１９から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして分流し、好ましくは該ＥＧＲ配管２０に配設したスクラバー２１により、サイクロン捕集部２−１で除去しきれなかったＰＭ、煤、ＳＯＦ、サルフェート等の残存成分を除去してより清浄なＥＧＲガスをＥＧＲバルブ２４により流量制御しながら吸気配管へ圧送・還流させることができ、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制できる。
（ロ）．ＥＧＲ配管２０にＥＧＲクーラー２２を設置することにより、ＥＧＲガスをより低温となして吸気温度の低下、高いＥＧＲ率の確保等が可能となり、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制しかつ燃焼室表面からの熱損失を減少させて燃料消費率を向上させることが可能となるなど種々の作用効果を得ることができる。
（ハ）．ガス冷却器（排気ガスクーラー）１８の下流に汽水分離器２３を設置することにより、ガス冷却器１８を通過した排気ガス中から燃焼により生じた水蒸気、ＳＯＦ、カーボン等が懸濁した凝縮水を予め分離除去することができることとなり、排出ガスの清浄化と共に装置の腐食に対する危惧を軽減することができる。
（ニ）．ＥＧＲ配管２０に設置したスクラバー２１の下流に汽水分離器２３を配設することにより、サイクロン捕集部２−１で除去しきれなかった二酸化硫黄ガスやＰＭ（煤、ＳＯＦ、サルフェート）等の残存成分が効果的に除去され、その含有量がより減少しＥＧＲガスがより清浄化されると共に、分流されるＥＧＲガス温度をより低下させることができて、エンジン構成部品に対するＳＯＦやサルフェートからの腐食を効果的に防止すると共に燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制しかつ燃焼室表面からの熱損失を減少させて燃料消費率を向上させることが可能となる。

１ 電気集塵部
１−１ 捕集管
１−１ａ 排ガス導入管
１−１ｂ 高濃度排ガス導出部
１−１ｃ シールエアー導入管部
１−２ 放電電極
１−２ａ 主電極
１−２ｂ 電極針
２、１２ 分別捕集手段
２−１ サイクロン捕集部
２−１ａ 接線式サイクロン
２−２、１２−２、１２−２ａ、１２−２ｂ 還流配管
３ 低濃度排ガス導出管
３−１ シールエアー導入管部
４ 支持体
５−１、５−３、１５−１、１５−３、１５−３ａ、１５−３ｂ 連通管
５−２、１５−２ 高濃度排ガス配管
７ ブロアー
８ 流量制御ダンパー
１２ 分別捕集手段
１２−１ 衝突式慣性力粒子分離器方式の分別捕集手段
１２−１ａ 衝突式慣性力粒子分離器
１２−１ｂ 衝突板
１８ ガス冷却器（排気ガスクーラー）
１９ 分岐部
２０ ＥＧＲ配管
２１ スクラバー
２２ ＥＧＲクーラー
２３ 汽水分離器
２４ ＥＧＲバルブ

Claims (11)

1. 重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は前記管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極と該主電極に間隔配設された放射状に突出する複数本の電極針とによって構成された電気集塵手段と、前記管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する集塵手段を備えた重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置において、前記管状捕集部の下流側の軸心付近に粒状物質の低濃度排ガス導出管を、同管状捕集部の下流側の内周面付近に高濃度排ガス導出部をそれぞれ設け、粒状物質の高濃度排ガス導出部に前記粒状物質を捕集する集塵手段を連設し、さらに該集塵手段から前記船舶用ディーゼルエンジンと前記管状捕集部との間に、前記集塵手段通過後の浄化ガスを還流させる還流配管を設け、かつ該還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を設けるとともに、前記低濃度排ガス導出管に配設したダンパーの開度及び／又は前記排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を制御することにより前記集塵手段への排ガス流入速度を制御する仕組みとなすことを特徴とする重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
2. 重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる粒状物質に帯電させる放電電極、及び帯電された前記粒状物質を捕集する集塵電極を構成する所定長さの管状捕集部を有し、かつ前記放電電極は前記管状捕集部内に管軸方向に配設された主電極と該主電極に間隔配設された放射状に突出する複数本の電極針とによって構成された電気集塵手段と、前記管状捕集部から剥離した粒状物質を分別して捕集する集塵手段を備えた重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置において、前記管状捕集部の下流側の軸心付近に粒状物質の低濃度排ガス導出管を、同管状捕集部の下流側の内周面付近に高濃度排ガス導出部をそれぞれ設け、粒状物質の高濃度排ガス導出部に前記粒状物質を捕集する集塵手段を連設し、さらに該集塵手段から前記船舶用ディーゼルエンジンと前記管状捕集部との間に、前記集塵手段通過後の浄化ガスを還流させる還流配管を設け、かつ該還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を設けるとともに、前記低濃度排ガス導出管に配設したダンパーの開度及び／又は排気ガスに対する運動エネルギー付与手段を制御することにより前記集塵手段への排ガス流入速度を制御する仕組みとなし、さらに前記還流配管に前記集塵手段通過後の浄化ガスの一部をＥＧＲガスとして分流する分岐部を設け、該分岐部に連なるＥＧＲ配管及びＥＧＲバルブを介して前記ＥＧＲガスをエンジンの吸気に還流させる構成となしたことを特徴とする、重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
3. 前記集塵手段が接線式サイクロンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
4. 前記集塵手段が衝突式慣性力粒子分離器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
5. 船舶用ディーゼルエンジンの排気マニホールドに連なる前記管状捕集部の上流に排気ガスクーラーを設け、かつ該排気ガスクーラーのさらなる上流部と前記集塵手段との間に前記還流配管を配設したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
6. 前記還流配管内を還流する排気ガスに対する運動エネルギー付与手段がブロアー又は高圧気体噴出ノズルを配置した構成となすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
7. 前記還流配管は前記排気管に対する傾斜角度１５°乃至６０°の流入角で還流する排気ガスが流入するように配設することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
8. 前記還流配管は前記排気管内に突出し、かつ排気ガス流出方向を指向して開口するように配設することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
9. 前記ＥＧＲ配管に、排気ガスを更に浄化するスクラバーを配置することを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
10. 前記ＥＧＲ配管にＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを設けることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。
11. 前記排気ガスクーラーと前記電気集塵手段との間の排気管、前記スクラバーと前記ＥＧＲクーラーとの間のＥＧＲ配管、及び前記ＥＧＲクーラーの後方のＥＧＲ配管の少なくとも１箇所に、凝縮水を分離除去する汽水分離器を配設することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の重油より低質な燃料を使用する船舶用ディーゼルエンジン排ガス処理装置。

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