JP7058565B2 - 固形成分分離装置の制御装置、固形成分分離装置、舶用排気ガススクラバーシステム、および舶用ディーゼルエンジン - Google Patents
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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中に含まれるＳＯｘ、ＮＯｘ、および未燃カーボンを取り除くなどのためのスクラバーが搭載される舶用排気ガススクラバーシステム、上記スクラバーシステムの循環水を清浄化するための遠心分離装置等の固形成分分離装置、固形成分分離装置の制御装置、および舶用ディーゼルエンジンに関するものである。
船舶用ディーゼルエンジン等では、排気ガスに含まれる未燃焼カーボン等の粒子状物質（固形成分）を除去するために、排気ガススクラバーシステムが用いられる。この排気ガススクラバーシステムでは、固形成分を除塵用の水であるスクラバー水に吸収させた後、固形成分分離機でスクラバー水から分離するようになっている。固形成分分離機では、分離された固形成分が所定量溜まったタイミングで間欠的に排出される。上記排出は、固形成分が十分溜まらないうちに行われると、固形成分とともに排出されるスクラバー水の量が多くなり、濃縮程度が低くなる。一方、固形成分が溜まり過ぎると、固まって排出が困難になる。
そこで、固形成分分離機から排出されるスクラバー水の初期濁度と、上記初期濁度に対応する変化量とから作成されたテーブルを用いて排出タイミングを制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、上記のように濁度を制御に用いた場合は、濁度測定器の測定上限値が小さい場合などにはエンジン負荷の変化に伴う固形成分の発生量の変化に追従できないことになりがちである。また、濁度によって固形成分分離機から排出される固形成分濃度を制御するため、固形成分分離機の分離室から固形成分があふれ出した状態で検知するものとなり、間接的な検出をすることになる。そのような場合、必ずしも固形成分分離機から適切なタイミングで固形成分を排出させることが容易でない。
本発明は、上記の点に鑑み、固形成分分離機から固形成分を適切なタイミングで排出させることが容易にできるようにすることを目的としている。
上記の目的を達成するため、本発明は、
エンジンから排出された固形成分をスクラバー水に吸収させた後、固形成分分離機によって上記スクラバー水から分離し、分離された固形成分を上記固形成分分離機から排出する排出タイミングを制御する固形成分分離機の制御装置であって、
エンジン出力に応じた値に基づいて、上記固形成分分離機からの固形成分の排出タイミングを決定する排出タイミング制御部を備えたことを特徴とする。
エンジンから排出された固形成分をスクラバー水に吸収させた後、固形成分分離機によって上記スクラバー水から分離し、分離された固形成分を上記固形成分分離機から排出する排出タイミングを制御する固形成分分離機の制御装置であって、
エンジン出力に応じた値に基づいて、上記固形成分分離機からの固形成分の排出タイミングを決定する排出タイミング制御部を備えたことを特徴とする。
これにより、エンジンの運転状態に応じたタイミングで、固形成分分離機に蓄積された固形成分の排出が行われる。それゆえ、固形成分の濃縮程度を高く保つとともに、固形成分が溜まりすぎたりしないようにすることが容易にできる。
本発明によれば、固形成分分離機から固形成分を適切なタイミングで排出させることが容易になる。
以下、本発明の実施形態として、ディーゼルエンジンの排気ガスを除塵する排気ガススクラバーシステムの例を図面に基づいて詳細に説明する。
（排気ガススクラバーシステムの概略構成）
排気ガススクラバーシステムは、図１に示すように、ディーゼルエンジン１０１の排気ガスに含まれる未燃焼カーボン等の粒子状物質（固形成分）を捕捉するスクラバー装置１１０と、上記スクラバー装置１１０内のスクラバー水Ｗ（被処理流体）に捕捉された固形成分を除去する遠心分離機１２２（固形成分分離機）を有する遠心分離装置（固形成分分離装置）とを備えている。
排気ガススクラバーシステムは、図１に示すように、ディーゼルエンジン１０１の排気ガスに含まれる未燃焼カーボン等の粒子状物質（固形成分）を捕捉するスクラバー装置１１０と、上記スクラバー装置１１０内のスクラバー水Ｗ（被処理流体）に捕捉された固形成分を除去する遠心分離機１２２（固形成分分離機）を有する遠心分離装置（固形成分分離装置）とを備えている。
スクラバー装置１１０は、より詳しくはスクラバー１１１を有し、ディーゼルエンジン１０１から外部排気管１０３を通って外部に排気される排気ガスの一部がエンジン排気管１０２を介して送られ、その排気ガス中の固形成分をスクラバー１１１内のスクラバー水Ｗに吸収させて除塵するようになっている。スクラバー１１１内の清浄にされた排気ガスは、排気ガス戻り管１０４を介してディーゼルエンジン１０１に戻され得るようになっている。スクラバー１１１内に貯留されるスクラバー水Ｗは、循環配管１１２を介して図示しないポンプにより循環され、その一部は後述するように遠心分離機１２２へ送られ清浄にされる。循環されるスクラバー水Ｗの他の一部は上記清浄にされたスクラバー水Ｗとともにスプレーノズル１１３を介してスクラバー１１１内に噴射されることにより、スクラバー水Ｗの固形成分濃度の上昇が防がれるようになっている。
上記循環配管１１２を介して循環されるスクラバー水Ｗの一部は、流入管１２１を介して遠心分離機１２２に送られ、固形成分が遠心分離機１２２により除去された後、流出管１２３を介して循環配管１１２に戻されるようになっている。スクラバー水Ｗから分離、除去された固形成分は、遠心分離機制御装置１３３（排出タイミング制御部）の制御により、後述するように所定のタイミングで図示しないバルブが開かれる等して排出されるようになっている。
遠心分離機制御装置１３３は、ディーゼルエンジン１０１のエンジン負荷率（エンジン出力）に基づいて、上記遠心分離機１２２における固形成分の排出タイミングを制御するようになっている。上記エンジン負荷率は、例えばＥＧＲ制御装置１３１からスクラバー制御装置１３２を介して遠心分離機制御装置１３３に与えられる。
すなわち、ディーゼルエンジン１０１から排出された排気ガスのうち、スクラバー１１１に流入する排気ガスの量であるＥＧＲガス量は、排気ガス量×ＥＧＲ率で示される。そして、エンジン負荷率が１００％の時のＥＧＲガス量を基準として、種々のエンジン負荷率の時のＥＧＲガス量をＥＧＲガス量率とすると（つまりエンジン負荷率が１００％の時のＥＧＲガス量率が１００％）、種々のエンジン負荷率の時のＥＧＲガス量率は、例えば図２に実測の例を示すように変化する。具体的には、例えばエンジン負荷率が大きくなるほど、ＥＧＲガス量率が大きくなるとすると、これに伴って、スクラバー１１１に流入する排気ガス中の固形成分も多くなる。一方、遠心分離機１２２による固形成分の分離効率は、スクラバー水Ｗ中の固形成分濃度が高いほど高くなる。したがって、遠心分離機１２２の固形成分を収容可能なスラッジスペースが満杯になるまでの時間は、図２に併せて示すように、一般にエンジン負荷率が大きいほど短くなる。（なお、エンジン負荷率とＥＧＲガス量との関係は例えば実機に応じて種々定まり、比例関係や単調増加の関係にあるとは限らない。）
そこで、下記（表１）に示すように、ディーゼルエンジン１０１の平均負荷率ＭＲに基づいて決定される時間間隔で固形成分が排出されるように制御することにより、固形成分が溜まりすぎて固まったり十分溜まらないうちに排出されて濃縮程度が低くなったりするのを防止することが容易にできる。ここで、エンジン負荷率は、ＥＧＲ制御装置が最初に受け取る場合が多いので、上記のようにＥＧＲ制御装置１３１からスクラバー制御装置１３２を介して遠心分離機制御装置１３３に与えられるように構成することが比較的容易であるが、これに限らず、エンジン負荷率が遠心分離機制御装置１３３に与えられさえすればよい。また、エンジン負荷率が用いられるのに限らず、エンジン出力に応じた値が得られれば、実質的に同様の制御を行うことができる。例えば、種々の制御値や計測値に基づいて、また、ＥＧＲガス量の計測や演算によって得られるＥＧＲガス量率に基づいて、固形成分の排出タイミングが制御されるようにしてもよい。
（制御の具体例）
以下、具体的な制御の例として、ディーゼルエンジン１０１が図３に示すような負荷率の変化をしながら運転された場合の例を説明する。
以下、具体的な制御の例として、ディーゼルエンジン１０１が図３に示すような負荷率の変化をしながら運転された場合の例を説明する。
まず、ディーゼルエンジン１０１が始動されると、一旦、遠心分離機１２２のスラッジスペースに蓄積されている固形成分を排出する動作がなされる。この動作は、必ずしも必要とは限らないが、始動初期におけるスラッジスペース内のスラッジ残渣状態が不明な場合でも、始動初期にスラッジ排出動作を実行させることで、確実にスラッジスペース内にスラッジ残渣がない状態で運転を開始することができ安定運転に繋げやすくすることができる。
また、次の固形成分の排出は、エンジン負荷率が１００％で運転された後の場合に対応する２３分後（時間ａ）に行われる。すなわち、この時点でのスクラバー１１１内のスクラバー水Ｗの濃度は不明であっても、１つ前のタイミング間で、スクラバー水Ｗが最高の濃度となることが想定される、エンジン負荷率が１００％だったとした場合の時間で一旦排出することにより、やはり固形成分が溜まりすぎるのを防止することが確実にできる。
一方、ディーゼルエンジン１０１の始動後、エンジン負荷率が、２３分後（時間ａ）に５０％になるまで徐々に増加したとすると、その間の平均負荷率、例えば１分ごとの負荷率の平均値は２５％となる。そこで、次の排出タイミングは、４７分後（時間ｂ）に決定される。また、その次に（時間ｂ）までの平均負荷率が５０％であれば、さらに次の排出タイミングは３２分後（時間ｃ）に決定される。
以下、同様に、（時間ｃ）から（時間ｊ）まで、それぞれ、第１の排出タイミングから、次の第２の排出タイミングまでの間のエンジン負荷率の平均値が算出され、これに応じて、さらに次の第３の排出タイミングまでの時間が決定される。
また、ディーゼルエンジン１０１が停止される際には（時間ｋ）、それまでのエンジン負荷率に係わらず、固形成分の排出が行われる。この排出も必ずしも必要とは限らないが、遠心分離機１２２のスラッジスペースを空にしておくことによって、次の運転に備えることができる。なお、このような運転停止時の排出と前記のような始動時の排出とは、何れか一方だけが行われるようにしたり、始動後の最初の排出までの時間を、その前に運転停止するまでの負荷状態を記憶しておいて、それに基づいて始動後の排出タイミングを決定したりしてもよいが、上記のように始動時および停止時の両方行われるようにしたり、最初は最短の時間間隔で排出されるようにしたりすることによって、エンジン停止中に不測の事態が生じた場合などでも高い安全性を得ることが容易になる。
上記のように、ディーゼルエンジン１０１の運転状態に応じたタイミングで、遠心分離機１２２に蓄積された固形成分の排出が行われることによって、必要十分なタイミングでの固形成分の排出を行うことが容易になる。それゆえ、固形成分の濃縮程度を高く保つとともに、固形成分が溜まりすぎて固まったり詰まったりし排出困難になることや、遠心分離機１２２において振動が発生したり破損が生じたりすることを容易に防止できる。
しかも、濁度計などの測定器などを必要としないことなどから、製造コストを低く抑えることも容易にできる。
１０１ ディーゼルエンジン
１０２ エンジン排気管
１０３ 外部排気管
１０４ 排気ガス戻り管
１１０ スクラバー装置
１１１ スクラバー
１１２ 循環配管
１１３ スプレーノズル
１２１ 流入管
１２２ 遠心分離機
１２３ 流出管
１３１ ＥＧＲ制御装置
１３２ スクラバー制御装置
１３３ 遠心分離機制御装置
１０２ エンジン排気管
１０３ 外部排気管
１０４ 排気ガス戻り管
１１０ スクラバー装置
１１１ スクラバー
１１２ 循環配管
１１３ スプレーノズル
１２１ 流入管
１２２ 遠心分離機
１２３ 流出管
１３１ ＥＧＲ制御装置
１３２ スクラバー制御装置
１３３ 遠心分離機制御装置
Claims (7)
- エンジンから排出された固形成分をスクラバー水に吸収させた後、固形成分分離機によって上記スクラバー水から分離し、分離された固形成分を上記固形成分分離機から排出する排出タイミングを制御する固形成分分離機の制御装置であって、
エンジン出力に応じた値に基づいて、上記固形成分分離機からの固形成分の排出タイミングを決定する排出タイミング制御部を備え、
上記排出タイミング制御部は、エンジン負荷率が１００％の時のＥＧＲガス量を基準とする、所定のエンジン負荷率の時のＥＧＲガス量であるＥＧＲガス量率に基づいて、上記固形成分分離機からの固形成分の排出タイミングを決定することを特徴とする固形成分分離機の制御装置。 - 請求項１の固形成分分離機の制御装置であって、
第１の排出タイミングから、後続する第２の排出タイミングまでの時間における、所定の時間間隔ごとのエンジン出力に応じた値の平均値に基づいて、上記第２の排出タイミングから、後続する第３の排出タイミングまでの時間が決定されることを特徴とする固形成分分離機の制御装置。 - 請求項１から請求項２のうち何れか１項の固形成分分離機の制御装置であって、
エンジンの運転開始時、およびエンジンの運転停止時の少なくとも一方の際に、上記固形成分を排出させることを特徴とする固形成分分離機の制御装置。 - 請求項１から請求項３のうち何れか１項の固形成分分離機の制御装置であって、
エンジンの運転開始から最初の排出タイミングまでの時間は、エンジン出力が最高出力の場合に対応する時間であることを特徴とする固形成分分離機の制御装置。 - 請求項１から請求項４のうち何れか１項の固形成分分離機の制御装置と、
上記固形成分分離機と、
を備えたことを特徴とする固形成分分離装置。 - 請求項５の固形成分分離装置と、
上記スクラバー水が貯留されるスクラバーと、
を備えたことを特徴とする排気ガススクラバーシステム。 - 請求項６の排気ガススクラバーシステム備えたことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
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