特許 6351183 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6351183

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/04 20060101AFI20180625BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20180625BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20180625BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/04 ZZAB

   B01D53/18 160

   B01D53/92 215

   B01D53/92 331

   F01N3/08 A

【請求項の数】6

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2015-553421(P2015-553421)

(86)(22)【出願日】2014年10月29日

(86)【国際出願番号】JP2014079383

(87)【国際公開番号】WO2015093172

(87)【国際公開日】20150625

【審査請求日】2017年8月4日

(31)【優先権主張番号】特願2013-260696(P2013-260696)

(32)【優先日】2013年12月17日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000120249

【氏名又は名称】臼井国際産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123869

【弁理士】

【氏名又は名称】押田 良隆

(72)【発明者】

【氏名】古堅 宗勝

(72)【発明者】

【氏名】牧野 義

(72)【発明者】

【氏名】高橋 輝久

(72)【発明者】

【氏名】滝川 一儀

【審査官】 楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２３９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５０７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２６６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−０７６５４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−１４０９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６７３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１２６４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６３１９７９４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／０４

Ｂ０１Ｄ ５３／１８

Ｂ０１Ｄ ５３／５０

Ｂ０１Ｄ ５３／７７

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｆ０１Ｎ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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において、エンジンの排気マニホールドに連なる排気管に、スクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層表面に対し排気ガスが激しく衝突することがなく処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れ、ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭを除去しないスクラバーを配設した構成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。

【請求項2】

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において、エンジンの排気マニホールドに連なる排気管に、スクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層表面に対し排気ガスが激しく衝突することがなく処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れ、ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭを除去しないスクラバーを配設し、前記スクラバーの下流側排気管に前記排気ガスの一部を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、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。

【請求項3】

前記請求項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において、前記ＥＧＲ配管に、スクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層表面に対し排気ガスが激しく衝突することがなく処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れ、ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭを除去しないスクラバーを配設した構成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。

【請求項4】

ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭを除去しない前記スクラバーは、排気管もしくはＥＧＲ配管に優れた吸水性を有するガラス繊維を骨格とした多孔質セラミック素材よりなる波板と平板を交互に積層したハニカム構造のコア部を垂直に配置し、コア上部にコア部表面が常時湿潤するようコアの全長にわたる給水部を設けると共にコア部に対し略直交する方向に排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出しハニカムコア部の多数のトンネル状の微小断面のガス流路を有するコア内を通過するよう配置し、コア下部に排気ガスを浄化した処理水を受けるコアの全長にわたるトレイを有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。

【請求項5】

ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭを除去しない前記スクラバーは、排気管もしくはＥＧＲ配管内の上部に処理水供給ノズルを、下部に下部タンクを備え、前記処理水供給ノズル及び下部タンク間に平板状及び／又は波板状の処理板を上下方向に対し鉛直又は傾斜して複数枚配置し、処理板の配置が鉛直の場合は各処理板の両面側に、配置が傾斜している場合は各処理板の上面側に処理水供給ノズルをそれぞれ備えて処理水を供給して該表面を常時湿潤させ、且つ処理板設置方向に対し略直交する方向に排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出する構成となした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。

【請求項6】

ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭを除去しない前記スクラバーは、排気管もしくはＥＧＲ配管の下部にトレイの水面下に複数の下ロールが配され、これと対応した複数の上ロールとの間にエンドレスベルトがサーペンタイン状に配され各ロールの少なくとも一つを駆動することにより排気ガスもしくはＥＧＲガス流路に多数の濡れた可動壁面が垂直に形成され、且つ可動壁面形成方向に対し略直交する方向に排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出する構成となした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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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［重油（Ｆｕｅｌ Ｏｉｌ）は舶用工業界において、ディーゼル油（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｉｌ：ＤＯ）、舶用ディーゼル燃料（ＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌ Ｆｕｅｌ：ＭＤＦ）又は舶用ディーゼル油（Ｍａｒｉｎｅ ＤｉｅｓｅｌＯｉｌ ：ＭＤＯ）、舶用燃料油（ＭａｒｉｎｅＦｕｅｌ Ｏｉｌ ：ＭＦＯ）、重質燃料油（Ｈｅａｖｙ Ｆｕｅｌ Ｏｉｌ：ＨＦＯ）、残渣燃料油（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｆｕｅｌ Ｏｉｌ:ＲＦＯ）と表記されるが、本発明においてはこれらの表記を総称して「重油」と称する。］など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設した排気ガスの浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：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「ＮＯ_Ｘ」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（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：以下「ＥＧＲ」と称する。）法、選択式還元触媒脱硝法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：以下「ＳＣＲ」と称する。）、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。

【0003】

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。）と有機溶剤不溶分（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。

【0004】

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、本願出願人は特許文献１において、図１６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。

【0005】

又、本願出願人は特許文献２の第１実施例において、図１７にその概略を示すように、船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、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（図示せず）下流に排気ガスクーラー（Ｇ／Ｃ）１１５を配設し、更に該排気ガスクーラー（Ｇ／Ｃ）１１５の下流に静電サイクロン排気ガス浄化装置（ＥＳ／Ｃ／ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ））１１６を配設し、その下流側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（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。
なお、図１８に示すごとく排気ガスを全く処理せずに排出させている場合もある。

【0006】

又、石炭や重油等の燃料を使用するボイラを備えた火力発電設備、化学品製造プラント、金属処理プラント、焼結プラント、製紙プラント等やガスタービン、エンジン、焼却炉等から排出される排ガス中のＳＯｘを除去する装置としては、平板状の平板活性炭素繊維シートとＶ字状に波が連続する波板状の波板活性炭素繊維シートを交互に積層して形成される比較的小さな直線状の空間である通路を多数有した活性炭素繊維層が触媒槽内に設けられ、触媒槽上部の水供給手段から水を滴下すると共に排ガスをシート間の通路を通過させて硫黄分を硫酸として除去する排煙処理装置（特許文献３）が提案されている。

【0007】

一方、非特許文献１には、第３章「すべての船舶の機関区域要件」におけるＰａｒｔＣ「油の排出規制」の第１５規則「油の排出規制」において、特別海域外及び特別海域での希釈しない場合の油性混合物の油分濃度が規定されている。

【0008】

又、非特許文献２には、第２章「ＩＭＯの３次ＮＯ_Ｘ規制への対応技術と残された課題」における２−２「ＩＭＯの３次ＮＯ_Ｘ規制への対応するエンジン技術」の２−２−２「排気循環」のＰ１４〜１６において、ターボチャージャーのタービンへの排気管から分流したＥＧＲガスをスクラバーにて浄化した後ＥＧＲクーラーで冷却し、更に水滴捕集機を通してからターボチャージャーのコンプレッサーから圧送される吸気のインタークーラーにＥＧＲブロアーで還流させたディーゼルエンジンをコンテナ船に搭載する技術が示されている。なお、非特許文献２中のＩＭＯとは、国際海事機関；Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ の略号である。

【0009】

又、非特許文献３には、アルファ・ラバル社がデンマークのフィカリア・シーウェイズ号搭載の出力２１，０００ｋＷ、ＭＡＮ Ｂ＆Ｗ製 ２ストロークエンジンを使用してのＳＯ_Ｘ対応技術の例として、硫黄含有率２．２パーセントの重油を使用しながら排気ガスを海水と清水の双方を状況に応じて使い分けるスクラバーにて処理することにより、ＩＭＯ（国際海事機関）の２０１５年施行予定要求レベルである排出ガス中の硫黄含有率０．１パーセントの重油使用時と同等のレベルまで洗浄除去する技術が紹介されている。

【0010】

さらに又、公知のＮＯ_Ｘ低減技術として触媒反応を利用した前記ＳＣＲ方式が一般に知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】ＷＯ２００６／０６４８０５号公報

【特許文献2】特願２０１４−７８６６８号公報

【特許文献3】特開２００３−１２６６９０号公報

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】１９７３年の船舶による汚染の防止のための国際条約、附属書 I「油による汚染の防止のための規則」

【非特許文献2】社団法人日本マリンエンジニアリング学会編：平成２１年度船舶排出大気汚染物質削減技術検討調査報告書

【非特許文献3】２０１１年１１月３０日発行のアルファ・ラバルインターナショナルマガジン「ｈｅｒｅ」Ｎｏ．３０ Ｐ６〜Ｐ１４「クリーン ソリューションの波」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

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、以下に記載する課題や問題点がある。
前記特許文献１に記載された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（例えば図１６に示す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）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、硫黄成分の含有量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高濃度に硫黄成分を含有する重油［重油は軽油に対し１００〜３５００倍程度の硫黄分を含有：ＪＩＳ Ｋ２２０４：２００７「軽油」；０．００１０質量％以下、Ｋ２２０５−１９９０「重油」；０．５〜３．５質量％以下、による］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、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料中の硫黄成分が排気ガスや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。又、硫黄成分に基づくＳＯｘが全く捕集できない。

【0014】

又、前記特許文献２（本願出願人に係る先の提案のもの）に記載された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（図１７）は、ターボチャージャー（Ｔ／Ｃ）１１４のタービン（図示せず）を駆動し水冷の排気ガスクーラー１１５により冷却された排気ガスは、静電サイクロン排気ガス浄化装置（筒状捕集部：内径φ４００ｍｍ×長さ３０００ｍｍ、静電電圧：ＤＣ−４５０００Ｖ、サイクロン捕集部：胴径φ２６０ｍｍ）１１６で当該排気ガス中のＰＭ（ＳＯＦ、ＩＳＦ）の含有量が減らされ、その後ＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバーを通過して排気ガス浄化装置からサイレンサ（図示せず）を経由し船外へ排出される排出ガスとなる。この排気ガス浄化装置において、有機溶剤可溶分をほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー１１３では該ＰＭフリースクラバーを構成する各壁面に存在（一部流下）する処理水の薄膜層により、排気ガス中のＳＯ_Ｘは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。

【0015】

一方、従来技術の処理水と排気ガス（特に粒子成分）が通常スクラバー即ちジェットスクラバー、ベンチュリースクラバー、スプレー塔等の加圧水式や、充填塔、流動層スクラバー等の充填式のスクラバー（著者；公害防止の技術と法規編集委員会、発行所；社団法人産業環境管理協会、２０１１年１月２０日発行、書名：新・公害防止の技術と法規２０１１〔大気編〕分冊II）II−２７８図４．２．３−８〜II−２８２図４．２．３−１０参照）のごとくスクラバー処理水の表面に対し排気ガスが激しく衝突し、相互に混合する。
従って、この排気ガス浄化装置のＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー１１３では、処理水には主としてＳＯ_Ｘのみが溶解していて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はごく僅かしか溶解・含有していないので、このＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー１１３の廃棄処理水の後処理は、硫黄起源成分は中和・濾過等単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置で処理ができ、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型で設置自由度の低い処理装置（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む）によるＰＭの処理機能を必要とせずに特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への排出が可能となり、またスクラバ・スルー運転（スクラバタンクの水（海水）が排水規制基準値（ｐＨ，油分，重金属類の規制基準値）に近づいたら、海水を汲み上げタンクの水（海水）を適宜補給し入れ替える。即ち、スクラバー廃水の処理（ｐＨ調整，汚濁物の回収等）は行わない）をすることも可能となる。
しかし、前記静電サイクロン排気ガス浄化装置１１６の運転には長尺で高電圧を必要とする静電捕集管部とサイクロン捕集部、高電圧電源装置と該装置群の設置のための大きなスペースと該装置群を作動させるための高度な操業技術が必要であると共に、ＥＧＲシステムを有しないため排気ガスには窒素酸化物が含有されている。
なお、図１８に示すように排気ガスが全く処理されずに排出される場合はスクラバー処理水の廃棄処理の問題を有してはいないが、排気ガスに含有される全ての有害成分がそのまま排出されて環境保全に悪影響を与えていることはいうまでもない。

【0016】

また、前記特許文献３に記載された排煙処理装置は、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ活性炭素繊維層で形成される触媒槽と、触媒槽の上部における装置塔内に設けられ触媒槽に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなり、この水供給手段は毛細浸透部材を介して水を活性炭素繊維層の上部に散布し供給する浸透手段又はスプリンクラーやパイプ状のシャワー（噴霧手段）などを用いて活性炭素繊維層の上部壁面に霧状に水を直接噴霧する噴霧手段であり、活性炭素繊維層は、平板状の平板活性炭素繊維シートとＶ字状に波が連続する波板状の波板活性炭素繊維シートを交互に積層して形成される比較的小さな直線状の空間である多数の通路（図４の実施例では平板活性炭素繊維シートの間のピッチは４ｍｍ程度、波板活性炭素繊維シートの山部の幅ｈは１０ｍｍ程度の断面形状がＶ字状）が上下に延びる状態にすると共に上から粒径が２００μｍ程度の水が噴霧されて供給されると共に排ガスが下から送られる構成である。従って、排気ガスは比較的小さな直線状の空間である通路の軸心に沿って通路内を下から上に軸方向に流れ、上から粒径が２００μｍ程度の大きさで噴霧されて供給される水は断続的に水滴が玉状となって転がり落ちることで、活性炭素繊維表面に水分が過不足なく供給されて通路の壁面を水分が過剰となって活性炭素繊維の表面に水膜や水壁を形成しないように通路の軸方向上から下に軸方向に流れると共に、一部はスプリンクラーやパイプ状のシャワー（噴霧手段）などを用いて平板活性炭素繊維シート及び波板活性炭素繊維シートの上部に直接水を供給されることにより水滴の一部は、通路内を下から上に軸方向に流れる排ガスと衝突しながら流路内を軸方向に上から下に対向して流れることとなる。即ち、活性炭素繊維の表面に水膜や水壁を形成しないようにしながら（後述する本発明では表面に水膜や水壁を形成する）排ガスと水は比較的小さな直線状の空間である通路の共通の軸心に対し共に沿っているが通路内を双方逆方向に流れて衝突することも有り得る構成であり、排気ガスにＰＭが含有されている場合、処理水にはＳＯ_Ｘが溶解するだけではなくＰＭまで含有されることとなり、スクラバー処理水の廃棄処理の問題を有すると共にそのまま排出すれば環境保全に悪影響を与えることはいうまでもない。

【0017】

一方、非特許文献１の第３章「すべての船舶の機関区域要件」におけるＰａｒｔＣ「油の排出規制」の第１５規則「油の排出規制」においては、Ａ．「特別海域外での排出」条項の２「総トン数４００トン以上の船舶からの油又は油性混合物の海洋への排出は禁止する。ただし、次のすべての条件を満たす場合は除く。」との規定の．３には「希釈をしない場合の油性混合物の油分濃度が１００万分の１５以下であること。」と規定され、Ｂ．「特別海域での排出」条項の３「総トン数４００トン以上の船舶からの油又は油性混合物の海洋への排出は禁止する。ただし、次のすべての条件を満たす場合は除く。」との規定の．３には「希釈をしない場合の油性混合物の油分濃度が１００万分の１５以下であること。」と規定されている。
なお、ここで「油」とは、原油、重油及び潤滑油を言い、「油性」とは、この意味に従って解釈するものとし、「油性混合物」とは、油を含有する混合物をいう。

【0018】

また、非特許文献２に記載の舶用ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスから分流したＥＧＲガスを吸気に還流することによって、排気ガスからＮＯ_Ｘの８０％低減とＥＧＲガスからの１００％近いＳＯ_Ｘ除去が可能であるが、スクラバーを通過する煤塵、ＰＭになお含まれる硫黄分のディーゼル機関本体やシステムへの影響については、長期の実船試験が必要であるのみならず、スクラバーから船外排出される洗浄水については環境や生態系に影響を与えないようにする必要があり、特にこのスクラバーの洗浄水においてはＰＭの溶解・浮遊、ＳＯ_２の溶解等に伴うこれら環境汚染成分もしくは生態系影響成分の除去やｐＨ調整等、廃水処理が大きな問題となることが予想される。しかし、大排気量の舶用ディーゼルエンジンの長時間にわたる航海に於いては、少なくともＥＧＲガス流を、好ましくはＥＧＲガス流を含む排気ガス流の全量の処理は、スクラバーのみでの処理は装置の大きさ（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む。）の点から全く現実的でない。

【0019】

一方、非特許文献３に記載の「クリーン ソリューションの波」においては、「海運業界の環境影響の削減や、海洋汚染に対するより厳格な法律への適合に、クリーンな新技術が貢献する」として、以下のように記載されている。
要約（I）技術的背景：
（I）ＩＭＯは船舶による汚染に対する規制を強化します
(ア)硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）（新造船及び既存船両方に適用）
燃料油の硫黄濃度の上限を定める世界的な規制が適用されます。厳格化された規制が排出規制海域に適用されます。上限値は２０１２年から段階的に変更されます。この規制値に適合するためには、低硫黄燃料の使用や排ガス浄化装置が必要です。
（イ）窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）（新造船のみに適用）
既存の規制要求事項は、出力１３０ＫＷ以上の舶用ディーゼル機関に適用されます。船舶の建造日に応じて異なる規制値が適用されます。排出規制海域を航行する新造船に対して、２０１６年より厳格化された規制（Ｔｉｅｒ III）が適用されます。
（ウ）ビルジ水（新造船及び既存船両方に適用）
船外に排出するビルジ水の規制値は１５ｐｐｍです。
要約（II）水処理技術：
（II）アルファ・ラバルの水処理技術：
（ア）船舶のビルジタンクの油性廃水のみを処理するＰｕｒｅ Ｂｉｌｇｅ ソリューションは、一段階の高速遠心分離システムによって、化学物質や吸着フィルタ、膜を使用せずに大量の水を浄化し、水中油分は５ｐｐｍ未満となります。
（イ）ＩＭＯが船舶に要求するＮＯ_Ｘ排出の８０パーセント削減を可能にするために、アルファ・ラバルはＭＡＮディーゼル社と協力して大型２ストロークディーゼルエンジン用の排気再循環（ＥＧＲ）システムを開発しました。
（ウ）ＳＯ_Ｘ排出については、アルファ・ラバルが完全な排ガス浄化プロセスを開発しました。現在船上での試験が行われているこのシステムでもアルファ・ラバル分離機を使用して、スクラバーからの汚水を海への排水前に浄化しています。
要約（III）ＳＯ_Ｘ対応技術：
（III）アルファ・ラバルのＳＯ_Ｘ対応技術：
（フィカリア・シーウェイズ号（デンマーク）＝出力２１，０００ｋＷ，ＭＡＮ Ｂ＆Ｗ ２ストロークエンジン）に搭載
（ア）燃料は硫黄含有率２．２パーセントの重油で、排出ガスは、２０１５年に施行されるＩＭＯ（国際海事機関）の要求レベルである硫黄含有率０．１パーセントと同等のレベルまで洗浄除去されています。
（イ）アルファ・ラバルの Ｐｕｒｅ ＳＯ_Ｘは、海水と清水の双方を状況に応じて使い分ける。
「海水あるいは淡水を苛性ソーダと水溶液を使って主機の排ガスを洗浄します」
●第一段階では、ガス導入部分で水を噴射する事によって排ガスを冷却し、そして排ガス中の煤塵の大半もここで除去されます。
●第二段階では、スクラバタワー内で排ガス中の硫黄酸化物等をさらに洗浄します。排ガス中の水滴の持ち去りや腐食を防止する為に、煙突から排出される前にガス中の水滴はデミスターで除去されます。
●第三段階では、排ガスに残留している硫黄酸化物をさらに浄化します。船舶の煙突から排出する前に、凝縮や腐食を防ぐために、排ガスから小さな水滴が除去されます（排ガスの硫黄分を９８％以上除去）。
この非特許文献３の１２ページ第２欄１６行〜第３欄１行「スクラバーは、船のファンネルに据え付けられた大きなシャワー室だと言う事ができます」との記載及び１４ページ掲載の写真中の注記「船の煙突に設置されたスクラバーは、大きなシャワー室に例えることができます。」の記載と、ハイブリッドシステム図（図示せず）のスクラバー上部から水・海水が供給され最下部から共に排水され、排気ガスがバイパスダンパーからスクラバー下部に供給され最上部に直結された煙突に排出されていることから、ジェットスクラバータイプのものであることが解る。即ち、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タイプであって、排気ガス中の粒子状成分もガス状成分と共に除去可能な機能を有することが解る。従ってスクラバー水の後処理にはハイブリッドシステム図（図示せず）記載の各構成装置を揃えると共にそれらを高度に操作し操業する必要がある。

【0020】

又、公知のＮＯ_Ｘ低減技術として触媒反応を利用したＳＣＲ方式が一般に知られている。このＳＣＲ方式は、エンジンの排気ガスの温度が十分に高い状態で触媒が活性化されて、かつ触媒表面が煤等に覆われず確実に露出しておれば触媒が正常に機能して高いＮＯ_Ｘ低減が達成できる。しかし、一般の舶用エンジンにあっては燃料消費率の向上を確保するため、自動車用エンジン等と比べるとロングストロークの低速エンジンが主流であり、シリンダー内で燃焼ガスのエネルギーを、ゆっくり時間をかけて確実に動力として取り出すことと、長時間にわたる燃焼ガスのシリンダー壁面等への接触に伴う放熱により排気ガスの温度は低温となることが多く、エンジン始動直後の暖気中のみならず定常運転中であっても触媒温度が３００度を下回るとその機能を十分に発揮せず、ＮＯ_Ｘ低減率が不十分なことが多い。又、高濃度に硫黄成分を含有する重油以下の低質燃料を使用するディーゼルエンジンのＳＣＲ方式の排気浄化システムにあっては、排気ガス中に含有されるＰＭにより触媒が被覆されると共に、燃料に多量に含有される硫黄により触媒が被毒してそのＮＯ_Ｘ浄化機能が長期にわたり安定して機能しないという問題が指摘され、その改善策として高濃度に硫黄成分を含有する重油以下の低質燃料から硫黄分を脱硫することが望まれているが、製油装置への大規模な脱硫装置の設置に伴う膨大な設備投資に伴う燃料の高騰が予想されて未だ実現されていない。

【0021】

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ＳＯ_Ｘを高効率に除去して排気ガスを浄化すると共に、スクラバー処理水へのＰＭの混合が阻止されていることにより、ＳＯ_Ｘを中和濾過など単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置により処理して、特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への排出が可能となる装置、即ち、スクラバー処理水の、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型の処理装置（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む）で設置自由度の低い設備を必要とせずに、安価で保守が容易な小型で設置自由度の高い設備でありながら処理水の管理が容易であり、又、時にはスクラバ・スルー運転も可能であり、製油業界における大規模な脱硫装置の設置に伴う膨大な設備投資を必要とせず、従って燃料費を安価とすることができる、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を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0022】

本発明に係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は、第１の発明として、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において、エンジンの排気マニホールドに連なる排気管に、スクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れ、ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭをほとんど除去しないスクラバーを配設した構成となしたことを特徴とするものである。

【0023】

本発明に係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ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、第２の発明として、エンジンの排気マニホールドに連なる排気管に、スクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れ、ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭをほとんど除去しないスクラバーを設置し、該スクラバーの下流側排気管に前記排気ガスの一部を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。

【0024】

上記の第２の本発明の高濃度に硫黄成分を含有する重油など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において、第３の発明として、前記ＥＧＲ配管に、スクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れ、ガスと粒子の拡散速度の相違を利用してＰＭをほとんど除去しないスクラバーを配設した構成となしたことを特徴とするものである。

【0025】

又、上記第１〜第３の発明の排気ガス浄化装置において、ＰＭをほとんど除去しないスクラバーとしては、排気管もしくはＥＧＲ配管に優れた吸水性を有するガラス繊維を骨格とした多孔質セラミック素材よりなる波板と平板を交互に積層したハニカム構造のコア部を垂直に配置し、コア上部にコア部表面が常時湿潤するようコアのほぼ全長にわたる給水部を設けると共にコア部に対し略直交する方向（水平方向）に排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出しハニカムコア部の多数のトンネル状の微小断面のガス流路を有するコア内を通過するよう配置し、コア下部に排気ガスを浄化した処理水を受けるコアのほぼ全長にわたるトレイを設ける構成とすること、又は、排気管もしくはＥＧＲ配管内の上部に処理水供給ノズルを、下部に下部タンクを設け、前記処理水供給ノズル及び下部タンク間に平板状及び／又は波板状の処理板を上下方向に対し鉛直又は傾斜して複数枚配置し、処理板の配置が鉛直の場合は各処理板の両面側に、配置が傾斜している場合は各処理板の上面側に処理水供給ノズルをそれぞれ備えて処理水を供給して該表面を常時湿潤させ、且つ処理板設置方向に対し略直交する方向（水平方向）に排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出する構成とすること、あるいは排気管もしくはＥＧＲ配管の下部にトレイの水面下に複数の下ロールを配し、これと対応した複数の上ロールとの間にエンドレスベルトをサーペンタイン状に配し各ロールの少なくとも一つを駆動して排気ガスもしくはＥＧＲガス流路に多数の濡れた可動壁面が垂直に形成され、且つ可動壁面形成方向に対し略直交する方向（水平方向）に排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出する構成とすることを好ましい態様とするものである。

【発明の効果】

【0026】

本発明に係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は、以下に記載する効果を奏する。
１．排気ガス通路に、ＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（Ｎｏ−ＳＯＦ Ｓｃｒｕｂｂｅｒ）を設け、かつ該ＰＭフリースクラバーを構成する各壁面に存在（一部流下）する処理水の薄膜層により、排気ガス中の気体であるＳＯ_Ｘは拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きく各壁面付近に沿って流れる間に処理水に吸着され該処理水に溶解してその濃度を激減させて排出されるが、排気ガス中の粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きいＰＭは拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さく１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さいので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く、処理水には主としてＳＯ_Ｘのみが溶解していてＰＭは極僅かしか溶解・含有していないので、このＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバーの廃棄処理水の後処理では、ＳＯｘは中和・濾過等単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置で処理ができ、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型で設置自由度の低い処理装置（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）によるＰＭの処理機能を必要とせずに特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への排出が可能となり、又、スクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
２．舶用燃料は硫黄の含有量が多いことから排気ガスには高い濃度のサルフェートが含有されており、そのままＥＧＲガスとして燃焼室に供給すると排気ガス中の硫黄分が更に濃化されてピストン、ピストンリング、シリンダー、シリンダーヘッド、給排気バルブ・バルブステム等のエンジン構成部品、排気管、マフラー、エコノマイザー、レキュペレーター等の排気関連部品をＳＯ_Ｘが腐食させたり摩耗させて、エンジン及び関連部品の耐久性を損ねることが危惧されるが、本発明装置によれば排気ガス通路に、ＰＭをほとんど溶解・除去しない前記ＰＭフリースクラバーを設け、気体であるＳＯ_Ｘと、粒子であるＰＭの内、ＳＯ_Ｘは拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ²/ｓ）程度と大きいのでＰＭフリースクラバーで除去されて排気ガスにほとんど含有されないこととなり、排気ガスはＰＭは含有するもののＳＯ_Ｘの含有量を減少させると共に、処理水には主としてＳＯ_Ｘのみが溶解していて粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きいＰＭは拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さく１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さいため極僅かしか溶解・含有していないので、このＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバーの処理水の後処理は、ＳＯ_Ｘは中和・濾過等単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置で処理ができ、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型で設置自由度の低い処理装置（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む。）によるＰＭの処理機能を必要とせずに特別海域及び特別海域外の航行中であっても廃棄処理水の海洋への排出が可能となり、又、スクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
３．排気管に、排気ガス中の気体であるＳＯｘは拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きいのでその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバーを設置し、その下流に分岐部を配設して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして分流するＥＧＲ配管を設け、該ＥＧＲ配管にＥＧＲガス中のＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きいＰＭは拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さく１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さいのでほとんど溶解・除去しない前記ＰＭフリースクラバーをさらに配設してＥＧＲガスを吸気管に還流させることにより、ＳＯ_ＸはＰＭフリースクラバーにより２回にわたり除去されてクリーンなＥＧＲガスとなり、排気ガスはＳＯ_Ｘ及びＮＯ_Ｘの含有量は減少し、分流されたＥＧＲガス温度がＰＭフリースクラバーにて処理水と接触することによりＥＧＲガスの温度が低下して高ＥＧＲ率の確保が容易となり、燃焼室での燃焼温度が低下して窒素酸化物の発生が抑制されると共にシリンダー壁面等からの放熱が減少して燃料消費率が向上し、ＥＧＲガスに含有されるＳＯ_Ｘが減少することにより、エンジン構成部品、排気関連部品がＳＯ_Ｘにより摩耗を促進されたり腐食されたりしてエンジン及び関連部品の耐久性を損ねることが危惧されなくなる。なお、ＥＧＲ配管に設置するＰＭフリースクラバーはＥＧＲガスのみを処理可能な処理能力を有すればよいので排気ガスの全量を処理する場合よりは少ない処理能力で良く小型・小容量で廉価な装置となり、かつ処理水の量も少なくなりスラッジの減少、航行中の海洋への廃棄処理水の排出量も減少させることができ、スクラバ・スルー運転が可能な場合もある。
４．ＰＭフリースクラバーが、排気管もしくはＥＧＲ配管に優れた吸水性を有するガラス繊維を骨格とした多孔質セラミック素材よりなる波板と平板を交互に積層したハニカム構造のコア部を垂直に配置し、コア上部にコア部表面が常時湿潤するようコアのほぼ全長にわたる給水部を設けると共にコア部に対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で排気ガスもしくはＥＧＲガス流が流入出しハニカムコア部の多数のトンネル状の微小断面のガス流路内を通過するよう配置し、コア下部に排気ガスを浄化した処理水を受けるコアのほぼ全長にわたるトレイを設ける構成とすること、又は、排気管もしくはＥＧＲ配管内の上部に処理水供給ノズルを下部に下部タンクを設け、前記両処理水供給ノズル及び下部タンク間に平板状及び／又は波板状の処理板を上下方向に対し鉛直又は傾斜して複数枚を配置し、処理板の配置が鉛直の場合は処理板の両面側に、配置が傾斜している場合は処理板の上面側に処理水供給ノズルをそれぞれ備えて処理水を供給して該表面を常時湿潤させ、且つ処理板設置方向に対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出する構成とすること、あるいは排気管もしくはＥＧＲ配管の下部にトレイの水面下に複数の下ロールを配し、これと対応した複数の上ロールとの間にエンドレスベルトをサーペンタイン状に配し各ロールの少なくとも一つを駆動して排気ガスもしくはＥＧＲガス流路に多数の濡れた可動壁面を垂直に形成し、且つ可動壁面形成方向に対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で排気ガスもしくはＥＧＲガスが流入出する構成とすることにより、処理水はトンネル状の微小断面のガス流路を有するコア内表面あるいは処理板の表面若しくは可動壁面の表面は上から下に向かって流れる水膜の水流で覆われており、排気ガス及びＥＧＲガスはこれら表面の水膜の流れに対して略直交する水平方向に流入・流出しするが流速が７ｍ／ｓｅｃ以下の低流速であることと相まって、互いの流れの方向としては直交しているものの水の被膜に接しながら流れるだけであるので、特許文献３の如く排ガスと処理水が比較的小さな断面の直線状の空間である通路の共通の軸心に対し共に沿い且つ該通路内を双方逆方向に流れて相互に衝突することが無く、処理水にＰＭ粒子が含有される危惧は極めて少ない。
５．公知のＮＯ_Ｘ低減技術として知られている触媒反応を利用したＳＣＲ方式は、エンジンの排気ガスの温度が十分に高い状態では触媒が活性化され、又、触媒表面が煤等に覆われず確実に露出しておれば触媒が正常に機能して高いＮＯ_Ｘ低減が達成できるが、一般の舶用エンジンにあっては燃料消費率の向上を確保するために自動車用エンジン等と比べるとロングストロークの低速エンジンが主流であり、シリンダー内で燃焼ガスのエネルギーを、ゆっくり時間をかけて確実に動力として取り出すことと、長時間にわたり燃焼ガスがシリンダー壁面等へ接触することにより放熱されて排気ガスの温度は低温となることが多く、エンジン始動直後の暖気中だけではなく定常運転中であっても触媒温度が３００度を下回って触媒機能を十分に発揮できず、ＮＯ_Ｘ低減率が不十分なことが多く、又、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ディーゼルエンジンのＳＣＲ方式の排気浄化システムにあっては、排気ガス中に含有されるＰＭにより触媒が被覆されると共に、燃料に多量に含有される硫黄により触媒が被毒してそのＮＯ_Ｘ浄化機能が長期にわたり安定して機能しないという問題が指摘され、その改善策として高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料から硫黄分を脱硫することが望まれてはいるが、製油装置への大規模な脱硫装置の設置に伴う膨大な設備投資に伴う燃料の高騰が予想されることから有効な改善策とは言い難い。本発明装置では各構成部品はＳＣＲ程の温度依存性がなく、排気ガス中のＰＭにも影響されず、又、高濃度に硫黄成分を含有する重油等の低質燃料使用によるＳＯ_Ｘによる劣化もほとんどなく、エンジン始動直後から長期にわたり安定して排気ガス浄化機能を発揮することができて高いＮＯ_Ｘ低減率が達成でき、環境改善に確実に寄与できる。さらに、製油業界における大規模な脱硫装置の設置に伴う膨大な設備投資を必要とせず、従って燃料費を安価とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の第１実施例装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第２実施例装置の全体構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第３実施例装置の全体構成を示すブロック図である。

【図4】本発明に係るＰＭフリースクラバーの第１実施例を示す概念図である。

【図5】本発明に係るＰＭフリースクラバーの第２実施例を示す概念図である。

【図6】本発明に係るＰＭフリースクラバーの第３実施例を示す概念図である。

【図7】本発明に係るＰＭフリースクラバーの第４実施例を示す概念図である。

【図8】本発明に係るＰＭフリースクラバーの作動原理を示す説明図である。

【図9】本発明の実施例における基本特性を得るために用いた排気ガス浄化装置の全体構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の実施例において、従来例として用いた排気ガス浄化装置の全体構成を示すブロック図である。

【図11】本発明の実施例におけるＳＯ_２の濃度状況を基本特性、従来例と比較して示す図である。

【図12】本発明の実施例におけるＮＯ_Ｘの濃度状況を基本特性と比較して示す図である。

【図13】本発明の実施例におけるＰＭフリースクラバー処理水中のｎ−ヘキサン抽出値を従来例と比較して示す図である。

【図14】本発明の実施例における従来例のスクラバー処理水の透視度を示す図である。

【図15】本発明の実施例における本発明１のＰＭフリースクラバー処理水の透視度を示す図である。

【図16】従来のディーゼルエンジン排気ガス浄化装置の一例を示す概略図である。

【図17】従来の重油以下の低質燃料を使用するディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成例を示すブロック図である。

【図18】従来の重油以下の低質燃料を使用するディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を有しない構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

先ず、本発明者らが先に提案した特許文献２に記載されているＰＭフリースクラバーの原理について説明する。
（１）ガス分子と微粒子の拡散係数：
・ガス分子（本願技術分野で特に問題となるのはＳＯ_２）と微粒子（本願技術分野で特に問題となるのはＰＭ＝ＩＳＦ 、Ｓｕｌｆａｔｅ 、ＳＯＦ ）の拡散速度は大きく相違する。ガス分子の方が微粒子より格段に拡散し易い。拡散速度の指標は拡散係数Ｄである。
・常温２０℃，１気圧の空気中における拡散係数を比較してみる。
ＳＯ_２：Ｄ＝１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）
微粒子（ＰＭ）の拡散係数（ブラウン拡散）は粒径ｄに依存し、ｄが小さいほど拡散係数は大きい。
微粒子の拡散係数（エアロゾル学の基礎：高橋幹二著，森北出版，（２００４年），Ｐ２１５）を下表に示す。

・なお、ＰＭの粒径範囲は０．０１〜０．５μｍの範囲である。
・ＳＯ_２ガスの拡散係数はＰＭのそれよりオーダが３〜６桁程度大きい。
（２）ＰＭフリースクラバー：
・ＰＭフリースクラバーはＳＯ_２（ガス）とＰＭ（粒子）の拡散速度の差に着目したものである。
・平行板型ＰＭフリースクラバーを図８に基づいて説明する。
図８において、２１は略垂直に配置された平行板、２２は処理水、２３は処理水２２に溶解した硫酸イオン、２４はＰＭで２５はＳＯ_２でありいずれも排気ガス及びＥＧＲガスに含まれている。２６はガス流路である。即ち、ＰＭフリースクラバーの場合、平行板２１の壁面の表面は上から下に向かって流れる水膜の水流で覆われており、ＰＭ２４及びＳＯ_２２５を含有する排気ガス及びＥＧＲガスは平行板２１に対して略直交する方向（水平方向）からガス流路２６に流入し、流出する。しかし、平行板２１の壁面の表面を上から下に向かって薄い被膜として流れる水流の流れ方向と、平行板２１表面の水の被膜と被膜の間を流れる排気ガス及びＥＧＲガスの流れ方向は、互いの流れの方向としては直交しているものの水の被膜に接しながら流れるだけであるので、特許文献３の如く排ガスと処理水が比較的小さな直線状の空間である通路の共通の軸心に対し共に沿い且つ該通路内を双方逆方向に流れてり相互に衝突することは無い。
又、ＳＯ_２２５は水への吸収性が良いと共に水への溶解度は極めて大きい。ＳＯ_２２５は拡散係数が極めて大きい。従って、ガス流路２６を形成する平行板２１を通過する際に板の壁面を覆って流れる水膜表面付近を交差して流れる排気ガス及びＥＧＲガスが含有するＳＯ_２２５は吸収性が良い水流にその表面から溶解し、この溶解により水膜表面付近を流れる排気ガスはＳＯ_２２５の濃度が一瞬低下するが拡散係数が極めて大きいＳＯ_２２５は排気ガス流内の隣接する濃度の高い流れから水膜表面付近に直ちに高速で拡散・移動してきて水膜表面に供給されることとなり、この水膜表面での溶解と排気ガス流からの水膜表面への高速拡散の連続繰り返し現象により、ＳＯ_２２５はほとんど水に吸収されてしまう。一方、ＰＭ２４は粒径が大きく拡散係数が極めて小さい。従って、粒子状であるＰＭは水膜表面での溶解と排気ガス流からの水膜表面への拡散の連続繰り返し現象が発生しないので、そのほとんどが吸収されずにＰＭフリースクラバーを素通りし排出されてしまう。なお、排気ガス流速は７ｍ／ｓｅｃ以下とする必要が有り、７ｍ／ｓｅｃを超えると平行板２１の表面を覆う水膜表面に波立ちを生じ飛沫が発生する危惧があるためである。
（３）ＰＭフリースクラバーの効果：
・ＰＭフリースクラバーではＳＯ_２２５を吸収し、ＰＭ２４は素通りさせるので，スクラバー水のＰＭ２４による汚濁を低減できる。ＳＯ_２２５を吸収して亜硫酸水となりその後硫酸水になったスクラバー水は，苛性ソーダ等で中和処理をして海へ排出する。
・それに対し、従来のシャワー方式やベンチュリー方式のスクラバーの場合には、ＳＯ_２２５だけでなくＰＭ２４もスクラバー水に吸収してしまうので、スクラバー水の汚濁が激しく、ＰＭフリースクラバーに比べて廃水処理の工数が多大になる。

【0029】

図１に本発明の第１実施例装置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は、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）１の排気マニホールド（Ｅ／Ｍ）２下流の排気管に、排気ガス中のＳＯ_Ｘ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ＰＭフリースクラバー３を配設し、該ＰＭフリースクラバー３の下流に配設したマフラー（図示せず）を経由して排出するとともに、エアーフィルター（Ａ／Ｆ）４を経由してエンジンの吸気マニホールド（Ｉ／Ｍ）５に外部の空気を吸気させる構成となしたものである。

【0030】

図１に示す構成の排気ガス浄化装置の場合、排気ガスはＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３を通過してＰＭは含有するがＳＯ_Ｘが激減されたガスとして排気ガス浄化装置からサイレンサ（図示せず）を経由し煙突（図示せず）より船外へ排出される。この排気ガス浄化装置において、ＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３では該ＰＭフリースクラバーを構成する各壁面に存在（一部流下）する処理水の薄膜層により、排気ガス中の気体であるＳＯ_Ｘは拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きく各壁面に沿って流れる間に処理水表面に吸着され当該処理水に溶解してその濃度を激減させて排出されるが、排気ガス中の粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きいＰＭは気体であるＳＯ_Ｘと比較して拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さく１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さいので処理水の表面付近に沿って流れるだけでは、ジェットスクラバー、ベンチュリースクラバー、スプレー塔等の加圧水式や、充填塔、流動層スクラバー等の充填式のスクラバーのごとく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には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。
従って、この排気ガス浄化装置のＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３では、処理水には主としてＳＯ_Ｘのみが溶解していてＰＭはごく僅かしか溶解・含有していないので、このＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３の廃棄処理水の後処理は、ＳＯ_Ｘは中和・濾過等単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置で処理ができ、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型で設置自由度の低い処理装置（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む）による燃料又は潤滑油由来のＰＭ処理機能を極簡素・小型化あるいは必要とせずに特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への排出が可能となり、又、スクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。

【0031】

図２に本発明の第２の実施例装置として示すディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、同じく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１の排気マニホールド２下流の排気管に排気ガス中のＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３を設け、さらにその下流にマフラー（図示せず）への排気管に分岐部６を設けてＥＧＲガスを分流するＥＧＲ配管を接続し、分流したＥＧＲガスをＥＧＲバルブ７により流量制御しながら吸気マニホールド５もしくはエアーフィルター４からの吸気管に還流させる構成となしたものである。

【0032】

上記図２に示す構成の排気ガス浄化装置の場合は、図１に示す第１の実施例装置と同様に、排気ガスがクリーンになりＰＭは含有するがＳＯ_Ｘが激減されていると共にＮＯ_Ｘも減少したガスとなっている。この排気ガス浄化装置において、排気管にＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３とその後流の分岐部６からＥＧＲガスを分流し吸気に還流するＥＧＲ配管を設置することにより、排気ガス及びＥＧＲガス中の気体であり拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きいＳＯ_Ｘがほとんど除去され、粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きく拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さく１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さい粒子であるＰＭは殆ど除去されない。即ち、ＰＭは含有するがＳＯ_ＸはＰＭフリースクラバー３で除去されて排気ガスにもＥＧＲガスにもほとんど含有されないこととなり、排気ガスはＰＭを含有するものの気体であるＳＯ_Ｘの含有量を減少させると共に、ＳＯ_Ｘを減少させたＥＧＲガスの還流によりエンジン構成部品の摩耗促進及び腐食の防止や、排気関係部品の腐食を防止してメンテナンス間隔の延長や長寿命化がはかられて耐久性を損ねることが危惧されなくなり、かつ燃焼室での燃焼温度が低下して窒素酸化物の発生が抑制されて排気ガスもクリーンになる。

【0033】

さらに、この排気ガス浄化装置においてもＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３では、処理水には主としてＳＯ_Ｘのみが溶解していてＰＭは極僅かしか溶解・含有していないので、このＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３の処理水の後処理は、ＳＯ_Ｘは中和・濾過等単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置で処理ができ、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型で設置自由度の低い処理装置（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む）による燃料又は潤滑油由来のＰＭ処理機能を極簡素化・小型化あるいは必要とせずに特別海域及び特別海域外の航行中であっても廃棄処理水海洋への排出が可能となり、又、スクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。

【0034】

図３に本発明の第３実施例装置として示すディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、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用いるディーゼルエンジン１の排気マニホールド２下流にターボチャージャー８が装着され、該ターボチャージャー８のタービンホイール（図示せず）の下流の排気管にＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３を設け、さらにその下流の排気管に分岐部６を設けて、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして分流するＥＧＲ配管を前記分岐部６に接続し、該ＥＧＲ配管にＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９、ＥＧＲガスを昇圧し供給・圧送するブロアー（Ｂ／Ｗ）１０、ＥＧＲバルブ７をこの順に配設し、ＥＧＲガスをＥＧＲバルブ７により流量制御しながらインタークーラー１１前の吸気管に還流または前記ターボチャージャー８のコンプレッサーホイール（図示せず）の上流に還流させる構成となしたものである。即ち、本実施例装置は、ターボチャージャー８のタービンホイール（図示せず）を加速した後の排気ガス全量を先ずＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３にて浄化した後、前記全量の排気ガスから分流したＥＧＲガスのみをさらにＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９で処理し、その後ブロアー（Ｂ／Ｗ）１０で圧送してインタークーラー１１前の吸気管又は前記ターボチャージャー８のコンプレッサーホイール（図示せず）の上流に正確な量のＥＧＲガスを還流させる構成となしたものである。

【0035】

上記図３に示す構成の排気ガス浄化装置の場合は、図２に示す第２の実施例装置と同様にＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３により排気ガスがクリーンになりＰＭは含有するがＳＯ_Ｘが激減されていると共に、ＮＯ_Ｘも減少したガスとなっている。この排気ガス浄化装置において、分流したＥＧＲガスをさらに、ＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９で二回目の処理をするようＥＧＲ配管にＥＧＲガス中の気体であって拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きいＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが、粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きく拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さくて１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さいＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９及びブロアー１０を設置することにより、ＥＧＲガスから気体であって拡散係数が大きいＳＯ_Ｘをほとんど除去するが、粒径が大きく拡散係数が極めて小さい粒子であるＰＭはほとんど除去しない。即ち、ＰＭは含有するが、気体であって拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きいＳＯ_ＸはＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９でさらに除去されてＥＧＲガスには僅かにしか含有されないクリーンなＥＧＲガスとなって還流し、排気ガスは窒素酸化物の含有量は減少しておりかつＰＭフリースクラバー処理されてＰＭは多く含有するがＳＯ_Ｘはほとんど含有することはなく、分流されたＥＧＲガス温度がＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９にて処理水と接触することによりＥＧＲガスの温度が低下することとなりブロアーで圧送することと相まって高ＥＧＲ率の確保が容易となり、又燃焼室での燃焼温度が低下して窒素酸化物の発生が抑制されると共にシリンダー壁面等からの放熱が減少して燃料消費率が向上すると共に、ＥＧＲガスに含有されるＳＯ_Ｘが極めて減少していることにより、エンジン構成部品、排気関連部品がＳＯ_Ｘにより摩耗を促進されたり腐食されたりしてエンジン及び関連部品の耐久性を損ねることが危惧されなくなる。
なお、ＥＧＲ配管に設置するＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９はＥＧＲガスのみを処理可能な処理能力を有すればよいので、排気ガスの全量を処理するＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３よりは少ない処理能力でよく小型・小容量で廉価な装置となり、かつ処理水の量も少なくなりスラッジの減少、航行中の海洋への廃棄処理水の排出量も減少させることができる。
さらに、この排気ガス浄化装置においてもＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３及び９では、処理水には主としてＳＯ_Ｘのみが溶解していてＰＭは極僅かしか溶解・含有していないので、このＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３及び９の処理水の後処理は、ＳＯ_Ｘは中和・濾過等単純な工程と少ない工数及び小型な処理装置で処理ができ、複雑で高度な制御を伴う制御部を備えた高価かつ大型で設置自由度の低い処理装置（油分を含んだ処理排水を海洋へ排出しないための貯蔵設備を含む）によるＰＭの処理機能を極簡素・小型化あるいは必要とせずに特別海域及び特別海域外の航行中であっても廃棄処理水の海洋への排出が可能となり、又、スクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。

【0036】

又、本発明で使用するＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバーは、上記した通り排気ガス又はＥＧＲガス通路内に設置されるものであるが、そのＰＭフリースクラバーとしては例えば図４〜図７に示すものを採用することができる。

【0037】

図４に示すＰＭフリースクラバーは、優れた吸水性を有しガラス繊維やカーボン繊維、アラミド繊維など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、平板と波板間で構成されるトンネル状の微小断面の排気ガス流路１２−１０が多数形成されているハニカム構造のハニカムコア（例えば、縦２５０ｍｍ×横２５０ｍｍ×奥行１００ｍｍ（ニチアス株式会社製、商品名；ハニカムウォッシャー））を所望枚数積層してハニカムユニットコア部１２−１として略垂直に設け、該ハニカムユニットコア部１２−１の全巾・全長さにわたって略均一に給水するよう給水ノズルもしくは給水ダクトからなる給水部１２−２を該ハニカムユニットコア部１２−１の上部に配置して給水し、給水された処理水（洗浄水）Ｗは前記ハニカムユニットコア部１２−１の各微小断面の排気ガス流路１２−１０の表面を湿潤しながら落下し、該ハニカムユニットコア部の下部にほぼ同じ長さ及び幅で設けられたアンダートレイ１２−３に至りその後処理水タンク１２−４に収容（システム水量：２０Ｌ）されるが、処理水Ｗはタンクから各微小断面の排気ガス流路１２−１０の表面が乾燥せずに湿潤を保てるようポンプＰにて給水部１２−２に送られ（水流速；３５Ｌ/ｍｉｎ程度）、循環使用される構成となしている。図中、１２−２−１は散水タンク、１２−２−２はノズル孔、矢印Ａは排気ガスもしくはＥＧＲガスで、垂直に設けられたハニカムユニットコア部１２−１に対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で排気ガス流路１２−１０に流入し、矢印ＢはＳ分が除去された排気ガスもしくはＥＧＲガス（ＰＭはほとんど残留している）でハニカムユニットコア部１２−１から略直交して流出し、ＭはポンプＰを駆動するモーター、Ｗは処理水を示す。
このＰＭフリースクラバーの場合、排気ガスもしくはＥＧＲガスはハニカムユニットコア部１２−１に多数形成されている各微小断面の排気ガス流路の壁面の湿潤した表面付近に接しかつ沿いながら滑らかに流れるだけであるから、通常スクラバーのように処理水Ｗの表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに沿い接触しながら流れるために相互に混合することがないので、排気ガス又はＥＧＲガス成分の中で、気体で拡散係数が大きい水との親和性の高いＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが、粒径が大きく拡散係数が極めて小さいＰＭは処理水へはほとんど溶解しないで流れて通過し、従って排気ガス及びＥＧＲガスはＳＯ_Ｘが確実に除去されて、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。この処理水に、ＳＯ_Ｘは含有されているが、ＰＭをほとんど含有していないことにより、特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への処理水の排出が僅かな処理で可能となって特に船中での処理水の排水処理が格段に容易となり処理装置の制御もシンプルとなり装置も小型化してレイアウト性も良くなり安価な設備ともなる。さらにスクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
又、上記ＰＭフリースクラバーと同様の構成を有する別のタイプとして、ＳＵＳ３１６Ｌなどのオーステナイト系ステンレス製薄板素材あるいはステンレス製網板素材であって処理水が表面に浸み出し可能な微細な貫孔を有する平板やエンボス板を多数の凸条を有した波板状にコルゲート加工して波板を成型し、その波板を交互に積層して積層した波板間で構成されるトンネル状の微小断面の排気ガス流路が多数形成されているハニカム構造のハニカムユニットコア、あるいは前記平板を多数の凸条を有した波板状にコルゲート加工して波板を成型し、その波板を方向が交互に積層する際、間に前記平板を積層させて、波板と平板間で構成されるトンネル状の微小断面の排気ガス流路が多数形成されているハニカム構造のハニカムユニットコアを所望枚数積層して構成したハニカムユニットコア部を採用したものがある（図面省略）。このハニカムユニットコア部を採用したＰＭフリースクラバーも前記多孔質セラミック製のハニカムコア構造のものと同様に、排気ガスもしくはＥＧＲガスは該ハニカムユニットコア部を多数形成された各微小断面の排気ガス流路の壁面の湿潤した表面付近に接しかつ沿いながら滑らかに流れるだけであるから、通常スクラバー（ジェットスクラバー、ベンチュリースクラバー、スプレー塔）のように処理水の表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに沿い接触しながら流れるだけであるから相互に混合することがないので、排気ガス又はＥＧＲガス成分の中で水との親和性の高いＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが、水との親和性の無いＰＭは処理水へはほとんど溶解しない。この処理水は、ＳＯ_Ｘは含有しているがＰＭを含有していないことにより、特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への処理水の排出が可能となって特に船中での処理水の排水処理が格段に容易となり処理装置の制御もシンプルとなり装置も小型化してレイアウト性も良くなり安価な設備ともなる。さらにスクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
なお、ハニカムユニットコア部１２−１に多数形成されている各微小断面の排気ガス流路は、排気ガスもしくはＥＧＲガスの流下方向に対し僅かに下降する方向、左右方向、或いはこれらを組合せて斜め下方向に斜交さると微小断面の排気ガス流路の長さが長くなり接触面積及び接触時間が増加し好ましい。

【0038】

図５に示すＰＭフリースクラバーは、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１２−５内に、ＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス製薄板素材あるいはステンレス製網板素材よりなる平板状の処理板１２−６を上下方向鉛直でかつガスの流れと略平行に狭い間隔を保持して多数枚配設したもので、各処理板１２−６の上端には各処理板の両壁面の全表面を湿潤するよう処理水供給ノズル１２−７を設け、各処理板の下端にはタンク部１２−８を設け、配管及びモーターにて駆動される循環ポンプ（図示せず）により処理水（洗浄水）Ｗを循環させて前記処理板１２−６の表裏壁面の全表面を流下することにより常時湿潤させている。１２−１０は排気ガス流路であって、排気ガスは各処理板１２−６の両壁面の全表面を処理水Ｗが上下に流れるのに対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で流入して排気ガス流路１２−１０内を流れる。
このＰＭフリースクラバーで処理される排気ガス及びＥＧＲガスは、前記常時湿潤した処理板１２−６の壁表面を流下する水の表面付近に接しかつ沿いながら滑らかに流れるだけであるから、通常スクラバーのように処理水の表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに沿い接触しながら流れるだけであるから相互に混合することがないので、排気ガスもしくはＥＧＲガス成分の中で気体であり拡散係数が大きく水との親和性の高いＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが、粒径が大きく拡散係数が小さくて水との親和性のないＰＭは処理水へはほとんど溶解しない。この処理水には、ＳＯ_Ｘは含有されているが、ＰＭをほとんど含有していないことにより、特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への処理水の排出が可能となって特に船中での処理水の排水処理が格段に容易となり処理装置の制御もシンプルとなり装置も小型化してレイアウト性も良くなり安価な設備ともなる。さらにスクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
なお、前記処理板１２−６の表面形状は平板状に限定されるものではなく、処理水の流下する方向に波形成形されたコルゲート板（図示せず）、排気ガス又はＥＧＲガスの流れる方向に波形成形されたコルゲート板（図示せず）、あるいは処理水の流下する方向と交差する方向に波形成形されたコルゲート板（図示せず）、処理水の流下方向及び排気ガス・ＥＧＲガスの流れ方向の両方向に凹凸を有したエンボス状の処理板（図示せず）のいずれかを選択して使用することができる。これらの処理板も、通常スクラバーのように処理水の表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに沿い接触しながら流れるだけであるから相互に混合することがない。

【0039】

図６に示すＰＭフリースクラバーは、スクラバーハウジング１２−５内に平板状の処理板１２−６を垂直ではなく上下方向に傾斜させかつガスの流れと略平行に狭い間隔を保持して多数枚配設したもので、各処理板１２−６の傾斜壁面の上面側上端には各処理板の上面の全表面を湿潤するよう処理水供給ノズル１２−７を設け、各処理板の下端にはタンク部１２−８を設け、配管及びモーターにて駆動される循環ポンプ（図示せず）により処理水（洗浄水）Ｗを循環させて前記傾斜した処理板１２−６の上面の全表面を流下することにより常時湿潤させている。１２−１０は排気ガス流路であって、排気ガスは各処理板１２−６の上面の全表面を処理水Ｗが上下に流れるのに対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で流入して排気ガス流路１２−１０内を流れる。なお、前記処理板１２−６の傾斜角度は特に限定するものではないが、通常は垂直から５°〜２０°が好ましい。
このＰＭフリースクラバーで処理される排気ガス及びＥＧＲガスは、前記常時湿潤した処理板１２−６の上側表面を流下する水の表面付近を沿いながら滑らかに流れるだけであるから、通常スクラバーのように処理水の表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに沿い接触しながら流れるだけであるから相互に混合することがないので、排気ガス又はＥＧＲガス成分の中で気体であり拡散係数が大きく水との親和性の高いＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが、粒径が大きく拡散係数が小さくて水との親和性のないＰＭは処理水へはほとんど溶解しない。また、処理板１２−６を上下方向に傾斜させかつ各処理板１２−６の傾斜壁面の上面側上端には各処理板の上面の全表面を湿潤するよう処理水供給ノズル１２−７を上面側のみに設けてあるので、たとえ船が揺れても処理水の飛散に伴う処理水へのＰＭの交差・衝突などが発生し難く、この処理水には、ＳＯ_Ｘは含有されているが、ＰＭをほとんど含有していないことにより、特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への処理水の排出が可能となって特に船中での処理水の排水処理が格段に容易となり処理装置の制御もシンプルとなり装置も小型化してレイアウト性も良くなり安価な設備ともなる。さらにスクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
なお、前記処理板１２−６を上下方向に傾斜させて設けたことにより、例え船が揺れて処理水供給ノズル１２−７から流出する処理水流の流出方向に多少の揺れを生じても前記処理板１２−６の上面側全表面を確実に湿潤し易くなる。また、前記処理板１２−６の表面形状は平板状に限定されるものではなく、処理水の流下する方向に波形成形されたコルゲート板（図示せず）、排気ガス又はＥＧＲガスの流れる方向に波形成形されたコルゲート板（図示せず）、あるいは処理水の流下する方向と交差する方向に波形成形されたコルゲート板（図示せず）、処理水の流下方向及び排気ガス・ＥＧＲガスの流れ方向の両方向に凹凸を有したエンボス状の処理板（図示せず）のいずれかを選択して使用することができる。これらの処理板も、通常スクラバーのように処理水の表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに沿い接触しながら流れるだけであるから相互に混合することがない。

【0040】

図７に示すＰＭフリースクラバーは、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１２−１２を処理水タンク１２−１１内で下部に設けた駆動ロール１２−１３及び上下両部に設けた従動ロール１２−１４間に排気ガス流路１２−１０を確保しながらサーペンタイン状（九十九折り状）で略垂直に配設し、配管及びモーターにて駆動される循環ポンプにより処理水Ｗを供給ノズル（いずれも図示せず）により前記エンドレスベルト１２−１２の表裏両面の従動ロール１２−１４直下より処理水Ｗを流下させて表裏の全表面を常時湿潤させる構成となしたものである。なお、下方に設置される従動ロール１２−１４を処理水タンク１２−１１内の水面下に設置することにより前記給水ノズル等を省略してもよい。図中、矢印Ａは排気ガスもしくはＥＧＲガスで、垂直に設けられたエンドレスベルト１２−１２に対し略直交する方向（水平方向）に７ｍ／ｓｅｃ以下の流速で排気ガス流路１２−１０に流入し、矢印ＢはＰＭはほとんど残留しているがＳ分が除去された排気ガスもしくはＥＧＲガスでエンドレスベルト１２−１２から略直交して排気ガス流路１２−１０から流出している。
このＰＭフリースクラバーの場合も、通常スクラバーのように処理水の表面に対し排気ガスが激しく交差・衝突することがほとんどなく、穏やかに排気ガス流路１２−１０のエンドレスベルト１２−１２表面の水表面付近と沿い接触しながら流れるだけであるから相互に混合することがないので、排気ガス又はＥＧＲガス成分の中で気体であり拡散係数が大きく水との親和性の高いＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するが、粒径が大きく拡散係数が小さくて水との親和性のないＰＭは処理水へはほとんど溶解しない。この処理水に、ＳＯ_Ｘは含有しているがＰＭをほとんど含有していないことにより、特別海域及び特別海域外の航行中であっても海洋への処理水の排出が可能となって特に船中での処理水の排水処理が格段に容易となり処理装置の制御もシンプルとなり装置も小型化してレイアウト性も良くなり安価な設備ともなる。さらに、スクラバ・スルー運転が可能な場合もあり得る。
又、上記図７に示すＰＭフリースクラバーと同様の構成を有する別のタイプとして、繊維質で吸水性のあるエンドレスベルト１２−１２に替えて、ＳＵＳ３１６Ｌなどのオーステナイト系ステンレス製薄板又は箔状素材や、薄板や箔に処理水が表面に浸み出し可能な微細な貫孔を穿孔した物、或いは細線で編まれ毛細管現象で網目が水で濡れ広がる細目のオーステナイト系ステンレス鋼製網素材などよりなるエンドレスベルトを採用したものがある（図面省略）。このＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス製鋼製網素材よりなるエンドレスベルトを採用したＰＭフリースクラバーも前記繊維質吸水性のあるエンドレスベルト１２−１２を採用したものと同様の作用効果が得られることはいうまでもない。

【実施例】

【0041】

次に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
本発明の効果を確認するため、舶用ディーゼルエンジンを表１に示す条件で以下の試験を実施し、各実施例及び従来例の排気ガス諸特性及びスクラバー処理水の特性を以下に示す。基本特性は排気ガス浄化装置を有しない図９に示す構成の装置を、従来例は図９の基本構成にジェットスクラバー形式の通常スクラバーを設けて構成した図１０に示すディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を、それぞれ用いた場合の結果である。又、本発明１は図１に示す第１実施例装置を、本発明２は図２に示す第２実施例装置を、同じく本発明３は図３に示す第３実施例装置をそれぞれ用いた場合の結果である。

【0042】

本発明１に相当する本実施例は、前記図１に示す第１実施例装置、即ち、排気マニホールド（Ｅ／Ｍ）２下流の排気管の下流にスクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れて排気ガス中の気体であるＳＯ_Ｘ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ＰＭフリースクラバー３を配設し、さらにその下流に配設したマフラー（図示せず）を経由して排出し、さらにエアーフィルター（Ａ／Ｆ）４を経由してエンジンの吸気マニホールド（Ｉ／Ｍ）５に外部の空気を吸気させる構成となした排気ガス浄化装置において、ＰＭフリースクラバー３の上流の位置で排気ガス中のＰＭと、ＳＯ_２の各濃度及び、ＰＭフリースクラバー３の処理水中のｎ−ヘキサン値をそれぞれ測定した。

【0043】

ここで、気体であり拡散係数が１．５×１０^−５（ｍ^２/ｓ）程度と大きい二酸化硫黄は水や海水への溶解度が高く、スクラバーによる二酸化硫黄の吸収技術は確立されている。即ち、スクラバー処理水を苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）などによりｐＨ＝１２程度のアルカリ性に維持管理して使用することにより、二酸化硫黄の除去率９５％以上が実現できる。本実施例の主目的は本排気ガス浄化装置のスクラバー処理水の粒径が０．０１〜０．５μｍ程度と大きく拡散係数のオーダが３〜６桁程度小さく１０^−８〜１０^−１１（ｍ^２/ｓ）程度と極めて小さいＰＭ起因の汚れを低減し、スクラバー処理水の排水処理工程を簡素化できることを実証することである。従って、本実施例では、スクラバー処理水として水道水を使用し、二酸化硫黄の吸収によりスクラバー処理水が酸性を呈しても、苛性ソーダ供給等のｐＨ管理はせずに試験を行った。二酸化硫黄（ＳＯ_２）に関する本発明１〜３及び従来例の測定結果を図１１にまとめて示す。
又、図１に示す第１実施例装置におけるＰＭ濃度の測定ではＰＭフリースクラバー３の上流の測定箇所では７２ｍｇ/Ｎｍ^３あったＰＭ濃度は、ＰＭフリースクラバー３の下流では６９ｍｇ/Ｎｍ^３とほとんど変化がなかった。

【0044】

本発明２に相当する本実施例は、前記図２に示す第２実施例装置、即ち、排気マニホールド２下流の排気管にスクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れて排気ガス中のＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー３を設け、さらにその下流のマフラー（図示せず）への排気管に分岐部６を設けてＥＧＲガスを分流するＥＧＲ配管を接続し、分流したＥＧＲガスをＥＧＲバルブ７により流量制御しながら吸気マニホールド５もしくはエアーフィルター４からの吸気管に還流させる構成となしたものである。
よって本発明２の装置は、排気ガスを、排気ガス中のＳＯ_Ｘは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ＰＭフリースクラバー３で処理し、さらに分岐したＥＧＲガスを吸気管に直接又はエアーフィルターを経由して還流させる構成となした排気ガス浄化装置において、本発明１と同様にＰＭフリースクラバーの上流位置でＰＭとＳＯ_２を、ＰＭフリースクラバー３下流の位置でＳＯ_２とＮＯ_Ｘの各濃度を、ＰＭフリースクラバー３のスクラバー処理水中の透視度状況をそれぞれ測定・観察した。

【0045】

本発明３に相当する本実施例は、前記図３に示す第３実施例装置、即ち、排気マニホールド２下流にターボチャージャー８が装着され、該ターボチャージャー８のタービンホイール（図示せず）の下流の排気管にスクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れて排気ガス中のＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３を設け、さらにその下流の排気管に分岐部６を設けて、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして分流するＥＧＲ配管を前記分岐部６に接続し、該ＥＧＲ配管にスクラバーを構成する各壁面に存在し流下する処理水の薄膜層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処理水の表面付近に沿いながら滑らかに流れて排気ガス中のＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９、ＥＧＲガスを昇圧し供給・圧送するブロアー（Ｂ／Ｗ）１０、ＥＧＲバルブ７をこの順に配設し、ＥＧＲガスをＥＧＲバルブ７により流量制御しながらインタークーラー１１前の吸気管に還流又は前記ターボチャージャー８のコンプレッサーホイール（図示せず）の上流に還流させる構成となしたものである。即ち、本実施例装置は、ターボチャージャー８のタービンホイール（図示せず）を加速した後の排気ガス全量を先ずＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３にて浄化した後、前記全量の排気ガスから分流したＥＧＲガスのみをさらにＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９で処理し、その後ブロアー（Ｂ／Ｗ）１０で圧送してインタークーラー１１前の吸気管または前記ターボチャージャー８のコンプレッサーホイール（図示せず）の上流に正確な量のＥＧＲガスを還流させる構成となしたものである。
よって本発明３の装置は、排気ガスはＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３で先ず処理し、該処理した排気ガスから分岐したＥＧＲガスをさらにＰＭをほとんど溶解・除去しないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９にて再度の処理をし、極めてクリーンになったＥＧＲガスを還流させる構成となした排気ガス浄化装置において、前記ターボチャージャー８下流でＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３上流の排気管にてＮＯ_ＸとＳＯ_２を、ＥＧＲ配管のＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９の下流でブロアー１０上流にてＮＯ_Ｘ及びＳＯ_２を、ＰＭフリースクラバー９の処理水中の透視度状況をそれぞれ測定・観察した。

【0046】

［基本特性］
排気ガス浄化装置を有しない図９に示す構成の装置において、ディーゼルエンジンのターボチャージャー１１４の下流の排気管にて排気ガス中のＰＭ、ＳＯ_２、ＮＯ_Ｘの各濃度値を測定した。

【0047】

［従来例］
本従来例は、図１０に示すディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置、即ち、ターボチャージャー１１４の下流に、その後表１記載の充填層の上部から散水する構造の充填塔タイプ（図示せず）の充填層式と称する通常スクラバー１１３ａにて排気ガスを洗浄処理する構成となした排気ガス浄化装置において、排気管のターボチャージャー１１４の下流で通常スクラバー１１３ａの上流位置で排気ガス中のＰＭ、ＳＯ_２とＮＯ_Ｘを、通常スクラバー１１３ａの後流位置でＰＭ、ＳＯ_２とＮＯ_Ｘの各濃度値を、通常スクラバー１１３ａの処理水中の透視度状況をそれぞれ測定・観察した。

【0048】

【表1】

【0049】

前記実施例から明らかのように、以下に記載する事項が判明した。
（１）．基本特性による技術では、排気ガス浄化装置を全く装備していないので、ＰＭ、ＳＯ_２、ＮＯ_Ｘは当然ながら低減されていない。なお、前記ＳＯ_２の濃度状況を図１１に、ＮＯ_Ｘの濃度状況を基本特性の濃度を基準（１００％）として図１２にそれぞれ示す。
（２）．従来例は、本発明１と同様にＰＭフリースクラバーの前位置でのＰＭ測定では７２ｍｇ/Ｎｍ^３であったＰＭ濃度は通常スクラバーにより大幅に低下している。しかし、ＥＧＲを実施していないのでＮＯ_Ｘは低減されない。又、苛性ソーダなどによるｐＨ調整をしないで水道水を使用した市販の通常のスクラバーを装備しているのでＳＯ_２は図１１に示すように低減されるが、スクラバーの処理水（洗浄水）にはＳＯ_ＸのみならずＰＭが含有されることとなり環境あるいは生態系に悪影響を及ぼす成分の完全な除去は期待できない。なお、２．５時間及び５時間運転時の前記スクラバー処理水中のｎ−ヘキサン値を図１３に、又、５時間運転時の前記スクラバー処理水の透視度比較を図１４、図１５に示すが、図１４に透視度を示す従来例のスクラバー処理水ではＰＭにより顕著に汚染されておりスクラバー処理水の排水処理には多大な工数と高度な設備が必須であることは想像に難くない。
（３）．本発明１では、排気ガスはＰＭフリースクラバーの前位置でのＰＭ測定では７２ｍｇ/Ｎｍ^３のであったＰＭ濃度は、ＰＭフリースクラバー３の下流では６９ｍｇ/Ｎｍ^３とほとんど変化がなかった。又、ＥＧＲを実施していないのでＮＯ_Ｘは低減されないが、排気ガス中のＳＯ_Ｘはその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解させないＰＭフリースクラバーを設置することにより排気ガス中のＳＯ_Ｘは図１１に示すごとく大幅に低減し、かつスクラバーの処理水にはＰＭがほとんど含有されていないので、２．５時間及び５時間運転時の前記スクラバー処理水中のｎ−ヘキサン抽出値は図１３に示すごとく極めて小さく、又、５時間運転時の前記スクラバー処理水の透視度は図１５に示すごとくクリアーであり、ＰＭフリースクラバーの排水処理の問題も解決できていることが見て取れる。
（４）．本発明２では、排気ガスはＰＭフリースクラバーの前位置でのＰＭ測定では７２ｍｇ/Ｎｍ^３であったＰＭ濃度は、ＰＭフリースクラバー３の下流では６９ｍｇ/Ｎｍ^３とほとんど変化がなかった。さらにＥＧＲを実施しているので、排気ガス中のＮＯ_Ｘは図１２に示すごとくＥＧＲ率を高くしていくことにより大きく低減できて、排気ガス中のＳＯ_Ｘも図１１に示すごとく大幅に低減し、ＰＭは低減されないがＮＯ_Ｘが低減できるのみならず、ＥＧＲガスもＥＧＲガス中のＳＯ_Ｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解させないＰＭフリースクラバーを経由させているので、エンジンの信頼性を脅かすＳＯ_Ｘの含有を大幅に減らし、更にＰＭフリースクラバーの処理水はＰＭをほとんど含有していないので、スクラバーの排水処理の問題も本発明１と同様に解決できる。
（５）．本発明３は、排気ガスはＰＭフリースクラバーの前位置でのＰＭ測定では７２ｍｇ/Ｎｍ^３のであったＰＭ濃度は、ＰＭフリースクラバー（主スクラバー）３の下流では６９ｍｇ/Ｎｍ^３とほとんど変化がなかった。排気ガス中のＮＯ_Ｘは図１３に示すように本発明２と同様に低減されていて、ＥＧＲ配管にはＥＧＲガス中のＳＯ_２はＳＯｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解させないＰＭフリースクラバー（副スクラバー）９をさらに備えているので本発明１以上に低下されてエンジンの信頼性を脅かすＳＯｘの含有をなくし、さらにスクラバーがＳＯｘをその処理水に溶解するがＰＭをほとんど溶解させないＰＭフリースクラバーであるので、その処理水はＰＭをほとんど含有しておらず、スクラバーの排水処理の問題も本発明１及び２と同様に解決できる。

【0050】

なお、本発明の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船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成は、前記第１実施例装置〜第３実施例装置のものに限定するものではなく、ＥＧＲクーラー、ＰＭフリースクラバー、過給機等の各種装置や設備の配置、組合せを種々変更して構成するもの全てを含むことはいうまでもない。
又、ここでは船舶用ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置について説明したが、発電機用や大型建設機械用等、船舶用以外の用途のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置にも適用できることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0051】

１ ディーゼルエンジン
２ 排気マニホールド
３ ＰＭフリースクラバー（主スクラバー）
４ エアーフィルター
５ 吸気マニホールド
６ 分岐部
７ ＥＧＲバルブ
８ ターボチャージャー
９ ＰＭフリースクラバー（副スクラバー）
１０ ブロアー
１１ インタークーラー
１２−１ ハニカムユニットコア部
１２−２ 給水部
１２−２−１ 散水タンク
１２−２−２ ノズル孔
１２−３ アンダートレイ
１２−４、１２−１１ 処理水タンク
１２−５ スクラバーハウジング
１２−６ 処理板
１２−７ 処理水供給ノズル
１２−８ タンク部
１２−１０ 排気ガス流路
１２−１２ エンドレスベルト
１２−１３ 駆動ロール
１２−１４ 従動ロール
２１ 平行板
２２ 処理水
２３ 硫酸イオン
２４ ＰＭ
２５ ＳＯ_２
２６ ガス流路
Ｗ 処理水
Ｍ モーター
Ｐ ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】