特許 7583071 船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶

(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】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/92 20060101AFI20241106BHJP

   B01D 53/14 20060101ALI20241106BHJP

   B01D 53/18 20060101ALI20241106BHJP

   B63H 21/32 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

B01D53/92 215

B01D53/92 ZAB

B01D53/92 240

B01D53/92 310

B01D53/92 331

B01D53/14 200

B01D53/18 150

B01D53/18 130

B63H21/32 Z

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022580006

(86)(22)【出願日】2020-12-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-07

(86)【国際出願番号】 KR2020018599

(87)【国際公開番号】W WO2022019409

(87)【国際公開日】2022-01-27

【審査請求日】2022-12-23

(31)【優先権主張番号】10-2020-0090479

(32)【優先日】2020-07-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】522213971

【氏名又は名称】ハンファ オーシャン カンパニー リミテッド

【住所又は居所原語表記】３３７０，Ｇｅｏｊｅ－ｄａｅｒｏ，Ｇｅｏｊｅ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｓａｎｇｎａｍ－ｄｏ ５３３０２，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】ナム、ビョン タク

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１５７９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１５０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０４５５７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５３０２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２６３４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】英国特許出願公開第０２３０１８６５（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／００ － ５３／９６

Ｆ０１Ｎ ３／００ － ３／３８

Ｆ０２Ｂ ４７／０８ － ４７／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／００ － ２６／７４

Ｂ６３Ｈ １／００ － ２５／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶エンジンの各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバと、
前記排気ガスレシーバからの排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部と、
前記洗浄部を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ_２を吸収して除去するＣＯ_２吸収部と、
前記ＣＯ_２吸収部を通過した排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去し、燃焼空気と混合して前記船舶エンジンの各シリンダに給気する燃焼空気レシーバと、を含み、
前記洗浄部は、
清水を供給され、洗浄水を中和させて供給する洗浄水供給モジュールと、前記洗浄水供給モジュールからの洗浄水を前記排気ガスレシーバからの排気ガスに噴射して冷却し洗浄する洗浄モジュールと、冷却水によって冷却する冷却モジュールと、前記洗浄モジュールを通過した洗浄水を循環させる洗浄水循環モジュールと、洗浄水を水処理する水処理モジュールと、を含む
ことを特徴とする船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項2】

前記洗浄水供給モジュールは、清水を供給されて洗浄水を補充して前記洗浄モジュールに供給する洗浄水補充ポンプと、前記洗浄水補充ポンプから前記洗浄モジュールに供給される洗浄水にｐＨを調節するための中和剤を投入する中和剤供給弁を含み、
前記洗浄モジュールは、洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄する１つ以上の洗浄ユニットを含み、
前記冷却モジュールは、前記１つ以上の洗浄ユニットの下段に形成されて循環する冷却水によって前記吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する１つ以上の冷却ユニットを含み、
前記洗浄水循環モジュールは、前記洗浄モジュールを通過した洗浄水を集水する洗浄水循環タンクと、前記洗浄水循環タンクからの洗浄水のｐＨを測定して前記中和剤供給弁を調節して前記中和剤の投入量を決定するようにするｐＨメートルと、洗浄水初期水量を貯蔵し洗浄水を補充するバッファタンクと、前記バッファタンクに洗浄水の一部を循環させ前記洗浄モジュールに洗浄水の一部を循環させる洗浄水循環ポンプと、を含み、
前記水処理モジュールは、前記バッファタンクから排水される洗浄水を水処理して水処理された洗浄水を前記バッファタンクに回帰させる水処理ユニットと、前記水処理ユニットによるスラッジを貯蔵するスラッジタンクと、前記水処理ユニットによって所定の排出条件を満足する洗浄水を船外排出する船外排出弁と、前記バッファタンクからの洗浄水を一時貯蔵する洗浄水ドレインタンクと、を含む
請求項１に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項3】

前記洗浄水循環ポンプの後段に設置されて循環する洗浄水を冷却する洗浄水冷却ユニットをさらに含む
請求項２に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項4】

船舶エンジンの各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバと、
前記排気ガスレシーバからの排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部と、
前記洗浄部を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ_２を吸収して除去するＣＯ_２吸収部と、
前記ＣＯ_２吸収部を通過した排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去し、燃焼空気と混合して前記船舶エンジンの各シリンダに給気する燃焼空気レシーバと、を含み、
前記ＣＯ_２吸収部は、
前記吸収液を貯蔵する吸収液貯蔵タンクと、前記吸収液を噴射する１つ以上の噴射ノズルと、ＣＯ_２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ_２を所定の物質に転換させる１つ以上の流路と、前記１つ以上の噴射ノズルに前記吸収液をポンピングする吸収液噴射ポンプと、前記１つ以上の流路に冷却水を循環させてＣＯ_２吸収反応による発熱を冷却する冷却モジュールと、を含む
ことを特徴とする船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項5】

前記１つ以上の噴射ノズルは、前記吸収液を下向きに噴射する上段噴射ノズル及び下段噴射ノズルを含み、
前記１つ以上の流路は、ＣＯ_２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ_２を所定の物質に転換させる上段流路及び下段流路を含み、
前記吸収液噴射ポンプは前記上段噴射ノズル及び前記下段噴射ノズルに前記吸収液をポンピングし、
前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路区間に冷却水を循環させてＣＯ_２吸収反応による発熱を冷却し、
前記ＣＯ_２吸収部は、前記下段流路を通過した排気ガスの水分を除去するミストキャッチャと、水分が除去された排気ガスの圧力を高めて前記燃焼空気レシーバに再循環させる排気ガス再循環ファンをさらに含む
請求項４に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項6】

前記上段流路又は前記下段流路は、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように複数の段と隔壁で構成される
請求項５に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項7】

前記上段流路又は前記下段流路には、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように蒸留カラムパッキングが多段で構成された充填材と、多段で構成された前記蒸留カラムパッキングの間に溶液再分配器が形成される
請求項５に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項8】

前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、
前記上段流路及び前記下段流路を通過するＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）によってＣＯ_２を吸収してＮＨ_４ＨＣＯ_３（ａｑ）に転換させ、
前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路にクーリングジャケット又はクーリングコイルの形態で配置されてＣＯ_２吸収反応による発熱を２０℃乃至５０℃に冷却する
請求項５に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項9】

前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮａＯＨを貯蔵し、
前記上段流路及び前記下段流路を通過するＮａＯＨによってＣＯ_２を吸収してＮａＨＣＯ_３又はＮａ_２ＣＯ_３に転換させ、
前記冷却モジュールはＣＯ_２吸収反応による発熱を８０℃乃至１００℃に冷却する
請求項５に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項10】

ティア２（ＴｉｅｒII）モード運転時は、前記排気ガス再循環ファン出口側の弁を介して、燃焼空気の前記排気ガス再循環ファンへの逆流を防止し、
燃焼空気の圧力に応じて前記排気ガス再循環ファンの送風圧力を調節して水分が除去された排気ガスの圧力を高める
請求項５に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項11】

船舶エンジンの各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバと、
前記排気ガスレシーバからの排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部と、
前記洗浄部を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ_２を吸収して除去するＣＯ_２吸収部と、
前記ＣＯ_２吸収部を通過した排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去し、燃焼空気と混合して前記船舶エンジンの各シリンダに給気する燃焼空気レシーバと、を含み、
前記排気ガスレシーバから供給される高温高圧の排気ガスによって回転するタービンと、前記タービンの回転軸に結合されて回転して燃焼空気を圧縮して前記燃焼空気レシーバに供給する圧縮機と、前記圧縮機の吸入口側に形成されて異物をフィルタリングする空気吸入フィルタと、前記圧縮機から前記燃焼空気レシーバに供給される燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却モジュールと、前記排気ガスレシーバから前記タービンへの排気ガスの流量を調節する第１調節弁と、前記第１調節弁の前段に形成されて前記洗浄部への排気ガスの流量を調節する第２調節弁と、で構成される過給機をさらに含む
ことを特徴とする船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項12】

前記排気ガスレシーバから前記洗浄部への排気ガスの流量を調節する第３調節弁をさらに含み、
高負荷又は高温の排気ガスによって、前記タービンに連結された排気ガスパイプに結合された排気ガスを利用する関連装置の損傷が予想される場合は、前記第３調節弁の開閉を制御して前記洗浄部への排気ガスの流量を増加させて排気ガスの温度を下げる
請求項１１に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項13】

前記燃焼空気冷却モジュールは、冷却水を循環させて燃焼空気を冷却する１段以上のクーリングジャケットと、前記クーリングジャケットを通過した燃焼空気の水分を除去するミストキャッチャを含む
請求項１１に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項14】

前記ＣＯ_２吸収部から排液される前記吸収液を分離貯蔵する吸収液タンクをさらに含み、
前記ＣＯ_２吸収部から排出される排出物は前記スラッジタンクに貯蔵又は船外排出される
請求項２に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項15】

前記洗浄部及び前記ＣＯ_２吸収部は前記船舶エンジン内部に装着される形態で構成される
請求項１に記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。

【請求項16】

請求項１ないし１５のいずれかに記載の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を備えた
ことを特徴とする船舶。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、従来のＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯ_Ｘ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ_２は無論、ＳＯ_Ｘを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができ、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させることができる、船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、無分別な化石燃料使用による温室効果ガス排出の影響で地球温暖化現象とそれに関連する環境災害が発生している。

【0003】

これにより、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素を放出せず捕集して貯蔵することに関連する一連の技術がＣＣＳ（Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）技術と呼ばれ最近非常に大きな注目を浴びているが、ＣＣＳ技術のうち化学吸収法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）は大規模処理が可能という面からその中でも最も多く商用化された技術である。

【0004】

また、二酸化炭素排出規制はＩＭＯのＥＥＤＩによって規制するが、２０５０年には２００８年の排出量の５０％以上の低減を目標とし、２０３０年にも２００８年の排出量の４０％を低減しなければならず、ＣＯ_２を排出しない、又は排出されたＣＯ_２を捕集する技術が注目を浴びている。

【0005】

前述した二酸化炭素の排出を低減、又は生成された二酸化炭素を捕集する技術は、船舶では商用化された事例がないというのが現状であり、水素やアンモニアを燃料として使用する方法も現在開発中で商業化の段階には至っていないのが現状である。

【0006】

一方、船舶エンジンから排気される排気ガス内のＮＯ_Ｘを低減する方法として、排気ガスの一部を圧縮された燃焼空気と混合して混合ガスを船舶エンジンの吸入系統に再循環させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が適用されている。

【0007】

これにより、従来の化石燃料を使用して運航している、又は建造予定の船舶に対してＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯ_Ｘ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ_２は無論、ＳＯ_Ｘを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができる技術を適用する必要性が提起される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の思想が成し遂げようとする技術的課題は、ＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯ_Ｘ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ_２は無論、ＳＯ_Ｘを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができ、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させることができる、船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前述した目的を達成するために、本発明は、船舶エンジンの各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバと、前記排気ガスレシーバからの排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部と、前記洗浄部を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ_２を吸収して除去するＣＯ_２吸収部と、前記ＣＯ_２吸収部を通過した排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去し、燃焼空気と混合して前記船舶エンジンの各シリンダに給気する燃焼空気レシーバと、を含む、船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を提供する。

【0010】

また、前記洗浄部は、清水を供給され、洗浄水を中和させて供給する洗浄水供給モジュールと、前記洗浄水供給モジュールからの洗浄水を前記排気ガスレシーバからの排気ガスに噴射して冷却し洗浄する洗浄モジュールと、冷却水によって冷却する冷却モジュールと、前記洗浄モジュールを通過した洗浄水を循環させる洗浄水循環モジュールと、洗浄水を水処理する水処理モジュールと、を含むことができる。

【0011】

また、前記洗浄水供給モジュールは、清水を供給されて洗浄水を補充して前記洗浄モジュールに供給する洗浄水補充ポンプと、前記洗浄水補充ポンプから前記洗浄モジュールに供給される洗浄水にｐＨを調節するための中和剤を投入する中和剤供給弁を含み、前記洗浄モジュールは、洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄する１つ以上の洗浄ユニットを含み、前記冷却モジュールは、前記１つ以上の洗浄ユニットの下段に形成されて循環する冷却水によって前記吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する１つ以上の冷却ユニットを含み、前記洗浄水循環モジュールは、前記洗浄モジュールを通過した洗浄水を集水する洗浄水循環タンクと、前記洗浄水循環タンクからの洗浄水のｐＨを測定して前記中和剤供給弁を調節して前記中和剤の投入量を決定するようにするｐＨメートルと、洗浄水初期水量を貯蔵し洗浄水を補充するバッファタンクと、前記バッファタンクに洗浄水の一部を循環させ前記洗浄モジュールに洗浄水の一部を循環させる洗浄水循環ポンプと、を含み、前記水処理モジュールは、前記バッファタンクから排水される洗浄水を水処理して水処理された洗浄水を前記バッファタンクに回帰させる水処理ユニットと、前記水処理ユニットによるスラッジを貯蔵するスラッジタンクと、前記水処理ユニットによって所定の排出条件を満足する洗浄水を船外排出する船外排出弁と、前記バッファタンクからの洗浄水を一時貯蔵する洗浄水ドレインタンクと、を含むことができる。

【0012】

また、前記洗浄水循環ポンプの後段に設置されて循環する洗浄水を冷却する洗浄水冷却ユニットをさらに含むことができる。

【0013】

また、前記ＣＯ_２吸収部は、前記吸収液を貯蔵する吸収液貯蔵タンクと、前記吸収液を噴射する１つ以上の噴射ノズルと、ＣＯ_２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ_２を所定の物質に転換させる１つ以上の流路と、前記１つ以上の噴射ノズルに前記吸収液をポンピングする吸収液噴射ポンプと、前記１つ以上の流路に冷却水を循環させてＣＯ_２吸収反応による発熱を冷却する冷却モジュールと、を含むことができる。

【0014】

また、前記１つ以上の噴射ノズルは、前記吸収液を下向きに噴射する上段噴射ノズル及び下段噴射ノズルを含み、前記１つ以上の流路は、ＣＯ_２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ_２を所定の物質に転換させる上段流路及び下段流路を含み、前記吸収液噴射ポンプは前記上段噴射ノズル及び前記下段噴射ノズルに前記吸収液をポンピングし、前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路区間に冷却水を循環させてＣＯ_２吸収反応による発熱を冷却し、前記ＣＯ_２吸収部は、屈曲する多板形で形成され前記下段流路を通過した排気ガスの水分を除去するミストキャッチャと、水分が除去された排気ガスの圧力を高めて前記燃焼空気レシーバに再循環させる排気ガス再循環ファンをさらに含むことができる。

【0015】

また、前記上段流路又は前記下段流路は、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように複数の段と隔壁で構成されて流路を長く形成できる。

【0016】

また、前記上段流路又は前記下段流路には、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように単位体積あたり接触面的が大きく設計された蒸留カラムパッキングが多段で構成された充填材と、多段で構成された前記蒸留カラムパッキングの間に溶液再分配器が形成され得る。

【0017】

また、前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、前記上段流路及び前記下段流路によってＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）によってＣＯ_２を吸収してＮＨ_４ＨＣＯ_３（ａｑ）に転換させ、前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路にクーリングジャケット又はクーリングコイルの形態で配置されてＣＯ_２吸収反応による発熱を２０℃乃至５０℃に冷却できる。

【0018】

また、前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮａＯＨを貯蔵し、前記上段流路及び前記下段流路によってＮａＯＨによってＣＯ_２を吸収してＮａＨＣＯ_３又はＮａ_２ＣＯ_３に転換させ、前記冷却モジュールはＣＯ_２吸収反応による発熱を８０℃乃至１００℃に冷却できる。

【0019】

また、ティア２（ＴｉｅｒII）モード運転時は、前記排気ガス再循環ファン出口側の弁を介して、燃焼空気の前記排気ガス再循環ファンへの逆流を防止し、燃焼空気の圧力に応じて前記排気ガス再循環ファンの送風圧力を調節して水分が除去された排気ガスの圧力を高めることができる。

【0020】

また、前記排気ガスレシーバから供給される高温高圧の排気ガスによって回転するタービンと、前記タービンの回転軸に結合されて回転して燃焼空気を圧縮して前記燃焼空気レシーバに供給する圧縮機と、前記圧縮機の吸入口側に形成されて異物をフィルタリングする空気吸入フィルタと、前記圧縮機から前記燃焼空気レシーバに供給される燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却モジュールと、前記排気ガスレシーバから前記タービンへの排気ガスの流量を調節する第１調節弁と、前記第１調節弁の前段に形成されて前記洗浄部への排気ガスの流量を調節する第２調節弁と、で構成される過給機をさらに含むことができる。

【0021】

また、前記排気ガスレシーバから前記洗浄部への排気ガスの流量を調節する第３調節弁をさらに含み、高負荷又は高温の排気ガスによって、前記タービンに連結された排気ガスパイプに結合された排気ガスを利用する関連装置の損傷が予想される場合は、前記第３調節弁の開閉を制御して前記洗浄部への排気ガスの流量を増加させて排気ガスの温度を下げることができる。

【0022】

また、前記燃焼空気冷却モジュールは、冷却水を循環させて燃焼空気を冷却する１段以上のクーリングジャケットと、屈曲する多板形で形成され前記クーリングジャケットを通過した燃焼空気の水分を除去するミストキャッチャを含むことができる。

【0023】

また、前記ＣＯ_２吸収部から排液される前記吸収液を分離貯蔵する吸収液タンクをさらに含み、前記ＣＯ_２吸収部から排出される排出物は前記スラッジタンクに貯蔵したり船外排出できる。

【0024】

また、前記洗浄部及び前記ＣＯ_２吸収部は前記船舶エンジン内部に装着される形態で構成されることができる。

【0025】

一方、前述した目的を達成するために、本発明は前述した船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を備えた船舶を提供できる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、従来化石燃料を使用して運航の中だとか又は乾燥予定の船舶に対してＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯ_Ｘ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ_２は無論、ＳＯ_Ｘを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができる効果がある。

【0027】

また、吸収されたＣＯ_２を船内に貯蔵する場合、運航後処理できて海洋汚染の可能性を下げることができる。

【0028】

また、再循環する排気ガスからＳＯ_ＸとＣＯ_２を除去してエンジンの腐食を防止し環境汚染を減らすことができる効果がある。

【0029】

なお一層、船舶エンジン内部に装着される形態で構成して設置空間を節約できるので余裕空間を確保することができ、従来のＥＧＲシステムが既に設置された船舶に追加設置が可能にして変更事項が少ないように構成でき、従来のＥＧＲシステムが設置された船舶に追加設置が容易な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施例による船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の概略的な構成を示した図である。

【図2】図１の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を具現したシステム油圧回路図を示した図である。

【図3】図２の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の排気ガスレシーバ及び過給機を分離して示した図である。

【図4】図２の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の洗浄部を分離して示した図である。

【図5】図２の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置のＣＯ_２吸収部を分離して示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々に異なる形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。

【0032】

図１を参照すると、本発明の実施例による船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置は、全体的に、船舶エンジン１０の各シリンダから燃焼後排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバ１１０と、排気ガスレシーバ１１０からの排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯ_Ｘとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部１２０と、洗浄部１２０を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ_２を吸収して除去するＣＯ_２吸収部１３０と、ＣＯ_２吸収部１３０を通過した排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去し、燃焼空気と混合して船舶エンジン１０の各シリンダに給気する燃焼空気レシーバ１４０と、を含み、従来のＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯ_Ｘ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ_２は無論、ＳＯ_Ｘを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができ、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させるのを要旨にする。

【0033】

以下、図１乃至図５を参照して、前述した船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を具体的に詳述すると次のとおりである。

【0034】

まず、排気ガスレシーバ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１１０は、図２及び図３に示すように、船舶エンジン１０の多数で構成された各シリンダ（図示せず）の燃焼室から燃焼後の排気行程によって排気ガス排出口から排気される高温高圧の排気ガスを一時貯蔵して排気ガスの脈動を除去し、調節弁の開閉を介して後段の洗浄部１２０又は過給機１５０に供給する。

【0035】

例えば、各シリンダごとの点火順序が異なることから排気ガスの排出時点図相異なって脈動が発生するのに、排気ガス圧力の脈動除去に適した容量を具備し保温が可能なシリンダの形態で形成されて一側は燃焼室の排気ガス排出口と連結され他側は過給機１５０のタービン１５１入口側又は洗浄部１２０の洗浄モジュール１２２入口側と連結される。

【0036】

次に、洗浄部（ＥＧＲ）１２０は排気ガスの洗浄、冷却及び中和を行う構成要素であって、排気ガスレシーバ１１０から供給される排気ガスに洗浄水を１次、２次と順を追って噴射して排気ガスに含まれたＳＯ_Ｘとスート（ｓｏｏｔ）を除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却して、ＣＯ_２吸収部１３０に供給する。

【0037】

ちなみに、燃焼室で燃焼空気に含まれた酸素の中の一部は燃料と燃焼してＣＯ_２を生成し、残りはＮＯ_ＸとＳＯ_Ｘを生成するが、洗浄部１２０は燃焼後ＣＯ_２を多量に含む排気ガスを洗浄及び冷却して過給機１５０からの燃焼空気とともに燃焼に必要な最小限の酸素のみを船舶エンジン１０の燃焼室に供給し、燃焼空気自体のＣＯ_２濃度を上げ酸素の濃度を下げてＮＯ_Ｘの生成を抑制する。

【0038】

一方、排気ガスの再循環比率に比例してＮＯ_Ｘの減少量も増加するが、全体排気ガスの３０％乃至４０％程度が再循環されて船舶エンジン１０に給気される。

【0039】

具体的には、洗浄部１２０は、図２及び図４に示すように、清水（ｆｒｅｓｈ ｗａｔｅｒ）を供給され、洗浄水を中和させて供給する洗浄水供給モジュール１２１と、洗浄水供給モジュール１２１からの洗浄水を排気ガスレシーバ１１０からの排気ガスに噴射して冷却し洗浄する洗浄モジュール１２２と、冷却水によって冷却する冷却モジュール１２３と、洗浄モジュール１２２を通過した洗浄水を循環させて再使用させる洗浄水循環モジュール１２４と、洗浄水を水処理する水処理モジュール（ＷＴＳ；Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１２５と、で構成されることができる。

【0040】

ここで、洗浄水供給モジュール１２１は、清水供給弁１２１ａによって清水を供給されて洗浄水を補充して洗浄モジュール１２２に供給する洗浄水補充ポンプ１２１ｂと、洗浄水補充ポンプ１２１ｂから洗浄モジュール１２２に供給される洗浄水に排気ガスのＳＯ_Ｘによって生成された硫酸を除去するための塩基性中和剤を投入する中和剤供給弁１２１ｃで構成される。

【0041】

また、洗浄モジュール１２２は、洗浄水供給モジュール１２１又は洗浄水循環モジュール１２４から供給される洗浄水を排気ガスに１次噴射して（ｐｒｅ－ｓｐｒａｙ）高温の排気ガスを２００℃乃至３００℃に冷却してＳＯ_Ｘとスートなどのパーティクル成分を除去して洗浄する前段の第１洗浄ユニット１２２ａと、洗浄水を２次噴射して（ＥＧＲ ｃｏｏｌｅｒ ｓｐｒａｙ）排気ガスを４５℃前後に冷却してＳＯ_Ｘとスートなどのパーティクル成分を除去して洗浄する後段の第２洗浄ユニット１２２ｂで構成される。

【0042】

また、冷却モジュール１２３は、第１洗浄ユニット１２２ａの下段に形成されて循環する冷却水によって、ＣＯ_２を吸収するために使用される吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する第１冷却ユニット１２３ａと、第２洗浄ユニット１２２ｂの下段に形成されて循環する冷却水によって、ＣＯ_２を吸収するために使用される吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する第２冷却ユニット１２３ｂで構成される。

【0043】

また、洗浄水循環モジュール１２４は、洗浄モジュール１２２を通過した洗浄水を集水する洗浄水循環タンク１２４ａと、洗浄水循環タンク１２４ａからの洗浄水のｐＨを測定して中和剤供給弁１２１ｃを調節して塩基性中和剤の投入量を決定するようにするｐＨメートル１２４ｂと、洗浄水初期水量を貯蔵して洗浄モジュール１２２への洗浄水を補充するバッファタンク１２４ｃと、バッファタンク１２４ｃに洗浄水の一部を循環させ洗浄モジュール１２２に洗浄水の一部を循環させる洗浄水循環ポンプ１２４ｄと、で構成される。

【0044】

ここで、ｐＨメートル１２４ｂは循環する洗浄水に含まれた硫酸によるｐＨを測定し、測定されたｐＨに応じて、中和剤供給弁１２１ｃによって塩基性中和剤、例えば、ＮａＯＨの投入量を調節して洗浄水を中和させて洗浄水が循環するパイプラインと関連する構成要素の腐食を防止させ、バッファタンク１２４ｃは排気ガスの燃焼によって付随的に発生した追加の水分を集水して除去し水処理モジュール１２５によって水処理されて浄化された洗浄水を貯蔵して補充することもできる。

【0045】

一方、洗浄水循環モジュール１２４は洗浄水循環ポンプ１２４ｄの後段に設置されて循環する洗浄水を冷却する洗浄水冷却ユニット１２４ｅをさらに含み、洗浄水をより低い温度に冷却して洗浄モジュール１２２に供給できる。

【0046】

例えば、ＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）をＣＯ_２吸収部１３０の吸収液として使用する場合は、洗浄モジュール１２２を通過する排気ガスの温度は２０℃乃至５０℃前後が適切でＮａＯＨをＣＯ_２吸収部１３０の吸収液を使用する場合は、排気ガスの温度は８０℃乃至１００℃前後が適切で、使用する吸収液によって洗浄水の量と温度が異なり洗浄水による排気ガスの洗浄力を維持しながらＣＯ_２吸収部１３０のＣＯ_２吸収温度条件を満たすように洗浄モジュール１２２及び洗浄水冷却ユニット１２４ｅの組み合わせを異なるように構成でき、第１洗浄ユニット１２２ａと第２洗浄ユニット１２２ｂの熱交換器の仕様も異なるように構成できる。

【0047】

また、水処理モジュール１２５は、バッファタンク１２４ｃから排水される洗浄水を遠心分離又はフィルタリングによって水処理して水処理された洗浄水をバッファタンク１２４ｃに回帰させる水処理ユニット１２５ａと、水処理ユニット１２５ａによって排出されるスラッジ（ｓｌｕｄｇｅ）を貯蔵するスラッジタンク１２５ｂと、水処理ユニット１２５ａによって所定の船外排出条件を満足する洗浄水を船外排出する船外排出弁１２５ｃと、バッファタンク１２４ｃからの洗浄水を一時貯蔵する洗浄水ドレインタンク１２５ｄと、で構成され、洗浄水に含まれたスートなどの残滓を分離して貯蔵し分離された排出水を船外排出させる。

【0048】

次に、ＣＯ_２吸収部１３０は洗浄部１２０を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ_２を吸収して除去させる。

【0049】

具体的には、図２及び図５に示すように、ＣＯ_２吸収部１３０は、化学反応によってＣＯ_２を除去する吸収液を貯蔵する吸収液貯蔵タンク１３１と、吸収液を下向きに噴射する上段噴射ノズル１３２と、ＣＯ_２と吸収液を物理的に接触させて化学反応によってＣＯ_２をＮＨ_４ＨＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３又はＮａ_２ＣＯ_３に転換させる上段流路１３３と、吸収液を下向きに噴射する下段噴射ノズル１３４と、ＣＯ_２と吸収液を物理的に接触させて化学反応によってＣＯ_２をＮＨ_４ＨＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３又はＮａ_２ＣＯ_３に転換させる下段流路１３５と、上段噴射ノズル１３２及び下段噴射ノズル１３４に吸収液をポンピングする吸収液噴射ポンプ１３６と、上段流路１３３及び下段流路１３５区間に冷却水を循環させてＣＯ_２吸収反応による発熱をそれぞれ冷却する冷却モジュール１３７と、屈曲する多板形で形成され下段流路１３５を通過した排気ガスの水分を除去するミストキャッチャ１３８と、水分が除去された排気ガスの圧力を高めて燃焼空気レシーバ１４０に再循環させる排気ガス再循環ファン１３９と、で構成される。

【0050】

ここで、吸収液は船内の別途設備によって製造されて直ちに供給されることもができるが、吸収液貯蔵タンク１３１に貯蔵された形態でポンピングされて供給されることもでき、上段噴射ノズル１３２及び下段噴射ノズル１３４は主配管に連結された多数の噴射孔が形成された多数の補助配管が設置された形態で構成されることができる。

【0051】

一方、上段流路１３３又は下段流路１３５は、吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように複数の段と隔壁で構成されて流路を長く形成し、吸収液によってＣＯ_２を十分に吸収して溶解させるか、船外排出条件を満たす物質に転換させる。

【0052】

また、上段流路１３３又は下段流路１３５には、吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように単位体積あたり接触面的が大きく設計された蒸留カラムパッキング（ｄｉｓｔｉｌｌｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ ｐａｃｋｉｎｇ）が多段で構成された充填材１３３ａ，１３５ａと、多段で構成された蒸留カラムパッキングの間に溶液再分配器（図示せず）が形成され得る。

【0053】

例えば、単位面積あたり接触面積と気体の圧力降下と氾濫速度を考慮して工程に適した蒸留カラムパッキングを選定でき、溶液再分配器によって清水のチャネリング（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）現象を防止させることができる。

【0054】

一方、ＣＯ_２を吸収する吸収液の選択によって、生成物と冷却方式が異なる場合があるが、すなわち、吸収液としてＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）を使用する場合は、吸収液貯蔵タンク１３１が吸収液としてＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、上段流路１３３及び下段流路１３５を通過するＮＨ_４ＯＨ（ａｑ）によって下記化学式１又は化学式２によってＣＯ_２を吸収してＮＨ_４ＨＣＯ_３（ａｑ）に転換させ、冷却モジュール１２３は上段流路１３３及び下段流路１３５にクーリングジャケット（ｃｏｏｌｉｎｇ ｊａｃｋｅｔ）又はクーリングコイル（ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｏｉｌ）の形態で配置されてＣＯ_２吸収反応による発熱を２０℃乃至５０℃に冷却して、化学式１又は化学式２の円滑な正反応を誘導できる。

【0055】

すなわち、２０℃に達しない場合はＣＯ_２吸収率が減少し、５０℃を超過する場合はＣＯ_２吸収率が増加する場合があるが、ＮＨ_３が気化して消失される短所があり、２０℃乃至５０℃に維持することが好ましい。

【0056】

【化1】

【0057】

【化2】

【0058】

又は、吸収液としてＮａＯＨを使用する場合は、吸収液貯蔵タンク１３１が吸収液としてＮａＯＨを貯蔵し、上段流路１３３及び下段流路１３５を通過するＮａＯＨによって、例えば、下記化学式３又は化学式４によってＣＯ_２を吸収してＮａ_２ＣＯ_３又はＮａＨＣＯ_３に転換させ、冷却モジュール１２３はＣＯ_２吸収反応による発熱を８０℃乃至１００℃に冷却して、化学式３又は化学式４の円滑な正反応を誘導できる。

【0059】

【化3】

【0060】

【化4】

【0061】

一方、ＥＣＡ（Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｒｅａ）ではＮＯ_Ｘ排出基準としてティア３（ＴｉｅｒIII）が適用されてＥＧＲを駆動させてＮＯ_Ｘ排出基準以下に排気ガスのＮＯ_Ｘを低減しなければならないが、ＥＧＲの駆動が必須でない公海上で適用されるティア２（ＴｉｅｒII）モード運転時は、排気ガス再循環ファン１３９の出口側の弁１３９ａを介して、燃焼空気の排気ガス再循環ファン１３９への逆流を防止し、燃焼空気の圧力に応じて排気ガス再循環ファン１３９の送風圧力をＲＰＭ調節方式（ＶＦＤ；Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｒｉｖｅｒ）で調節して水分が除去された排気ガスの圧力を高めることができる。

【0062】

また、ＣＯ_２吸収部１３０の上段流路１３３及び下段流路１３５を通過して排液される吸収液を分離貯蔵する吸収液タンク１３９ｂをさらに含むことで、再使用可能に吸収液を再生処理又は廃棄処理し、ＣＯ_２吸収部１３０から排出される排出物は弁調節によってスラッジタンク１２５ｂに貯蔵又は船外排出され得る。

【0063】

次に、燃焼空気レシーバ（ｓｃａｖｅｎｇｅ ａｉｒ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１４０は、図２に示すように、ＣＯ_２吸収部１３０を通過してＣＯ_２が除去されて酸素濃度が低くなった排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去し、吸入ストロークで燃焼空気と混合して船舶エンジン１０の各シリンダに給気する。

【0064】

例えば、各シリンダごとの点火順序が異なることから燃焼空気の吸入時点も異なり脈動が発生が、燃焼空気レシーバ１４０は燃焼空気圧力の脈動除去に適した容量を具備し保温が可能なシリンダの形態で形成され、一側は燃焼室の燃焼空気吸入口と連結され他側はＣＯ_２吸収部１３０又は過給機１５０の圧縮機１５２出口側又は燃焼空気冷却モジュール１５４と連結される。

【0065】

次に、過給機（ｔｕｒｂｏ ｃｈａｒｇｅｒ）１５０は、図３に示すように、排気ガスレシーバ１１０から供給される高温高圧の排気ガスによって回転するタービン１５１と、タービン１５１の回転軸に結合されて回転して燃焼空気を圧縮して燃焼空気レシーバ１４０に供給する圧縮機１５２と、圧縮機１５２の吸入口側に形成されて異物をフィルタリングする空気吸入フィルタ１５３と、圧縮機１５２から燃焼空気レシーバ１４０に供給される燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却モジュール１５４と、排気ガスレシーバ１１０からタービン１５１への排気ガスの流量を調節する第１調節弁１５５と、第１調節弁１５５の前段に形成されて洗浄部１２０への排気ガスの流量を調節する第２調節弁１５６と、で構成され、排気ガスの高温高圧エネルギーを利用して燃焼空気を圧縮させてエンジン効率を高める。

【0066】

一方、排気ガスレシーバ１１０から洗浄部１２０への排気ガスの流量を調節する第３調節弁１５７をさらに含み、高負荷又は高温の排気ガスによって、タービン１５１の出口側に連結された排気ガスパイプＡに結合された排気ガスを利用する関連装置、例えば、スチーム発生装置の損傷が予想される場合は、第３調節弁１５７の開閉を制御して洗浄部１２０への排気ガスの流量を増加させて排気ガスの温度を下げることもできる。

【0067】

また、燃焼空気冷却モジュール１５４は、冷却水を循環させて燃焼空気を冷却する１段又は２段のクーリングジャケット１５４ａと、屈曲する多板形で形成されクーリングジャケット１５４ａを通過した燃焼空気の水分を除去するミストキャッチャ１５４ｂで構成され、圧縮機１５２による燃焼空気圧縮による温度上昇を抑制して過給機の効率を上げて空気密度を上げることで、船舶エンジン１０の効率を向上させる。

【0068】

一方、洗浄部１２０及びＣＯ_２吸収部１３０は船舶エンジン１０内部に装着される形態で構成され、設置空間を節約でき、従来のＥＧＲシステムが既に設置された船舶に追加設置が可能にして変更事項が少ないように構成できる。

【0069】

したがって、上述の船舶のＥＧＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の構成によれば、従来のＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯ_Ｘ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ_２は無論、ＳＯ_Ｘを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができ、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させることができ、再循環する排気ガスからＳＯ_ＸとＣＯ_２を除去してエンジンの腐食を防止し環境汚染を減らすことができ、船舶エンジン内部に装着される形態で構成して設置空間を節約できるので余裕空間を確保することができ、従来のＥＧＲシステムが既に設置された船舶に追加設置が可能にして変更事項が少ないように構成できる。

【0070】

以上、本発明を図面に示す実施例を参照して説明した。しかし、本発明はこれに限定されず本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明と均等な範囲に属する多様な変形例又は他の実施例が可能である。したがって、本発明の真正な保護範囲は下記の特許請求の範囲によって定められる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】