使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置

摘要

本发明提供船舶用柴油发动机的排气净化装置，其特别是在使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气处理中，即使是在处理排水的特别海域及特别海域外的航行中，也可进行废弃处理水向海洋的排出。使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置的特征在于，在与发动机的排气歧管相连的排气管上，设有利用气体和粒子的扩散速度之不同而几乎不去除PM的洗涤器。

说明书

技术领域

本发明涉及将船舶用柴油发动机的排气所含的硫氧化物等有害气体去除而进行净化的船舶用、发电用、产业用等特别是使用高浓度地含有硫成分的重油[重油(Fuel Oil)在舶用工业界被标记为柴油(Diesel Oil：DO)、舶用柴油燃料(Marine Diesel Fuel：MDF)或舶用柴油(Marine Diesel Oil：MDO)、舶用燃料油(Marine Fuel Oil：MFO)、重质燃料油(Heavy Fuel Oil：HFO)、残余燃料油(Residual Fuel Oil：RFO)，但在本发明中，将这些标记统称为重油(Diesel Oil)]等低质燃料的大排气量船舶用柴油发动机的排气处理技术，更详细而言，涉及配设有利用了排出高温排气的大排气量船舶用柴油发动机的气体和颗粒的扩散速度之不同的洗涤器的排气净化装置。

背景技术

作为各种船舶或发电机以及大型建筑机械、还有各种汽车等的动力源，大范围地采用柴油发动机，但从该柴油发动机排出的排气所含的以碳为主体的粒状物质(Particulate Matter：以下称为“PM”)或硫氧化物(以下称为“SOx”)、氮氧化物(以下称为“NO_X”)不仅如周知的那样带来大气污染，而且还是对人体极其有害的物质，所以其排气的净化极其重要。因此，柴油发动机的燃烧方式的改善或各种排气过滤器的采用、排气再循环(Exhaust>

在这里，柴油发动机的排气中的PM(粒状物质)的成分分为有机溶剂可溶组分(SOF：Soluble Organic Fractions，以下称为“SOF”)和有机溶剂不溶组分(ISF：Insoluble Organic Fractions，以下称为“ISF”)的两种，其中，SOF组分含有燃料或润滑油的未燃烧组分为主要成分且具有致癌作用的多环芳香族等有害物质。另一方面，ISF组分是以电阻率低的碳(煤烟)和硫酸盐(Sulfate：硫酸盐)成分为主成分的组分，该SOF组分及ISF组分从对其人体、环境的影响来看，希望排气尽量少。特别是，生物体中的PM的不良影响的程度在其粒径变成nm尺寸的情况下，也可以说特别是一个问题。

作为利用电晕放电而电气性地处理的方法，例如，提出了以下记载的方法及装置(专利文献1～2)。

即，本申请人在专利文献1中提出了柴油发动机的排气用电气式处理方法及装置，该柴油发动机的排气用电气式处理方法及装置如图16所示其概略图那样，采用的方式是：在排气通道121中设有由电晕放电部122-1和带电部122-2构成的放电带电部122，使电晕放电后的电子129带在使排气G1中的以碳为主体的PM128上，由配置于同排气通道121的捕集板123捕集上述带电后的PM128；采用的结构是：放电带电部122的电极针124的排气流的流动方向长度短，且捕集板123相对于排气流的流动方向配设在直角方向上。此外，在图中，125是密封气体管，126是高压电源装置，127是排气引导管。

另外，本申请人在专利文献2的第一实施例中提出了如下装置，如图17所示其概略图那样，船舶用柴油发动机的排气净化装置以如下方式构成：在使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料作为燃料的柴油发动机(E)111的排气歧管(E/M)112下游的排气管的涡轮增压器(T/C)114的涡轮(未图示)下游，配设有排气冷却器(G/C)115，进而在该排气冷却器(G/C)115的下游，配设有静电旋风排气净化装置(ES/C/DPF(Diesel Particulate Filter))116，在其下游侧配管上，配设有使排气中的SOx溶解在其处理水中但PM几乎不溶解或去除在处理水中的洗涤器(以下称为“PM自由洗涤器”)113，经由在空气过滤器(A/F)117下游的进气管的涡轮增压器(T/C)114的压缩机(未图示)及中间冷却器(I/C)118，将外部的空气吸进发动机的进气歧管(I/M)119。

此外，如图18所示，有时也将排气未全部处理地排出。

另外，作为将从具备使用煤炭或重油等燃料的锅炉的火力发电设备、化学品制造厂、金属处理厂、烧结厂、造纸厂等或燃气涡轮、发动机、焚烧炉等排出的排气中的SOx去除的装置，提出了如下烟气处理装置(专利文献3)：将平板状的平板活性碳纤维片和波V字状连续的波板状的波板活性碳纤维片交替地层叠而形成的具有许多比较小的直线状空间即通道的活性碳纤维层设置于催化剂槽内，使水从催化剂槽上部的水供给单元滴下，并且使排气穿过片间的通道而将硫组分作为硫酸去除。

另一方面，在非专利文献1中，在第三章“所有船舶的机舱区域要件”中的PartC“油的排出限制”的第十五规则“油的排出限制”中，规定了特别海域外及特别海域中的不稀释时的油性混合物的油分浓度。

另外，在非专利文献2中，在第二章“IMO的与3次NO_X限制的对应技术和剩下的课题”中的2-2“IMO的与3次NO_X限制对应的发动机技术”的2-2-2“排气循环”的P14～16中，公开了将柴油发动机搭载于集装箱船的技术，该柴油发动机在由洗涤器将从涡轮增压器的通往涡轮的排气管中分流出来的EGR气体净化以后，再由EGR冷却器进行冷却，进而穿过水滴捕集机，然后由EGR鼓风机使之向由涡轮增压器的压缩机压送的进气的中间冷却器回流。此外，非专利文献2中的IMO是国际海事组织，是International>

另外，在非专利文献3中，作为阿法拉伐公司使用搭载于丹麦的Ficaria Syways号的输出21000kW、MAN B&W制二冲程发动机的SO_X对应技术的例子，介绍了如下技术：通过一边使用含硫率2.2％的重油一边由根据状况分别使用海水和清水双方的洗涤器对排气进行处理，将其清洗去除到与IMO(国际海事组织)的2015年施行的使用预定请求水平即排气中的含硫率0.1％的重油时同等的水平。

另外还有，作为公知的降低NO_X的技术，通常已知的是利用催化剂反应的上述SCR方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2006/064805号公报

专利文献2：特开2014-78668号公报

专利文献3：特开2003-126690号公报

非专利文献

非专利文献1：1973年的用于防止由船舶造成的污染的国际条约、附则I“用于防止由油造成的污染的规则”

非专利文献2：社团法人日本海洋工程学会编：平成21年度船舶排出大气污染物质消减技术研究调查报告书

非专利文献3：2011年11月30日发行的阿法拉伐国际杂志“here”No.30P6～P14“Clean Solution之波”

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在上述的现有柴油发动机排气净化装置中，存在以下记载的课题或问题点。

在上述专利文献1记载的利用电晕放电等而电气性地处理排气中的PM的柴油发动机的排气处理技术(例如，图16所示的柴油发动机的排气用电气式处理方法及装置)中，产生以下记载的课题。

即，在船舶用柴油发动机中，需要克服如下之类的课题：在具有比使用硫成分的含量少的轻油的汽车用柴油发动机格外大的排气量，且使用高浓度地含有硫成分的重油[重油相对于轻油含有100～3500倍程度的硫组分：根据JIS K2204：2007“轻油”，0.0010质量％以下；K2205-1990“重油”，0.5～3.5质量％以下]等低质燃料的大排气量船舶用柴油发动机中，例如，在使用现有专利文献1记载的排气净化装置的情况下，高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料中的硫成分不仅作为SOF包含在排气或EGR气体中，还成为硫酸盐来腐蚀发动机构成零件，特别是排气相关零件。另外，不能完全捕集基于硫成分的SOx。

另外，就上述专利文献2(本申请人的早先提出的文献)记载的特别是使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的大排气量且排出高速及/或大流量的排气的柴油发动机的排气用电气式处理方法及装置(图17)而言，驱动涡轮增压器(T/C)114的涡轮(未图示)且由水冷的排气冷却器115冷却了的排气成为如下的排气：通过静电旋风排气净化装置(筒状捕集部：内径φ400mm×长度3000mm，静电电压：DC-45000V，旋风捕集部：躯干直径φ260mm)116，该排气中的PM(SOF、ISF)的含量减少，其后，穿过几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器，从排气净化装置经由消音器(未图示)向船外排出。在该排气净化装置中，在几乎不溶解或去除有机溶剂可溶组分的PM自由洗涤器113中，通过存在(一部分流下)于构成该PM自由洗涤器的各壁面的处理水的薄膜层，排气中的SO_X在沿着各壁面的处理水的表面附近流动期间，被吸附且溶解于处理水使其浓度骤减，并被排出，但排气中的PM仅是沿着处理水的表面流动，相对于洗涤器处理水的表面，排气几乎不会激烈地碰撞，因为仅是一边与PM自由洗涤器处理水的表面附近一部分接触，一边沿着其平滑地流动，所以不会相互混合。

另一方面，现有技术的处理水和排气(特别是颗粒成分)如通常的洗涤器即喷射洗涤器、文丘里洗涤器、喷洒塔等加压水式、或填充塔、流动层洗涤器等填充式的洗涤器(作者：防止公害的技术和法规编辑委员会；发行所：社团法人产业环境管理协会，2011年1月20日发行参照书名：新·防止公害的技术和法规2011〔大气篇〕分册II)II-278图4.2.3-8～II-282图4.2.3-10)那样，因排气相对于洗涤器处理水的表面激烈碰撞而相互混合。

因此，在该排气净化装置的几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器113中，由于在处理水中主要仅溶解有SO_X而仅溶解和含有一点点来源于燃料或润滑油的以正己烷提取物为主成分的油性混合物，因此几乎不溶解或去除该PM的PM自由洗涤器113的废弃处理水的后处理可通过中和和过滤等单纯的工序和少的工时及小型的处理装置，来对起源于硫的成分进行处理，不需要由具备与复杂且高度控制相伴的控制部的高价且大型并设置自由度低的处理装置(包含用于不将含有油分的处理排水向海洋排出的贮藏设备)进行的PM的处理功能，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够实现向海洋的排出，另外，也可进行洗涤-直通运转(如果洗涤箱的水(海水)接近排水限制基准值(pH，油分，重金属类的限制基准值)，则适当补给汲取箱的水(海水)来更换海水。即，不进行洗涤器废水的处理(pH调节，污浊物的回收等))。

但是，在上述静电旋风排气净化装置116的运转方面，需要长且高电压的静电捕集管部和旋风捕集部、高电压电源装置和需要用于设置该装置组的大空间和用于使该装置组工作的高度的操作技术，并且因为不具有EGR系统，所以在排气中含有氮氧化物。

此外，如图18所示，在排气未被完全处理地排出的情况下，不存在洗涤器处理水的废弃处理的问题，但排气含有的全部有害成分会原封不动地排出，会给环保带来不良影响，这是不言而喻的。

另外，上述专利文献3记载的排烟处理装置由设置于使含有硫氧化物的排气流通的装置塔内且由活性碳纤维层形成的催化剂槽、设置于催化剂槽的上部的装置塔内且向催化剂槽供给硫酸生成用水的水供给单元构成，该水供给单元是经由毛细渗透部件将水散布供给到活性碳纤维层的上部的渗透单元，或者是使用洒水器或管状喷雾器(喷雾单元)等将水以雾状直接喷在活性碳纤维层的上部壁面的喷雾单元，活性碳纤维层的结构如下：将平板状的平板活性碳纤维片和波V字状连续的波板状的波板活性碳纤维片交替地层叠而形成的比较小的直线状空间即许多通道(在图4的实施例中，平板活性碳纤维片之间的间距为4mm左右，波板活性碳纤维片的峰部宽度h为10mm左右的截面形状为V字状)制成上下延伸的状态，并且粒径为200μm左右的水从上进行喷雾而供给，并且排气从下向上输送。因此，排气沿着比较小的直线状空间即通道的轴心在通道内从下向上地轴向流动，粒径为200μm左右的大小且从上喷雾而供给的水通过水滴成为球状而断续地滚落，向活性碳纤维表面不多不少地供给水分，并在通道的壁面以水分不过剩地在活性碳纤维的表面形成水膜或水壁的方式沿通道的轴方向从上向下地轴方向流动，并且一部分通过利用洒水器或管状喷雾器(喷雾单元)等直接向平板活性碳纤维片及波板活性碳纤维片的上部供给水，水滴的一部分一边与在通道内从下向上地轴方向流动的排气碰撞，一边在流路内轴方向地从上向下地对向流动。即，排气和水以不在活性碳纤维的表面形成水膜或水壁(在后述的本发明中，在表面形成水膜或水壁)的方式沿着比较小的直线状空间即通道的公共轴心相向地流动，但有时也会在通道内双方反向地流动而碰撞，在排气中含有PM的情况下，在处理水中不仅溶解有SO_X，还含有PM，存在洗涤器处理水的废弃处理的问题，并且如果原封不动地排出，则会给环保带来不良影响，这是不言而喻的。

另一方面，在非专利文献1的第三章“所有船舶的机舱区域要件”中的PartC“油的排出限制”的第十五规则“油的排出限制”中，A.在“特别海域外的排出”条目之2“来自总吨数400吨以上的船舶的油或油性混合物禁止向海洋排出。其中，满足下述所有条件的情况除外”的规定的.3中，规定了“不稀释时的油性混合物的油分浓度为100万分之15以下”；B.在“特别海域中的排出”条目之3“来自总吨数400吨以上的船舶的油或油性混合物禁止向海洋排出。其中，满足下述所有条件的情况除外”的规定的.3中，规定了“不稀释时的油性混合物的油分浓度为100万分之15以下”。

此外，在这里，“油”是指原油、重油及润滑油，“油性”是按照该意思解释的油性，“油性混合物”是指含有油的混合物。

另外，在非专利文献2记载的舶用柴油发动机中，预想通过使从排气中分流出来的EGR气体向进气回流，可从排气中降低80％的NO_X和去除来自EGR气体的接近100％的SO_X，但就穿过洗涤器的煤尘、还有PM所含的硫组分对柴油发动机主体或系统的影响而言，需要长期的实际船试验，不仅如此，就从洗涤器向船外排出的清洗水而言，还需要不给环境或生态系统带来影响，特别是在该洗涤器的清洗水中，随着PM的溶解和浮游、SO₂的溶解等而来的这些环境污染成分或影响生态系统的成分的去除或pH调节等废水处理成为大的问题。但是，在大排气量的舶用柴油发动机的长时间的航海中，就至少EGR气流、优选含有EGR气流的排气流的总量的处理而言，仅由洗涤器进行的处理从装置的大小(包含用于不使含有油分的处理排水向海洋排出的贮藏设备)这一点来看，完全不现实。

另一方面，在非专利文献3记载的“Clean Solution之波”中，作为“在消减海运业界的环境影响、或适合应对海洋污染的更严格的法律上，清洁的新技术做出贡献”，被如下这样记载。

摘要(I)技术背景：

(I)IMO强化对由船舶造成的污染的限制

(a)硫氧化物(SO_X)(适用于新造船及现有船双方)

适用规定燃料油的硫浓度的上限的世界性的限制。严格化了的限制适用于限制排出的海域。上限值从2012年起被阶段性地变更。为了适合该限制值，需要使用低硫燃料或排气净化装置。

(b)氮氧化物(NO_X)(仅适用于新造船)

现有的要求限制的事项适用于输出130KW以上的舶用柴油发动机。根据船舶的建造日，适用不同的限制值。对于在限制排出的海域进行航行的新造船，适用2016年更严格化了的限制(TierIII)。

(c)舱底水(适用于新造船及现有船双方)

向船外排出的舱底水的限制值为15ppm。

摘要(II)水处理技术：

(II)阿法拉伐的水处理技术：

(a)仅对船舶的舱底箱的油性废水进行处理的Pure Bilge解决方案通过单阶段高速离心分离系统，不使用化学物质或吸附过滤器、膜，即可净化大量的水，水中油分不足5ppm。

(b)因为IMO可消减船舶请求的NO_X排出的80％，所以阿法拉伐与MAN柴油公司合作，开发了大型二冲程柴油发动机用的排气再循环(EGR)系统。

(c)就SO_X排出而言，阿法拉伐开发了完整的排气净化工艺。在当前正在进行船上的试验的该系统中，也使用阿法拉伐分离机，将来自洗涤器的污水在向海中的排水前进行净化。

摘要(III)SO_X对应技术：

(III)阿法拉伐的SO_X对应技术：

搭载于(Ficaria·Syways号(丹麦)＝输出21000kW、MANB&W二冲程发动机)

(a)燃料为含硫率2.2％的重油，排气被清洗去除到与2015年施行的IMO(国际海事组织)的要求水平即含硫率0.1％同等的水平。

(b)阿法拉伐的Pure SO_X根据状况分别使用海水和清水双方。

“使用苛性苏打与海水或淡水的水溶液，清洗主机的排气”

●在第一阶段，通过由气体导入部分进行喷水，来冷却排气，而且排气中的煤尘的大半部分也在这里被去除。

●在第二阶段，在洗涤塔内进一步清洗排气中的硫氧化物等。为了防止排气中的水滴的带走或腐蚀，在从烟囱排出以前，用除雾器去除气体中的水滴。

●在第三阶段，进一步净化残留在排气中的硫氧化物。在从船舶的烟囱排出以前，为了防止冷凝或腐蚀，从排气中去除小水滴(将排气的硫组分去除98％以上)。

从该非专利文献3的12页第二栏16行～第三栏1行“洗涤器可以说是安装于船的漏斗的大喷雾室”的记载及14页刊载的照片中的附注“设置于船的烟囱的洗涤器可以比作大喷雾室”的记载、和从混合动力系统图(未图示)的洗涤器上部供给水和海水然后从最下部一同排水，且将排气从旁路挡板门向洗涤器下部供给然后向直接连接于最上部的烟囱排出的情况了解到，这是喷射洗涤器类型的洗涤器。即，了解到这是排气相对于洗涤器处理水的表面激烈地碰撞的类型，其具有排气中的颗粒状成分也可与气体状成分一同去除的功能。因此，在洗涤器水的后处理上，需要凑齐混合动力系统图(未图示)记载的各构成装置，并且需要高度地操作那些装置。

另外，作为公知的降低NO_X的技术，通常已知的是利用催化剂反应的SCR方式。该SCR方式在发动机的排气的温度充分高的状态下将催化剂活性化，且如果催化剂表面不被煤等包覆而是确实地露出，则催化剂能够正常地发挥功能，实现高的NO_X降低。但是，在通常的舶用发动机中，为了确保降低燃料消耗率，大多以比汽车用发动机等的冲程还长的长冲程的低速发动机为主流，通过在气缸内慢慢地花时间将燃气的能量确实地作为动力取出、随着燃气长时间地与缸壁面等的接触而来的放热，排气的温度成为低温，不仅在发动机起动之后的暖气中，即使在正常运转中，当催化剂温度低于300度时，也不充分发挥其功能，NO_X降低率大多不充分。另外，在使用高浓度地含有硫成分的重油以下的低质燃料的柴油发动机的SCR方式的排气净化系统中，指出了由排气中含有的PM包覆催化剂，并且催化剂因大量地含在燃料中的硫而中毒，不会长期稳定地发挥其NO_X净化功能之类的问题，作为其改善对策，预想优选使硫组分从高浓度地含有硫成分的重油以下的低质燃料中脱出，但随着大规模的脱硫装置向制油装置中的设置，会带来庞大的设备投资，随着庞大的设备投资，会带来燃料的高涨，该预想尚未实现。

本发明是鉴于上述的现有技术问题而完成的，其目的在于，特别提供一种装置，其一边阻止使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的大排气量且排出高速及/或大流量的排气的舶用柴油发动机的排气中的PM向处理水的混合，一边高效地去除SO_X而净化排气，并且通过阻止PM向洗涤器处理水的混合，来将SO_X以中和过滤等单纯的工序和少的工时及小型的处理装置进行处理，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也可进行向海洋的排出，即，提供的是一种使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置，其不需要洗涤器处理水的具备与复杂且高度的控制相伴的控制部的高价且大型的处理装置(包含用于不进行含有油分的处理排水向海洋排出的贮藏设备)且设置自由度低的设备，一方面是价格便宜且容易维修保养的小型且设置自由度高的设备，一方面是处理水的管理变得容易，另外，可总是进行洗涤-直通运转，不需要随着制油业界的大规模的脱硫装置的设置而来的庞大的设备投资，因此，能够使燃料费价格便宜。

用于解决课题的手段

作为第一发明，提供的是使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置，本发明涉及的使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置的特征为，采用如下结构：在与发动机的排气歧管相连的排气管上配设有利用气体和颗粒的扩散速度之不同而几乎不去除PM的洗涤器。

作为第二发明，本发明涉及的使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的柴油发动机的排气净化装置的特征为，采用如下结构：在与发动机的排气歧管相连的排气管上配设有利用气体和颗粒的扩散速度之不同而几乎不去除PM的洗涤器，在该洗涤器的下游侧排气管上设有将所述排气的一部分分流成EGR气体的分支部，经由与该分支部相连的EGR配管及EGR阀使所述EGR气体向发动机的进气回流。

作为第三发明，在上述的第二本发明的使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置之中，其特征为，采用如下结构：在所述EGR配管上配设有利用气体和颗粒的扩散速度之不同而几乎不去除PM的洗涤器。

另外，在上述第一～第三发明的排气净化装置中，作为几乎不去除PM的洗涤器，采用优选制成如下结构的方式，该结构是：在排气管或EGR配管上，垂直地配置有将具有优异的吸水性的由以玻璃纤维为骨架的多孔质陶瓷原材料构成的波板和平板交替地层叠而成的蜂窝构造的芯部，在芯上部，以芯部表面总是湿润的方式设有横跨芯的大致全长的供水部，并且以排气或EGR气体沿着相对于芯部大致正交的方向(水平方向)流入流出且穿过蜂窝芯部的具有许多隧道状的微小截面的气体流路的芯内的方式配置，在芯下部，具有接收净化了排气的处理水的横跨芯的大致全长的托盘；或者是：在排气管或EGR配管内的上部设有处理水供给喷嘴及下部箱，在所述处理水供给喷嘴及下部箱之间，相对于上下方向铅垂或倾斜地配置有多个的平板状及/或波板状的处理板，在处理板的配置为铅垂的情况下，在两面侧具备处理水供给喷嘴，在配置为倾斜的情况下，在上面侧具备处理水供给喷嘴，供给处理水，使该表面总是湿润，且，排气或EGR气体沿着相对于处理板设置方向大致正交的方向(水平方向)流入流出；或者是：在排气管或EGR配管的下部，在托盘的水面下，配置有多个下辊，在该多个下辊和与之相对应的多个上辊之间，蛇形状地配置有环形带，驱动各辊的至少一个，而在排气或EGR气体流路中垂直地形成许多湿的可动壁面，且排气或EGR气体沿着相对于可动壁面形成方向大致正交的方向(水平方向)流入流出。

发明效果

本发明涉及的使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置可实现以下记载的效果。

1.在排气通道中设有几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(No-SOF Scrubber)，且通过存在(一部分流下)于构成该PM自由洗涤器的各壁面的处理水的薄膜层，排气中的气体即SO_X因扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右而在沿着各壁面附近流动期间被处理水吸附，溶解在该处理水中，使其浓度骤减，并被排出，但排气中的粒径大至0.01～0.5μm程度的PM由于扩散系数的级差小3～6个数量级程度而极小至10^-8～10^-11(m²/s)程度，因此仅是沿着处理水的表面流动，因为排气几乎不会相对于洗涤器处理水的表面激烈地碰撞，仅是一部分一边与PM自由洗涤器处理水的表面附近接触一边沿着其平滑地流动，所以不会相互混合，由于在处理水中主要仅溶解有SO_X，并仅溶解和含有极微量PM，因此在几乎不溶解或去除该PM的PM自由洗涤器的废弃处理水的后处理中，SOx能够以中和和过滤等单纯的工序和少的工时及小型的处理装置进行处理，不需要由具备与复杂且高度的控制相伴的控制部的高价且大型并设置自由度低的处理装置(包含用于不进行含有油分的处理排水向海洋排出的贮藏设备)进行的PM的处理功能，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也可进行向海洋的排出，另外，有时还可进行洗涤-直通运转。

2.因为舶用燃料的硫含量多，所以在排气中含有高浓度的硫酸盐，当原封不动地作为EGR气体向燃烧室供给时，排气中的硫组分就进一步被浓化，SO_X使活塞、活塞环、气缸、气缸盖、供排气阀/阀杆等发动机构成零件、排气管、消音器、节能器、蓄热器等排气关联零件腐蚀或磨损，有损害发动机及关联零件的耐久性的担心，但是，根据本发明装置，在排气通道中设有几乎不溶解或去除PM的所述PM自由洗涤器，在气体的SO_X和颗粒的PM之内，SO_X由于扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右，因此由PM自由洗涤器去除而几乎不含在排气中，排气虽然含有PM，但会使SO_X的含量减少，并且由于在处理水中主要仅溶解有SO_X，而粒径大至0.1～0.5μm程度的PM因扩散系数的级差小3～6个数量级程度且极小至10^-8～10^-11(m²/s)程度而仅溶解和含有极微量，因此几乎不溶解或去除该PM的PM自由洗涤器的处理水的后处理能够以中和和过滤等单纯的工序和少的工时及小型的处理装置对SO_X进行处理，不需要由具备与复杂且高度的控制相伴的控制部的高价且大型并设置自由度低的处理装置(包含用于不进行含有油分的处理排水向海洋排出的贮藏设备)进行的PM的处理功能，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也可进行废弃处理水向海洋的排出，另外，有时还可进行洗涤-直通运转。

3.在排气管上设有排气中的气体的SOx因扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)程度而溶解在其处理水中但几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器，在其下游配设有分支部，并设有使排气的一部分分流成EGR气体的EGR配管，在该EGR配管上进一步配设有使EGR气体中的SO_X溶解在其处理水中但粒径大至0.01～0.5μm程度的PM因扩散系数的级差小3～6个数量级程度且极小至10^-8～10-11(m²/s)程度而几乎不被溶解或去除的所述PM自由洗涤器，通过使EGR气体向进气管回流，SO_X由PM自由洗涤器去除两次，成为清洁的EGR气体，排气的SO_X及NO_X的含量减少，通过分流出来的EGR气体温度在PM自由洗涤器中与处理水接触而下降，容易确保高EGR率，燃烧室内的燃烧温度下降，可抑制氮氧化物的发生，并且来自缸壁面等的放热减少，燃料消耗率提高，通过EGR气体含的SO_X减少，发动机构成零件、排气关联零件不会由SO_X促进磨损或腐蚀，不担心损害发动机及关联零件的耐久性。此外，由于设置于EGR配管的PM自由洗涤器具有仅可处理EGR气体的处理能力即可，因此以比处理排气的总量时还小的处理能力即可，成为小型、小容量且廉价的装置，且处理水的量也变少，污泥也减少，航行中的废弃处理水向海洋的排出量也能够减少，有时还可进行洗涤-直通运转。

4.通过PM自由洗涤器制成如下结构，处理水与具有隧道状的微小截面的气体流路的芯内表面或处理板的表面或活动壁面的表面由从上向下流动的水膜的水流覆盖，且排气及EGR气体沿着相对于这些表面的水膜流大致正交的水平方向流入和流出，但流速为7m/sec以下的低流速的情况相辅相成，虽然作为彼此的流动方向正交，但由于仅是一边与水的被膜接触一边沿着其流动，因此不会如专利文献3那样排气和处理水相对于比较小的截面的直线状空间即通道的公共轴心一同沿着其流动且双方都在该通道内反方向地流动而相互碰撞，极少担忧处理水中含有PM颗粒，该PM自由洗涤器的结构是：在排气管或EGR配管上，垂直地配置有将具有优异的吸水性的由以玻璃纤维为骨架的由多孔质陶瓷原材料构成的波板和平板交替地层叠而成的蜂窝构造的芯部，在芯上部，以芯部表面总是湿润的方式设有横跨芯的大致全长的供水部，并且以排气或EGR气体沿着相对于芯部大致正交的方向(水平方向)流入流出且以7m/sec以下的流速穿过蜂窝芯部的许多隧道状的微小截面的气体流路内的方式配置，在芯下部，具有接收净化了排气后的处理水的横跨芯的大致全长的托盘；或者是：在排气管或EGR配管内，在上部箱上设有处理水供给喷嘴及下部箱，在所述两处理水供给喷嘴及下部箱之间，相对于上下方向铅垂或倾斜地配置有多个的平板状及/或波板状的处理板，在处理板的配置为铅垂的情况下，在处理板的两面侧装设处理水供给喷嘴，在配置为倾斜的情况下，在上面侧装设处理水供给喷嘴，供给处理水，使该表面总是湿润，且排气或EGR气体沿着相对于处理板设置方向大致正交的方向(水平方向)以7m/sec以下的流速流入流出；或者是：在排气管或EGR配管的下部，在托盘的水面下，配置有多个下辊，在该多个下辊和与之相对应的多个上辊之间，蛇形状地配置有环形带，驱动各辊的至少一个，而在排气或EGR气体流路中垂直地形成许多湿的可动壁面，且排气或EGR气体沿着相对于可动壁面形成方向大致正交的方向(水平方向)以7m/sec以下的流速流入流出。

5.作为公知的降低NO_X的技术而已知的利用催化剂反应的SCR方式在发动机的排气温、充分高的状态下，将催化剂活性化，另外，如果催化剂表面未被煤等包覆而是确实地露出，则催化剂就能够正常地发挥功能而实现高的NO_X降低，但在通常的舶用发动机中，为了确保提高燃料消耗率，大多以比汽车用发动机等长的长冲程的低速发动机为主流，通过在气缸内慢慢地花费时间将燃气的能量确实地作为动力取出、燃气长时间地与缸壁面等接触而放热，排气的温度成为低温，不仅在发动机起动之后的暖气中，即使在正常运转中，也不能使催化剂温度低于300度而充分发挥催化剂功能，NO_X降低率大多不充分，另外，在使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料的柴油发动机的SCR方式的排气净化系统中，指出了由排气中含有的PM包覆催化剂，并且催化剂因大量地含在燃料中的硫而中毒，不会长期稳定地发挥其NO_X净化功能之类的问题，作为其改善对策，预想优选将硫组分从高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料中脱硫，但随着大规模的脱硫装置向制油装置的设置，会带来庞大的设备投资，随着庞大的设备投资，会带来燃料的高涨，从这种预想来看，难说是有效的改善对策。在本发明装置中，各构成零件不存在SCR那样的温度依赖性，也不影响排气中的PM，另外，也几乎不存在由使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料引起的由SO_X造成的劣化，能够从发动机起动之后长期稳定地发挥排气净化功能，能够实现高的NO_X降低率，能够确实地有助于环境改善。进而，不需要随着制油业界的大规模的脱硫装置的设置而来的庞大的设备投资，因此，能够使燃料费便宜。

附图说明

图1是表示本发明第一实施例装置的整体结构的方框图；

图2是表示本发明第二实施例装置的整体结构的方框图；

图3是表示本发明第三实施例装置的整体结构的方框图；

图4是表示本发明涉及的PM自由洗涤器的第一实施例的概念图；

图5是表示本发明涉及的PM自由洗涤器的第二实施例的概念图；

图6是表示本发明涉及的PM自由洗涤器的第三实施例的概念图；

图7是表示本发明涉及的PM自由洗涤器的第四实施例的概念图；

图8是表示本发明涉及的PM自由洗涤器的工作原理的说明图；

图9是表示为得到本发明实施例的基本特性而使用的排气净化装置的整体结构的方框图；

图10是表示在本发明实施例中用作现有例的排气净化装置的整体结构的方框图；

图11是与基本特性、现有例比较而表示本发明实施例的SO₂的浓度状况的图；

图12是与基本特性比较而表示本发明实施例的NO_X的浓度状况的图；

图13是与现有例比较而表示本发明实施例的PM自由洗涤器处理水中的正己烷提取值的图；

图14是表示本发明实施例中的现有例的洗涤器处理水的透视度的图；

图15是表示本发明实施例中的本发明1的PM自由洗涤器处理水的透视度的图；

图16是表示现有柴油发动机排气净化装置之一例的概略图；

图17是表示现有的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的排气净化装置的结构例的方框图；

图18是表示现有的使用重油以下的低质燃料的柴油发动机的没有排气净化装置的结构例的方框图。

具体实施方式

首先，对本发明人早先提案的专利文献2记载的PM自由洗涤器的原理进行说明。

(1)气体分子和微颗粒的扩散系数：

·气体分子(在本申请技术领域，特别是SO₂成为问题)和微颗粒(在本申请技术领域，特别是PM＝ISF、Sulfate、SOF成为问题)的扩散速度大不相同。气体分子比微颗粒格外容易扩散。扩散速度的指标是扩散系数D。

·常温20℃，比较一个大气压的空气中的扩散系数。

SO₂：D＝1.5×10^-5(m²/s)

微颗粒(PM)的扩散系数(布朗扩散)依赖于粒径d，d越小，扩散系数越大。

将微颗粒的扩散系数(气溶胶学的基础：高桥干二著，森北出版，(2004年)，P215)表示在下表中。

·此外，PM的粒径范围为0.01～0.5μm的范围。

·SO₂气体的扩散系数比PM的扩散系数在级差方面大3～6个数量级程度。

(2)PM自由洗涤器：

·PM自由洗涤器是着眼于SO₂(气体)和PM(颗粒)的扩散速度之差的洗涤器。

·基于图8对平行板型PM自由洗涤器进行说明。

在图8中，21是大致垂直地配置的平行板，22是处理水，23是溶解于处理水22的硫酸根离子，24是PM，25是SO₂，都含在排气及EGR气体中。26是气体流路。即，在PM自由洗涤器的情况下，平行板21的表面由从上向下流动的水膜的水流覆盖，含有PM24及SO₂25的排气及EGR气体从相对于平行板21大致正交的方向(水平方向)流入气体流路26，然后流出。但是，虽然在平行板21的表面从上向下作为薄被膜而流动的水流的流动方向和在平行板21表面的水的被膜和被膜之间流动的排气及EGR气体的流动方向作为彼此的流动方向正交，但也只是一边与水的被膜接触一边流动，因此不会如专利文献3所述，排气和处理水相对于比较小的直线状空间即通道的公共轴心，双方在该通道内沿着并且反方向流动而相互碰撞。

另外，SO₂25向水的吸收性良好，并且向水的溶解度极大。SO₂25的扩散系数极大。因此，在穿过形成气体流路26的平行板21时，在覆盖板面而流动的水膜表面附近交叉流动的排气及EGR气体含有的SO₂25从其表面溶解于吸收性良好的水流，通过该溶解，在水膜表面附近流动的排气的SO₂25的浓度瞬时下降，但扩散系数极大的SO₂25立即从排气流内的相邻的浓度高的气流中高速地扩散·移动到水膜表面附近，供给到水膜表面，通过该水膜表面的溶解和来自排气流的向水膜表面的高速扩散的连续重复现象，SO₂25几乎都被水吸收。另一方面，PM24粒径大且扩散系数极小。因此，颗粒状的PM不会发生水膜表面的溶解和来自排气流的向水膜表面的扩散的连续重复现象，因此其几乎未被吸收，穿过PM自由洗涤器而排出。此外，排气流速需要设为7m/sec以下，这是因为当超过7m/sec时，就会在覆盖平行板21的表面的水膜表面产生波浪，有发生飞溅的担忧。

(3)PM自由洗涤器的效果：

·在PM自由洗涤器中，由于吸收SO₂25，PM24穿过，因此能够降低洗涤水的由PM24造成的污浊。吸收SO₂25，成为亚硫酸水，其后，变成了硫酸水的洗涤水通过苛性苏打等进行中和处理，向海排放。

·与此相对，在现有喷淋方式或文丘里方式的洗涤器的情况下，由于不仅SO₂25就连PM24也被洗涤水吸收，因此洗涤水的污浊严重，废水处理的工时比PM自由洗涤器变多。

在图1中作为本发明第一实施例装置表示的船舶用柴油发动机的排气净化装置采用如下结构：在使用高浓度含有地硫成分的重油等低质燃料作为燃料的柴油发动机(E)1的排气歧管(E/M)2下游的排气管上，配设有将排气中的SO_X溶解于其处理水但PM几乎不溶解或去除于处理水的PM自由洗涤器3，经由配设于该PM自由洗涤器3的下游的消音器(未图示)而排出，并且经由空气滤清器(A/F)4将外部空气吸进发动机的进气歧管(I/M)5。

在图1所示的结构的排气净化装置的情况下，排气穿过几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3，作为虽含有PM但SO_X骤减后的气体，从排气净化装置经由消音器(未图示)自烟囱(未图示)排出到船外。在该排气净化装置中，在几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3中，通过存在(一部分流下)于构成该PM自由洗涤器的各壁面的处理水的薄膜层，排气中的气体的SO_X的扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右，在排气中的气体的SO_X沿着各壁面流动期间，被吸附于处理水表面，且溶解于该处理水，使其浓度骤减，然后被排出，但由于排气中的粒径大至0.01～0.5μm左右的PM的扩散系数在级差上比气体的SO_X小3～6数量级程度，极小至10^-8～10^-11(m²/s)左右，因此仅沿着处理水的表面附近流动，排气几乎都不会如喷射洗涤器、文丘里洗涤器、喷洒塔等加压水式、或填充塔、流动层洗涤器等填充式的洗涤器那样相对于洗涤器处理水的表面激烈碰撞，而是在PM自由洗涤器处理水的表面，仅一部分接触且沿着该PM自由洗涤器处理水的表面而平滑地流动，所以不会相互混合。

因此，在该排气净化装置的几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3中，由于在处理水中主要仅溶解有SO_X，仅极微量地溶解和含有PM，因此几乎不溶解或去除该PM的PM自由洗涤器3的废弃处理水的后处理能够以中和和过滤等单纯的工序和少的工时及小型处理装置来处理SO_X，不需要将由具备与复杂且高度控制相伴的控制部的高价且大型并设置自由度低的处理装置(包含用于不将含有油分的处理排水排出到海洋的贮藏设备)进行的来源于燃料或润滑油的PM处理功能简化、小型化，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够向海洋排出，另外，有时还可实现洗涤-直通运转。

在图2中作为本发明第二实施例装置表示的柴油发动机的排气净化装置采用如下结构：同样在使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料作为燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游的排气管上，设置使排气中的SO_X溶解于其处理水但几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3，进而在其下游，连接使EGR气体分流的EGR配管，该EGR配管在通往消音器(未图示)的排气管上设置分支部6，一边由EGR阀7对分流后的EGR气体进行流量控制，一边使其向来自进气歧管5或空气滤清器4的进气管回流。

在上述图2所示的结构的排气净化装置的情况下，与图1所示的第一实施例装置同样，排气变得清洁，成为含有PM但SO_X骤减并且NO_X也减少的气体。在该排气净化装置中，通过在排气管上设置几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3和将EGR气体从其下游的分支部6分流且向进气回流的EGR配管，几乎去除排气及EGR气体中的气体即扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右的SO_X，几乎未去除粒径大至0.01～0.5μm程度且扩散系数的级差小3～6数量级程度而极小至10^-8～10^-11(m²/s)程度的颗粒的PM。即，虽然含有PM，但SO_X由PM自由洗涤器3去除，在排气中和EGR气体中几乎都不含有SO_X，虽然排气含有PM，但气体的SO_X的含量减少，通过减少了SO_X的EGR气体的回流，来防止发动机构成零件的磨损及腐蚀、或排气相关零件的腐蚀，可实现维修保养间隔的延长或长寿命化，不必担忧损害耐久性，且燃烧室内的燃烧温度下降，可抑制氮氧化物产生，排气也变得清洁。

进而，在该排气净化装置中，也由于在几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3中，在处理水中主要仅溶解有SO_X，仅极微量地溶解和含有PM，因此几乎不溶解或去除该PM的PM自由洗涤器3的处理水的后处理能够以中和和过滤等单纯的工序和少的工时及小型处理装置来处理SO_X，不需要将由具备与复杂且高度控制相伴的控制部的高价且大型并设置自由度低的处理装置(包含用于不将含有油分的处理排水排出到海洋的贮藏设备)进行的来源于燃料或润滑油的PM处理功能简化、小型化，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够使废弃处理水向海洋排出，另外，有时还可实现洗涤-直通运转。

在图3中作为本发明第三实施例装置表示的柴油发动机的排气净化装置采用如下结构：在使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料作为燃料的柴油发动机1的排气歧管2下游，安装有涡轮增压器8，在该涡轮增压器8的涡轮叶轮(未图示)的下游的排气管上，设有几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(主洗涤器)3，进而，在其下游的排气管上设有分支部6，将使排气的一部分分流成EGR气体的EGR配管连接在上述分支部6，在该EGR配管上，依次配设有几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9、将EGR气体升压且供给·压送的鼓风机(B/W)10、EGR阀7，一边由EGR阀7对EGR气体进行流量控制，一边使其向中间冷却器11前的进气管回流，或者向上述涡轮增压器8的压缩机轮(未图示)的上游回流。即，本实施例装置采用如下结构：首先由几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(主洗涤器)3将使涡轮增压器8的涡轮叶轮(未图示)加速后的排气总量净化，然后进一步由几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9，仅对从上述总量的排气分流出来的EGR气体进行处理，其后，由鼓风机(B/W)10压送，使正确量的EGR气体向中间冷却器11前的进气管或上述涡轮增压器8的压缩机轮(未图示)的上游回流。

在上述图3所示的结构的排气净化装置的情况下，与图2所示的第二实施例装置同样，通过PM自由洗涤器(主洗涤器)3，排气变得清洁，成为虽然含有PM但SO_X骤减并且NO_X也减少的气体。在该排气净化装置中，通过以进一步由几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9对分流后的EGR气体进行第二次处理的方式在EGR配管上，设置使EGR气体中的气体即扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右的SO_X溶解在其处理水中，但几乎不溶解或去除粒径大至0.01～0.5μm程度且扩散系数的级差小3～6数量级程度而极小至10^-8～10^-11(m²/s)程度的PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9及鼓风机10，来从EGR气体中几乎去除气体即扩散系数大的SO_X，但几乎不去除粒径大且扩散系数极小的颗粒的PM。即，虽然含有PM，但进一步由PM自由洗涤器(副洗涤器)9去除气体即扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右的SO_X，成为仅微量地含在EGR气体中的清洁的EGR气体，且进行回流，排气通过氮氧化物的含量减少且被进行PM自由洗涤器处理，而较多地含有PM，但几乎不含有SO_X，分流后的EGR气体温度通过在PM自由洗涤器(副洗涤器)9中与处理水接触而EGR气体的温度下降，与由鼓风机压送的相辅相成，容易确保高EGR率，另外，燃烧室内的燃烧温度下降，可抑制氮氧化物的产生，并且来自缸壁面等的放热减少，燃料消耗率提高，并且通过EGR气体含有的SO_X极其减少，不会使发动机构成零件、排气关联零件被SO_X促进磨损或腐蚀，不必担忧损害发动机及关联零件的耐久性。

此外，设置在EGR配管上的PM自由洗涤器(副洗涤器)9由于只要具有仅可处理EGR气体的处理能力即可，因此以比处理排气的总量的PM自由洗涤器(主洗涤器)3小的处理能力进行处理即可，成为小型、小容量且廉价的装置，且处理水的量也变少，还能够减少污泥，减少航行中的废弃处理水的向海洋的排出量。

进而，在该排气净化装置中，也由于在几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3及9中，在处理水中主要仅溶解有SO_X，仅极微量地溶解和含有PM，因此几乎不溶解或去除该PM的PM自由洗涤器3及9的处理水的后处理能够以中和和过滤等单纯的工序和少的工时及小型处理装置来处理SO_X，不需要将由具备与复杂且高度控制相伴的控制部的高价且大型并设置自由度低的处理装置(包含用于不将含有油分的处理排水排出到海洋的贮藏设备)进行的PM的处理功能简化、小型化，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够使废弃处理水向海洋排出，另外，有时还可实现洗涤-直通运转。

另外，本发明使用的几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器如上所述，是设置在排气或EGR气体通道内的部件，但作为其PM自由洗涤器，例如也可采用图4～图7所示的PM自由洗涤器。

图4所示的PM自由洗涤器采用如下结构：将具有优异的吸水性且以玻璃纤维或碳纤维、芳纶纤维等为骨架的优选由多孔质的陶瓷制原材料构成的波板和平板交替地层叠，将形成有许多由平板和波板之间构成的隧道状的微小截面的排气流路12-10的蜂窝构造的蜂窝芯(例如，纵250mm×横250mm×进深100mm(Nichias株式会社制，商品名：蜂窝清洗器))层叠期望的张数，作为蜂窝单元芯部12-1，大致垂直地设置，以遍及该蜂窝单元芯部12-1的全宽和全长地大致均匀地供水的方式将由供水喷嘴或供水管道构成的供水部12-2配置在该蜂窝单元芯部12-1的上部进行供水，供来的处理水(清洗水)W一边将上述蜂窝单元芯部12-1的各微小截面的排气流路12-10的表面湿润，一边落下，到达以大致相同的长度及宽度设置于该蜂窝单元芯部的下部的下托盘12-3，其后，被收纳在处理水箱12-4(系统水量：20L)中，但处理水W由泵P从箱向供水部12-2输送(水流速；35L/min程度)，以使各微小截面的排气流路12-10的表面不干燥地保持湿润，被进行循环使用。在图中，12-2-1表示洒水箱，12-2-2表示喷嘴孔，箭头A表示排气或EGR气体，沿着相对于垂直地设置的蜂窝单元芯部12-1大致正交的方向(水平方向)，以7m/sec以下的流速流入排气流路12-10，箭头B表示去除了S组分的排气或EGR气体(PM几乎都残留)，从蜂窝单元芯部12-1大致正交地流出，M表示驱动泵P的马达，W表示处理水。

在该PM自由洗涤器的情况下，因为排气或EGR气体仅是一边与许多形成于蜂窝单元芯部12-1的各微小截面的排气流路的壁面的湿润了的表面附近接触，一边沿着其平滑地流动，所以几乎不会如通常的洗涤器那样排气相对于处理水W的表面激烈地交叉和碰撞，由于不存在因一边平稳地接触一边沿着其流动而相互混合的情况，因此在排气或EGR气体成分中，将气体且与扩散系数大的水的亲和性高的SO_X溶解在其处理水中，但粒径大且扩散系数极小的PM几乎不向处理水中溶解，而是流动地穿过，因此，排气及EGR气体中的SO_X被确实地去除，PM几乎都残留，且以被含有的状态被排出。通过在该处理水中含有SO_X但几乎不含有PM，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够以微不足道的处理进行处理水向海洋的排出，特别是船中的处理水的排水处理会格外容易，处理装置的控制也变得简单，装置也小型化，布局性也变得良好，也成为低价的设备。进而，有时还可实现洗涤-直通运转。

另外，作为具有与上述PM自由洗涤器同样的结构的其他类型，采用将一种蜂窝构造的蜂窝单元芯、或另一种蜂窝构造的蜂窝单元芯层叠期望张数而构成的蜂窝单元芯部(省略附图)，一种蜂窝构造的蜂窝单元芯是，将为SUS316L等奥氏体类不锈钢制薄板原材料或者不锈钢制网板原材料且具有可使处理水向表面浸出的微细贯通孔的平板或压花板进行波纹加工，加工成具有许多凸条的波板状而成型波板，将其波板交替地层叠，形成许多由层叠后的波板之间构成的隧道状的微小截面的排气流路；另一种蜂窝构造的蜂窝单元芯是，将上述平板进行波纹加工，加工成具有许多凸条的波板状而成型波板，在将其波板以方向交替的方式层叠时，在其之间层叠上述平板，形成许多由波板和平板之间构成的隧道状的微小截面的排气流路。采用该蜂窝单元芯部的PM自由洗涤器也与上述多孔质陶瓷制的蜂窝芯构造的PM自由洗涤器同样，因为排气或EGR气体仅是一边与形成有许多该蜂窝单元芯部的各微小截面的排气流路的壁面的湿润了的表面附近接触，一边沿着其平滑地流动，所以几乎不会如通常的洗涤器(喷射洗涤器、文丘里洗涤器、喷洒塔)那样排气相对于处理水的表面激烈地交叉和碰撞，因为仅是平稳地一边接触一边沿着其流动，所以不会相互混合，因此在排气或EGR气体成分之中，将与水的亲和性高的SO_X溶解在其处理水中，但与水没有亲和性的PM几乎不向处理水中溶解。通过该处理水含有SO_X但不含有PM，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够进行处理水向海洋中的排出，特别是船中的处理水的排水处理会变得格外容易，处理装置的控制也简单，装置也小型化，布局性也良好，也成为价低的设备。进而，有时还可实现洗涤-直通运转。

此外，当许多形成于蜂窝单元芯部12-1的各微小截面的排气流路与相对于排气或EGR气体的流下方向稍下降的方向、左右方向、或者组合两者而向下斜的方向斜交时，微小截面的排气流路的长度就会变长，接触面积及接触时间就增加而优选。

图5所示的PM自由洗涤器在设置于排气或EGR气体通道的洗涤器壳体12-5内，以上下方向铅垂地且与气体的气流大致平行地保持狭窄间隔的方式配设有多张由SUS316L等奥氏体类不锈钢制薄板原材料或不锈钢制网板原材料构成的平板状处理板12-6，在各处理板12-6的上端，以湿润各处理板的两面的全部表面的方式设有处理水供给喷嘴12-7，在各处理板的下端设有箱部12-8，通过配管及由马达驱动的循环泵(未图示)，使处理水(清洗水)W进行循环，通过在上述处理板12-6的表背的全部表面流下，使其总是湿润。12-10是排气流路，排气在各处理板12-6的两面的全部表面，沿着相对于处理水W上下流动的方向大致正交的方向(水平方向)，以7m/sec以下的流速流入，而在排气流路12-10内流动。

因为由该PM自由洗涤器处理的排气及EGR气体仅是一边与在上述总是湿润了的处理板12-6的表面流下的水的表面附近接触，一边沿着其平滑地流动，所以几乎不会如通常的洗涤器那样排气相对于处理水的表面激烈地交叉和碰撞，因为仅是一边平稳地接触一边沿着其流动，所以不会相互混合，因此在排气或EGR气体成分之中，将气体的扩散系数大且与水的亲和性高的SO_X溶解在其处理水中，但粒径大且扩散系数小并且与水没有亲和性的PM几乎不向处理水中溶解。通过在该处理水中含有SO_X但几乎不含有PM，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够进行处理水向海洋中的排出，特别是船中的处理水的排水处理会变得格外容易，处理装置的控制也简单，装置也小型化，布局性也变得良好，也成为价低的设备。进而，有时还可实现洗涤-直通运转。

此外，上述处理板12-6的表面形状不限定于平板状，可选择使用沿着处理水流下的方向进行了波形成型的波纹板(未图示)、沿着排气或EGR气体流动的方向进行了波形成型的波纹板(未图示)、或沿着与处理水流下的方向交叉的方向进行了波形成型的波纹板(未图示)、在处理水的流下方向及排气或EGR气体的流动方向的两个方向上具有凹凸的压花状的处理板(未图示)中的任一种。这些处理板也几乎不会如通常的洗涤器那样排气相对于处理水的表面激烈地交叉和碰撞，因为仅是一边平稳地接触，一边沿着其流动，所以不会相互混合。

图6所示的PM自由洗涤器在洗涤器壳体12-5内，以并非垂直而是上下方向倾斜且与气体的气流大致平行地保持狭窄间隔的方式配设有多张平板状的处理板12-6，在各处理板12-6的倾壁斜面的上面侧上端，以湿润各处理板的上面的全部表面的方式设有处理水供给喷嘴12-7，在各处理板的下端设有箱部12-8，通过配管及由马达驱动的循环泵(未图示)，使处理水(清洗水)W循环，通过在上述倾斜的处理板12-6的上面的全部表面流下，使其总是湿润。12-10是排气流路，排气在各处理板12-6的上面的全部表面，沿着相对于处理水W上下流动的方向大致正交的方向(水平方向)，以7m/sec以下的流速流入，而在排气流路12-10内流动。此外，上述处理板12-6的倾斜角度没有特别限定，但通常优选从垂直起倾斜5°～20°。

因为由该PM自由洗涤器处理的排气及EGR气体仅是沿着上述总是湿润了的处理板12-6的上侧表面流下的水的表面附近平滑地流动，所以几乎不会如通常的洗涤器那样排气相对于处理水的表面激烈地交叉和碰撞，因为仅是平稳地一边接触一边沿着其流动，所以不会相互混合，因此在排气或EGR气体成分之中，会使气体的扩散系数大且与水的亲和性高的SO_X溶解在其处理水中，但粒径大且扩散系数小并且与水没有亲和性的PM几乎不向处理水中溶解。另外，由于使处理板12-6在上下方向倾斜，且在各处理板12-6的倾斜面的上面侧上端，以湿润各处理板的上面的全部表面的方式仅在上面侧设有处理水供给喷嘴12-7，因此即使船摇摆，也难以发生随着处理水的飞散而来的PM与处理水的交叉和碰撞等，通过在该处理水中含有SO_X但几乎不含有PM，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够实现处理水向海洋中的排出，特别是船中的处理水的排水处理会格外容易，处理装置的控制也变得简单，装置也小型化，布局性也良好，也成为价低的设备。进而，有时还可实现洗涤-直通运转。

此外，通过在上下方向倾斜地设有上述处理板12-6，即使船摇摆而在从处理水供给喷嘴12-7流出的处理水流的流出方向上产生些许摇摆，也容易确实地将上述处理板12-6的上面侧全部表面湿润。另外，上述处理板12-6的表面形状不限定于平板状，可选择使用沿着处理水流下的方向进行了波形成型的波纹板(未图示)、沿着排气或EGR气体流动的方向进行了波形成型的波纹板(未图示)、或沿着与处理水流下的方向交叉的方向进行了波形成型的波纹板(未图示)、在处理水的流下方向及排气或EGR气体的流动方向的两个方向上具有凹凸的压花状的处理板(未图示)中的任一种。这些处理板也几乎不会如通常的洗涤器那样排气相对于处理水的表面激烈地交叉和碰撞，因为仅是一边平稳地接触，一边沿着其流动，所以不会相互混合。

图7所示的PM自由洗涤器采用如下结构：在设置于排气或EGR气体通道的洗涤器壳体(未图示)内，一边在设置于处理水箱12-11内且设置于下部的驱动辊12-13及设置于上下两部的从动辊12-14之间确保排气流路12-10，一边蛇形状(锯齿状)地大致垂直地配设有纤维质且具有吸水性的环形带12-12，通过配管及由马达驱动的循环泵，由供给喷嘴(均未图示)供给处理水W，使处理水W从上述环形带12-12的表背两面的从动辊12-14正下方流下，总是湿润表背的全部表面。此外，通过将设置于下方的从动辊12-14设置在处理水箱12-11内的水面下，也可以省略上述供水喷嘴等。在图中，箭头A是排气或EGR气体，沿着相对于垂直地设置的环形带12-12大致正交的方向(水平方向)，以7m/sec以下的流速流入排气流路12-10，箭头B是PM几乎都残留但去除了S组分的排气或EGR气体，与环形带12-12大致正交地从排气流路12-10流出。

在该PM自由洗涤器的情况下，也由于不会如通常的洗涤器那样排气相对于处理水的表面激烈地交叉和碰撞，因为仅是一边与排气流路12-10的环形带12-12表面的水表面附近接触，一边沿着其流动，所以不会相互混合，因此在排气或EGR气体成分之中，会使气体的扩散系数大且与水的亲和性高的SO_X溶解在其处理水中，但粒径大且扩散系数小并且与水没有亲和性的PM几乎不向处理水中溶解。通过在该处理水中含有SO_X但几乎不含有PM，即使是特别海域及特别海域外的航行中，也能够进行处理水向海洋中的排出，特别是船中的处理水的排水处理会格外容易，处理装置的控制也变得简单，装置也小型化，布局性也良好，也成为价低的设备。进而，有时还可实现洗涤-直通运转。

另外，作为具有与上述图7所示的PM自由洗涤器同样的结构的其他类型，有采用如下环形带来代替纤维质且具有吸水性的环形带12-12的类型(省略附图)，该环形带由SUS316L等奥氏体类不锈钢制薄板或箔状原材料、或在薄板或箔上穿孔有可使处理水向表面浸出的微细贯通孔的材料、或者用细线编织且通过毛细管现象由水湿遍网眼的细网眼的奥氏体类不锈钢制网眼原材料等构成。关于采用由该SUS316L等奥氏体类不锈钢制网眼原材料构成的环形带的PM自由洗涤器，也可得到与采用上述纤维质且具有吸水性的环形带12-12的PM自由洗涤器同样的作用效果，这是不言而喻的。

实施例

接着，利用实施例对本发明进行更详细地说明。

为了确认本发明的效果，在表1所示的条件下对舶用柴油发动机实施以下试验，以下表示的是各实施例及现有例的排气诸特性及洗涤器处理水的特性。基本特性是使用不具有排气净化装置的图9所示的结构的装置时的结果，现有例是使用在图9的基本结构上设置喷射洗涤器形式的通常洗涤器而构成的图10所示的柴油发动机的排气净化装置时的结果。另外，本发明1是使用图1所示的第一实施例装置时的结果，本发明2是使用图2所示的第二实施例装置时的结果，同样本发明3是使用图3所示的第三实施例装置时的结果。

相当于本发明1的本实施例是上述图1所示的第一实施例装置，即是采用如下结构的排气净化装置：在排气歧管(E/M)2下游的排气管的下游，配设有使排气中的气体的SO_X溶解在其处理水中但PM几乎不溶解或去除在处理水中的PM自由洗涤器3，进而经由配设于其下游的消音器(未图示)而排出，还经由空气滤清器(A/F)4将外部空气吸进发动机的进气歧管(I/M)5，其中，在PM自由洗涤器3的上游的位置，分别测定排气中的PM、SO₂的各浓度、及PM自由洗涤器3的处理水中的正己烷值。

在这里，为气体的扩散系数大至1.5×10^-5(m²/s)左右的二氧化硫向水或海水中的溶解度高，由洗涤器进行的二氧化硫的吸收技术得到确立。即，通过由苛性苏打(氢氧化钠)等将洗涤器处理水维持管理在pH＝12左右的碱性来使用，能够实现二氧化硫的去除率95％以上。本实施例的主要目的是实际证明能够降低本排气净化装置的洗涤器处理水的粒径大至0.01～0.5μm程度且扩散系数的级差小3～6个数量级程度而极小至10^-8～10^-11(m²/s)程度的PM引起的污染，将洗涤器处理水的排水处理工序简化。因此，在本实施例中，作为洗涤器处理水，使用自来水，即使洗涤器处理水因二氧化硫的吸收而呈酸性，也不进行苛性苏打供给等pH管理地进行试验。将与二氧化硫(SO₂)有关的本发明1～3及现有例的测定结果集中表示在图11中。

另外，在图1所示的第一实施例装置的PM浓度的测定中，PM自由洗涤器3的上游的测定部位为72mg/Nm³的PM浓度在PM自由洗涤器3的下游为69mg/Nm³，几乎没变化。

相当于本发明2的本实施例是上述图2所示的第二实施例装置，即是采用如下结构的装置在排气歧管2下游的排气管上，设有使排气中的SO_X溶解在其处理水中但几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器3，进而，在其下游的通往消音器(未图示)的排气管上设有分支部6，并连接有使EGR气体分流的EGR配管，一边由EGR阀7对分流后的EGR气体进行流量控制，一边使其向进气歧管5或来自空气滤清器4的进气管回流。

因而，本发明2的装置是采用如下结构的排气净化装置：由排气中的SO_X溶解在其处理水中但PM几乎不溶解或去除在处理水中的PM自由洗涤器3对排气进行处理，进而使分支后的EGR气体直接或经由空气滤清器向进气管回流，其中，与本发明1同样，在PM自由洗涤器的上游位置，测定PM和SO₂，在PM自由洗涤器3下游的位置，测定SO₂和NO_X的各浓度，并分别观察PM自由洗涤器3的洗涤器处理水中的透视度状况。

相当于本发明3的本实施例是上述图3所示的第三实施例装置，即是采用如下结构的装置：在排气歧管2下游安装有涡轮增压器8，在该涡轮增压器8的涡轮叶轮(未图示)的下游的排气管上，设有几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(主洗涤器)3，进而在其下游的排气管上设有分支部6，将使排气的一部分分流成EGR气体的EGR配管连接在上述分支部6，在该EGR配管上依次配设有几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9、使EGR气体升压且将其供给·压送的鼓风机(B/W)10、EGR阀7，一边由EGR阀7对EGR气体进行流量控制，一边使其向中间冷却器11前的进气管回流或向上述涡轮增压器8的压缩机(未图示)的上游回流。即，本实施例装置首先利用几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(主洗涤器)3对使涡轮增压器8的涡轮叶轮(未图示)加速后的排气总量进行净化，然后进一步利用几乎溶解或去除PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9仅对从上述总量的排气分流出来的EGR气体进行处理，其后，由鼓风机(B/W)10压送而使正确量的EGR气体向中间冷却器11前的进气管或上述涡轮增压器8的压缩机轮(未图示)的上游回流。

因而，本发明3的装置是采用如下结构的排气净化装置：首先利用几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(主洗涤器)3对排气进行处理，进而利用几乎不溶解或去除PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9对从该处理后的排气分支的EGR气体进行再次处理，最后使变成极其清洁的EGR气体回流，其中，在上述涡轮增压器8下游且在PM自由洗涤器(主洗涤器)3上游的排气管上，测定NO_X和SO₂，在EGR配管的PM自由洗涤器(副洗涤器)9的下游且在鼓风机10上游，测定NO_X及SO₂，并分别观察PM自由洗涤器9的处理水中的透视度状况。

[基本特性]

在不具有排气净化装置的图9所示的结构的装置中，在柴油发动机的涡轮增压器114的下游的排气管上，测定排气中的PM、SO₂、NO_X的各浓度值。

[现有例]

本现有例是图10所示的柴油发动机的排气净化装置，即是采用如下结构的排气净化装置：在涡轮增压器114的下游，利用其后表1记载的从填充层的上部洒水的构造的称为填充塔类型(未图示)的填充层式的通常的洗涤器113a，对排气进行清洗处理，其中，在排气管的涡轮增压器114的下游，在通常洗涤器113a的上游位置，测定排气中的PM、SO₂和NO_X，在通常的洗涤器113a的下游位置，测定PM、SO₂和NO_X的各浓度值，并分别观察通常的洗涤器113a的处理水中的透视度状况。

[表1]

由如上述实施例表明，判明了以下记载的事项。

(1).在基于基本特性的技术中，由于完全没有装备排气净化装置，因此PM、SO₂、NO_X当然没有降低。此外，以基本特性的浓度为基准(100％)，将上述SO₂的浓度状况表示在图11中，将NO_X的浓度状况表示在图12中。

(2).现有例与本发明1同样，在PM自由洗涤器的前位置的PM测定中，为72mg/Nm³的PM浓度在通过通常洗涤器为69mg/Nm³，几乎没有变化。但是，由于没有实施EGR，因此NO_X不会降低。另外，由于装备有不进行由苛性苏打等实施的pH调节且使用自来水的市售的通常的洗涤器，因此SO₂如图11所示地降低，但在洗涤器的处理水(清洗水)中，不仅含有SO_X，还含有PM，不能期待给环境或生态系统带来不良影响的成分的完全去除。此外，将2.5小时及5小时运转时的上述洗涤器处理水中的正己烷值表示在图13中，另外，将5小时运转时的上述洗涤器处理水的透视度比较表示在图14、图15中，不难想象的是，因PM而被显著污染，在洗涤器处理水的排水处理上，必需很多工时和高级设备。

(3).在本发明1中，在PM自由洗涤器的前位置的PM测定中，排气的为72mg/Nm³的PM浓度在PM自由洗涤器3的下游为69mg/Nm³，几乎没有变化。另外，由于没有实施EGR，因此NO_X不会降低，但通过设置排气中的SO_X溶解在其处理水中但PM几乎不溶解的PM自由洗涤器，排气中的SO_X如图11所示大幅度地降低，且由于在洗涤器的处理水中几乎不含有PM，因此2.5小时及5小时运转时的上述洗涤器处理水中的正己烷提取值如图13所示极小，另外，可以看出，5小时运转时的上述洗涤器处理水的透视度如图15所示是清澈的，PM自由洗涤器的排水处理的问题也能够得到解决。

(4).在本发明2中，在PM自由洗涤器的前位置的PM测定中，排气的为72mg/Nm³的PM浓度在PM自由洗涤器3的下游为69mg/Nm³，几乎没有变化。进而，由于实施了EGR，因此排气中的NO_X如图12所示可通过提高EGR率而大大降低，排气中的SO_X也如图11所示大幅度地降低，虽然PM不会降低，但NO_X能够降低，不仅如此，EGR气体也经由使EGR气体中的SO_X溶解在其处理水中但几乎不溶解PM的PM自由洗涤器，因此能够使威胁发动机的可靠性的SO_X的含有大幅度地减少，进而，由于PM自由洗涤器的处理水几乎不含有PM，因此洗涤器的排水处理的问题也与本发明1同样，能够得到解决。

(5).就本发明3而言，在PM自由洗涤器的前位置的PM测定中，排气的为72mg/Nm³的PM浓度在PM自由洗涤器(主洗涤器)3的下游为69mg/Nm³，几乎没有变化。排气中的NO_X如图13所示与本发明2同样地降低，由于在EGR配管上还具备EGR气体中的SO₂是SOx溶解于其处理水中但几乎不溶解PM的PM自由洗涤器(副洗涤器)9，因此降低到本发明1以上，消除了威胁发动机的可靠性的SOx的含有，进而，由于洗涤器是使SOx溶解在其处理水中但几乎不溶解PM的PM自由洗涤器，因此其处理水几乎不含有PM，洗涤器的排水处理的问题也与本发明1及2同样，能够得到解决。

此外，本发明的使用高浓度地含有硫成分的重油等低质燃料作为燃料的船舶用柴油发动机的排气净化装置的结构不限定于上述第一实施例装置～第三实施例装置的结构，还包括对EGR冷却器、PM自由洗涤器、增压器等各种装置或设备的配置、组合进行了各种变更而构成的全部结构，这是不言而喻的。

另外，在此对船舶用柴油发动机的排气净化装置进行了说明，但也适用于发电机用或大型建设机械用等船舶用以外的用途的柴油发动机的排气净化装置，这是不言而喻的。

符号说明

1 柴油发动机

2 排气歧管

3 PM自由洗涤器(主洗涤器)

4 空气滤清器

5 进气歧管

6 分支部

7 EGR阀

8 涡轮增压器

9 PM自由洗涤器(副洗涤器)

10 鼓风机

11 中间冷却器

12-1 蜂窝单元芯部

12-2 供水部

12-2-1 洒水箱

12-2-2 喷嘴孔

12-3 下托盘

12-4、12-11 处理水箱

12-5 洗涤器壳体

12-6 处理板

12-7 处理水供给喷嘴

12-8 箱部

12-10 排气流路

12-12 环形带

12-13 驱动辊

12-14 从动辊

21 平行板

22 处理水

23 硫酸根离子

24 PM

25 SO₂

26 气体流路

W 处理水

M 马达

P 泵