JP2020020343A

JP2020020343A - 船舶

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Publication number: JP2020020343A
Application number: JP2019197185A
Authority: JP
Inventors: 横山　哲也; Tetsuya Yokoyama; 哲也横山; 俊次濱岡; Shunji Hamaoka
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-02-06

Abstract

【課題】本発明は、複数の排気ガス浄化装置に対する保守管理作業時の移動距離を小さくする技術を提供する。【解決手段】複数のエンジンと、各エンジンの排気ガスの排気経路に設けられる排気ガス浄化装置と、を備える船舶において、前記排気ガス浄化装置は、前記排気ガスを浄化する浄化触媒を収容するケーシングと、前記ケーシング内に前記浄化触媒を出し入れするための開口と、を排気ガス浄化装置のうち少なくとも二つの有し、前記排気ガス浄化装置のうち少なくとも二つの排気ガス浄化装置における前記開口方向が交差するように配置される。【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンの排気経路に排気ガス浄化装置を備えた船舶に関する。

従来、内熱機関から排出される排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるために、排気管の内部に選択還元型のＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を配設し、アンモニアを還元剤として、ＮＯｘを窒素と水に還元する排気浄化装置が知られている。例えば、特許文献１には、尿素水噴射ノズルから排気管の内部に尿素水を供給し、排気の熱を利用して尿素水からアンモニアを生成し、ＮＯｘを窒素と水に還元する排気ガス浄化装置が開示されている。ここでは、排気ガス浄化装置を内燃機関の設置台数と同数設置する構成が記載されている。

特開２０１５−８６７２６号公報

船舶において、船舶を動かす駆動源となる主エンジンと船内電力を補う発電機用エンジンをそれぞれ複数台配置する場合、排気ガス浄化装置の配置によっては、浄化触媒の設置やメンテナンス等の保守管理作業を行うときに、各排気ガス浄化装置の作業領域に移動する際の移動距離が大きくなり、作業が手間となる場合があった。

本発明は、複数の排気ガス浄化装置に対する保守管理作業時の移動距離を小さくする技術を提供することを課題とする。

複数のエンジンと、各エンジンの排気ガスの排気経路に設けられる排気ガス浄化装置と、を備える船舶において、前記排気ガス浄化装置は、前記排気ガスを浄化する浄化触媒を収容するケーシングと、前記ケーシング内に前記浄化触媒を出し入れするための開口と、を有し、前記排気ガス浄化装置のうち少なくとも二つの排気ガス浄化装置における前記開口方向が交差するように配置される。

本発明の好ましい一実施形態では、前記排気ガス浄化装置のそれぞれの開口が同一の空間に面する。

本発明の好ましい一実施形態では、前記排気ガス浄化装置は、船舶の甲板の上下層に亘って配置される。

本発明の好ましい一実施形態では、前記排気ガス浄化装置は、当該複数の排気ガス浄化装置を一体的に据え付ける固定部材を用いて固定されるとともに、前記固定部材は、各排気ガス浄化装置を固定するための固定孔を有し、前記排気ガス浄化装置は、前記固定部材の固定孔に固定された状態で、当該固定部材を用いて船舶内に固定される。

本発明によれば、排気ガス浄化装置の保守管理作業時の移動距離を小さくすることができる。

船舶の側面図船舶の機関室の内部を示す図排気ガス浄化装置の側面図排気ガス浄化装置の正面図排気ガス浄化装置の作業方向を示す斜視図複数の排気ガス浄化装置の配置を示す平面図複数の排気ガス浄化装置を据え付ける際に用いる固定部材を示す図排気ガス浄化装置を甲板の上下層に貫通させて設置した様子を示す図隣接する排気ガス浄化装置のケーシングを共通化した実施形態を示す図排気ガス浄化装置のレイアウトの別実施形態を示す図

まず、図１及び図２を参照して、船舶について説明する。図１は、船舶１の全体構成を示す側面図である。図２は、船舶１の機関室の内部を示す図であり、エンジン及びエンジンの排気経路を示している。

船舶１は、船体２と、船体２の船尾側に設けたキャビン３と、キャビン３の後方に配置されるファンネル４と、船体２の船尾下部に設けられるプロペラ５及び舵６とを備える。船尾側の船底７には、スケグ８が一体的に形成される。スケグ８には、プロペラ５を回転駆動させる推進軸９が軸支される。船体２内の船首側及び中央部には船倉１０が設けられ、船尾側には機関室１１が設けられる。

機関室１１には、プロペラ５の駆動源である主エンジン１２（本実施形態ではディーゼルエンジン）及び減速機１３と、船体２内の電気系統に電力を供給するための発電装置１４が配置される。主エンジン１２から減速機１３を経由して伝達される回転動力によってプロペラ５が回転駆動される。機関室１１の内部は、上甲板１５、第二甲板１６、第三甲板１７及び内底板１８によって上下に仕切られている。本実施形態では、機関室１１の最下段の内底板１８上に主エンジン１２及び減速機１３を据え付け、機関室１１の中段の第三甲板１７上に発電装置１４を据え付けている。

発電装置１４は、ディーゼル発電機１９を複数基（本実施形態では三基）備える。ディーゼル発電機１９は、発電用エンジン２０と、発電用エンジン２０の駆動によって発電する発電機２１を組み合わせて構成される。

各発電用エンジン２０には、空気取り込み用の吸気経路（不図示）と排気ガス排出用の排気経路３０が接続される。吸気経路を通じて取り込まれる空気は、発電用エンジン２０の各気筒に送られる。各気筒の圧縮行程完了前後に、燃料タンクから吸い上げた燃料を燃料噴射装置によって気筒毎の燃焼室内に圧送し、各燃焼室によって混合器の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行われる。

排気経路３０は、ファンネル４まで延びて外部に直接連通される。排気経路３０は発電用エンジン２０の数と同数用意されている。本実施形態では、三基の発電用エンジン２０に対応させて、三つの排気経路３０を設けている。各排気経路３０には、発電用エンジン２０から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置３１が設けられる。つまり、各発電用エンジン２０からの排気ガスは、排気ガス浄化装置３１を通じて浄化された後に外部に排出される。各排気ガス浄化装置３１は、第二甲板１６に据え付けられる。

次に、図３から図５を参照して、排気ガス浄化装置の構成について説明する。図３は、排気ガス浄化装置３１の側面図である。図４は、排気ガス浄化装置３１の正面図である。図５は、排気ガス浄化装置３１に対して行う作業の作業方向Ａを示す斜視図である。

排気ガス浄化装置３１は、エンジン（発電用エンジン２０）から排出される排気を浄化するものであり、エンジンの台数と同数設けられ、それぞれのエンジンから排出される排気ガスを浄化する。排気ガス浄化装置３１は、排気ガスに含まれるＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒３２を収容するケーシング３３と、発電用エンジン２０から排出される排気ガスをケーシング３３内に案内する入口側配管３４と、ケーシング３３を通過した排気ガスを案内する出口側配管３５とを備える。

ケーシング３３は、耐熱金属材料製の部材であり、略筒状（本実施形態では、正面、背面、及び側面を有する角筒状）に形成されている。ケーシング３３の内部には、排気ガスの移動方向（図示における上下方向）に沿って内部を区切る仕切板４０が設けられる。ケーシング３３内は、仕切板４０によってＮＯｘ触媒３２を通過するメイン流路４１と、ＮＯｘ触媒３２をバイパスするバイパス流路４２に区画されている。仕切板４０は、ケーシング３３の入口側端から出口側端まで設けられている。仕切板４０を設けてケーシング３３内で区画することで、バイパス流路４２側を通過する排気ガスの熱を利用してメイン流路４１側に配置されたＮＯｘ触媒３２を暖機することも可能である。なお、本実施形態では、ケーシング３３においてメイン流路４１（ＮＯｘ触媒３２）が配置される側をケーシング３３の正面、バイパス流路４２が配置される側をケーシング３３の背面として定義する。

入口側配管３４は、発電用エンジン２０の排気管２２とケーシング３３を接続する配管であり、排気管２２と、ケーシング３３内に形成されるメイン流路４１及びバイパス流路４２のそれぞれとを接続する二股配管である。入口側配管３４は、メイン流路４１に接続されるメイン側配管４３と、バイパス流路４２に接続されるバイパス側配管４４とに分岐している。

メイン側配管４３及びバイパス側配管４４には、排気ガスの移動方向を切り換えるための経路切換部材として、それぞれ切換バルブ４５及び切換バルブ４５を駆動するバルブ駆動器４６が設けられる。入口側配管３４において、これらのバルブ駆動器４６を駆動して切換バルブ４５を切り換えることで、排気管２２からの排気ガスをメイン流路４１又はバイパス流路４２に選択的に案内することが可能である。なお、メイン側配管４３及びバイパス側配管４４の切換バルブ４５に付設されるバルブ駆動器４６の配置は、ケーシング３３の正面、背面、側面の何れ側でも良く、複数の排気ガス浄化装置３１のレイアウトを決定する際に自由に設定することが可能である。

メイン側配管４３の切換バルブ４５の下流側には、還元剤供給装置として尿素水を排気ガスに向けて供給する尿素水噴射ノズル５１と、供給された尿素水と排気ガスを混合する混合ミキサー５２が配置される。還元剤供給装置は、尿素水噴射ノズル５１以外に図示せぬ尿素水タンク、フィードポンプ、噴射量制御装置等を備え、フィードポンプの駆動によって尿素水タンクから尿素水噴射ノズル５１に尿素水を送り、噴射量制御装置によって設定される噴射量に基づいた量の尿素水を尿素水噴射ノズル５１から排気ガスに向けて霧状に噴射する。

メイン側配管４３に案内された排気ガスは、尿素水噴射ノズル５１から噴射された尿素を含んで混合ミキサー５２に到達する。この間に尿素の加水分解が始まり、尿素からアンモニアが発生する。アンモニアは混合ミキサーにより排ガスと十分に混合されることとなる。このように、混合ミキサー５２によって混合される排気ガスとアンモニアがケーシング３３のメイン流路４１に案内されてＮＯｘ触媒３２に送られる。

ＮＯｘ触媒３２は、アンモニアを還元剤として排気ガス中のＮＯｘを選択還元することでメイン流路４１に送られた排気ガスを浄化する浄化触媒である。ＮＯｘ触媒３２は、例えばアルミナ、バナジア、チタニア又はゼオライト等の成分を含有する材料から形成されている。ＮＯｘ触媒３２は、排気ガスの流れ方向に沿って多数の貫通孔が形成されたハニカム構造を有する略直方体の複数又は単一の部材から構成されている。メイン流路４１のＮＯｘ触媒３２に案内された排気ガスに含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ触媒３２と接触し、アンモニアと反応することで、窒素と水に還元される。ＮＯｘ触媒３２を通過して浄化された排気ガスは、ケーシング３３から出口側配管３５に送られ、排気経路３０を通じて外部に排出される。

なお、本実施形態では、メイン流路４１にＮＯｘ触媒３２を二層設けているが、排気ガス浄化装置３１に備わる浄化触媒として、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するという機能を発揮することが可能であれば、これに限定されない。例えば、ＮＯｘ触媒３２の下流側にＮＯｘの還元剤となるアンモニアを還元するためのスリップ処理触媒を設けても良いし、ＮＯｘ触媒３２を設置する層数を変更してもよい。

バイパス側配管４４に案内された排気ガスは、そのままケーシング３３内のバイパス流路４２を通過して出口側配管３５に送られ、排気経路３０を通じて外部に排出される。なお、エンジンや船舶の仕様によってはバイパス流路を設けないこともある。

メイン流路４１のＮＯｘ触媒３２の上流には、ＮＯｘ触媒３２に付着した煤塵を除去するスートブロア５３が設けられる。スートブロア５３は、ケーシング３３の正面からメイン流路４１の内部に臨むように取り付けられる。スートブロア５３は、加圧空気を噴射するノズルと、加圧空気の通路を連通又は遮断する噴射弁を備える。また、ノズルは噴射弁を介して加圧空気を貯留するタンクと接続されている。

ケーシング３３の上部には、複数の吊り上げ金具５５が設けられる。吊り上げ金具５５は、ケーシング３３の互いに平行な位置関係にある二面（正面及び背面）の上部に二個ずつ、計四個取り付けられている。吊り上げ金具５５は、ケーシング３３、つまり排気ガス浄化装置３１を据え付ける際に用いるものである。例えば、船舶１の組み立て工場において、チェンブロックのフックに複数の吊り上げ金具５５を係止し、チェンブロックによってケーシング３３を昇降させて機関室１１に簡単に据え付けることができる。

ケーシング３３には、内部にＮＯｘ触媒３２を出し入れするための開口３６がメイン流路４１に連通するように設けられている。開口３６は、ＮＯｘ触媒３２の高さ及び幅に応じて開けられている。開口３６の内部には、ＮＯｘ触媒３２を保持する保持部材３７が設けられている。このように、開口３６を通じてＮＯｘ触媒３２にアクセスすることが可能であり、例えば、ＮＯｘ触媒３２をケーシング３３に入れてメイン流路４１に設置すること、ＮＯｘ触媒３２をケーシング３３から取り出すこと、ＮＯｘ触媒３２を点検することが可能である。また、排気ガス浄化装置３１の使用時には、ケーシング３３に対して着脱可能な蓋３８を開口３６に取り付けることで、開口３６が塞がれている。

開口３６は、ケーシング３３の正面に設けられており、その開口方向はケーシング３３の正面と直交する方向となる。これにより、図５に示すように、開口３６を通じてＮＯｘ触媒３２を挿入する、取り出す、点検する、又はメンテナンスする等、ＮＯｘ触媒３２に対して保守管理作業を行う場合の作業方向Ａは、開口３６の開口方向であり、開口３６を通じてケーシング３３の内部にアクセスする方向となる。言い換えれば、開口３６を通じて排気ガス浄化装置３１に対する作業方向は、ケーシング３３内に収納されるＮＯｘ触媒３２の奥行き方向となる。

次に、図６及び図７を参照して、複数の排気ガス浄化装置のレイアウトについて説明する。図６は、三つの排気ガス浄化装置３１をＬ字状に配置した実施形態を示す平面図である。図７は、三つの排気ガス浄化装置３１を据え付ける際に用いる固定部材６０を示す図である。

図６に示すように、二つの排気ガス浄化装置３１を隣接して配置し、一つの排気ガス浄化装置３１をその側方に配置し、かつ、各排気ガス浄化装置３１の正面、つまりＮＯｘ触媒３２が配置される側の面が同一の空間Ｓを向くように配置している。言い換えれば、各排気ガス浄化装置３１のケーシング３３の開口３６（蓋３８）が共通の空間Ｓに面するように配置している。上述のように、排気ガス浄化装置３１に対する作業方向Ａは、開口３６が設けられるケーシング３３の正面と直交する方向である。そして、隣接する二つの排気ガス浄化装置３１の作業方向Ａ１・Ａ２と、側方に配置される一つの排気ガス浄化装置３１の作業方向Ａ３と、が同一の空間Ｓ内で交差するように配置されている。つまり、少なくとも二つの排気ガス浄化装置３１の開口方向が交差するように配置されている。

このように、各排気ガス浄化装置３１の開口３６が同一の空間Ｓに面し、かつ、ＮＯｘ触媒３２を開口３６を通じて挿入、取り出し、点検する際の作業方向が交差するように複数の排気ガス浄化装置３１をレイアウトしている。これにより、複数の排気ガス浄化装置３１の保守管理を行う際の保守管理スペースを共通化して、大きな移動を要さずに同一空間Ｓ内で作業を行うことを可能としている。従って、複数の排気ガス浄化装置３１に対して作業を行う際の移動距離を小さく抑えることができる。また、作業領域となる空間Ｓを小さく収めることで、排気ガス浄化装置３１の設置による空間の制限を低減し省スペース化に寄与できる。特に、本実施形態では、排気ガス浄化装置３１の開口方向が同一の空間Ｓ内で交差するように配置することで、よりコンパクトなレイアウトを実現している。

また、各排気ガス浄化装置３１に対して点検等の作業を行うための作業領域となる空間Ｓは、複数の排気ガス浄化装置３１を設置する場合に必要不可欠な空間である。反対に、排気ガス浄化装置３１の正面と面しておらず作業領域の裏側となる領域Ｔは、自由なレイアウトが可能な空間であり、例えばエンジンの各種配管、各種配線等を自由に配置することが可能である。以上のように、本実施形態のレイアウトによれば、保守管理作業の際に必要となる移動距離を抑えつつ、設置に必要な領域を最小限に留めることで、機関室１１内の限られた空間を有効活用することが可能である。

以上のように配置された三つの排気ガス浄化装置３１は、図７に示す固定部材６０を用いて第二甲板１６上の空間に一体的に据え付けられる。固定部材６０は、板状の部材であり、二つの長方形の板材をずらして合わせた形状（略クランク形状）を有する。固定部材６０は、三つの排気ガス浄化装置３１の配置に応じた位置に、それらのケーシング３３の底部を支持する三つの独立した固定孔６１を有する。ケーシング３３を固定孔６１に固定する方法としては、ケーシング３３の底部を嵌め込む方法、ケーシング３３の底部に固定孔６１よりも大きいフランジを形成して接合する方法等が挙げられる。固定部材６０の周縁には、据え付け用のボルトを挿通する据付孔６２と、ケーシング３３の下部側面と固定される補強用のリブ６３がそれぞれ複数設けられている。据付孔６２の個数は、固定部材６０を介して排気ガス浄化装置３１を十分に固定可能であれば限定されない。また、リブ６３の大きさ、個数等についても、ケーシング３３を十分に固定できるものであれば限定されることはないし、不用であれば無くてもよい。

このように、固定部材６０を用いて三つの排気ガス浄化装置３１を連結して一体的に据え付けることで、個別に据え付けた場合と比べて必要な部材数を減らすことができ、それにより、省スペース化を図ることができる。

また、各排気ガス浄化装置３１を配置する際、ケーシング３３は、その隣接面を除く正面にスートブロア５３等を設けることで、レイアウト時にスートフロア５３等が障害となることなく、容易に配置することができ、省スペース化を図ることもできる。また、ケーシング３３の入口側配管３４に設けられる還元剤供給装置、及び切換バルブ４５を各ケーシング３３の隣接面を除いた側面に設けることで、省スペース化を図ることができる。

なお、複数の排気ガス浄化装置３１を一体的に連結する固定部材は、上述の固定部材６０に限らず、複数の排気ガス浄化装置３１を連結して支持可能であるとともに、据え付け用のボルト孔を有する形態であれば採用することができる。例えば、Ｌ鋼やＨ鋼を組み合わせてケーシング３３の底部を支持する固定孔６１に相当する空隙を構成するとともに、その周囲に据付孔６２を複数形成することで、固定部材６０と同様の機能を発揮することが可能である。

次に、図８を参照して、排気ガス浄化装置を甲板の上下層に亘って据え付ける実施形態について説明する。図８は、排気ガス浄化装置３１を第二甲板１６に設けた貫通孔７０を利用して第二甲板１６に固定した実施形態を示す図である。

図８に示すように、第二甲板１６には、排気ガス浄化装置３１のケーシング３３が通る貫通孔７０が設けられ、貫通孔７０を通じて排気ガス浄化装置３１を第二甲板１６の上下に亘って配置している。本実施形態では、複数の排気ガス浄化装置３１を第二甲板１６に据え付ける際に、上述の固定部材６０を利用している。ただし、これに限定されることはなく、例えば固定部材６０の代わりに、ケーシング３３の周囲に第二甲板１６に固定するためのフランジを設けてケーシング３３を直接第二甲板１６に固定することで各排気ガス浄化装置３１を据え付けても良い。このように、甲板の上下層に亘って配置することで、上側の甲板の上方スペースを有効利用することが可能となる。

次に、図９を参照して、複数の排気ガス浄化装置のケーシングを一体化して共通化する実施形態について説明する。図９は、二つの隣接する排気ガス浄化装置３１のケーシング３３を共通化し、その間に断熱材８０を設けて内部を区切った実施形態を示す。

図９に示すように、隣接して配置された二つの排気ガス浄化装置３１の各ケーシング３３を一体化することも可能である。つまり、ケーシング３３を共通化して、その内部に二つの排気ガス浄化装置３１の内部構造を収納する構成を採用することもできる。この場合、ケーシング３３の内部空間を断熱材８０で二つに区切り、それぞれの空間に各排気ガス浄化装置３１の内部構造を収納することで、一側から他側への熱の伝達を防止して、ＮＯｘ触媒３２の温度低下を防いでいる。このように、隣接する複数の排気ガス浄化装置３１のケーシング３３を共通化することで、全体の体格を小さくすることが可能であり、省スペース化に寄与することができる。

次に、図１０を参照して、複数の排気ガス浄化装置のレイアウトの別実施形態について説明する。図１０の上部は、三つの排気ガス浄化装置３１をＴ字状に配置した実施形態を示す図であり、下部は四つの排気ガス浄化装置３１をＴ字状に配置した実施形態を示す図である。

図１０に示すように、複数の排気ガス浄化装置３１のうち、二つの排気ガス浄化装置３１がそれらの正面を互いに対向させるとともに、少なくとも二つの排気ガス浄化装置３１の開口方向が交差するように配置している。このようなレイアウトを採用することで、必要な作業領域を最小限に抑えることが可能である。

以上の実施形態では、複数の排気ガス浄化装置３１を直交させて配置している例を示しているが、これに限定されることはなく、各排気ガス浄化装置の開口が同一の空間に面し、その開口方向が交差するように配置されていれば良い。例えば、少なくとも二つの排気ガス浄化装置３１の開口方向が略６０°の角度を成して交差するように配置する等、水平方向に任意の角度を傾けて配置することも可能である。

また、以上の実施形態では、発電用エンジン２０の排気経路３０に設ける排気ガス浄化装置３１を例にとって説明しているが、これに限定されず、本発明の排気ガス浄化装置を主エンジン１２の排気経路に設けることも可能である。

１：船舶、１６：第二甲板、２０：発電用エンジン（エンジン）、３０：排気経路、３１：排気ガス浄化装置、３２：ＮＯｘ触媒（浄化触媒）、３３：ケーシング、３６：開口、６０：固定部材、６１：固定孔、７０：貫通孔、Ａ：作業方向、Ｓ：同一の空間

Claims

複数のエンジンと、各エンジンの排気ガスの排気経路に設けられる排気ガス浄化装置と、を備える船舶において、
前記排気ガス浄化装置は、前記排気ガスを浄化する浄化触媒を収容するケーシングと、
前記ケーシング内に前記浄化触媒を出し入れするための開口と、を有し、
前記排気ガス浄化装置のうち少なくとも二つの排気ガス浄化装置における前記開口方向が交差するように配置されることを特徴とする船舶。
前記排気ガス浄化装置は、当該排気ガス浄化装置のそれぞれの開口が同一の空間に面する請求項１に記載の船舶。
前記排気ガス浄化装置は、船舶の甲板の上下層に亘って配置される請求項１に記載の船舶。
前記排気ガス浄化装置は、当該複数の排気ガス浄化装置を一体的に据え付ける固定部材を用いて固定されるとともに、
前記固定部材は、各排気ガス浄化装置を固定するための固定孔を有し、
前記排気ガス浄化装置は、前記固定部材の固定孔に固定された状態で、当該固定部材を用いて船舶内に固定される請求項１に記載の船舶。