JP2023117250A - Ｓｃｒ装置付き舶用内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、排ガスと還元剤を均一に混合させる。【解決手段】エンジン１は、所定の推進方向へ船舶を前進させる主機関１０と、主機関１０からの排ガスを脱硝するＳＣＲ装置９０と、を備える。ＳＣＲ装置９０は、排ガスに還元剤を噴射する噴射ノズル９２ｂが収容された混合器９２と、混合器９２の下流側に配置され、排ガスおよび還元剤を触媒９４ｂに接触させる反応器９４と、を有する。混合器９２は、主機関１０の前面１０ａに沿って配置されるとともに、該主機関１０における高さ方向の上側から下側に向かって延びるように構成される。【選択図】図５

Description

本開示は、ＳＣＲ装置付き舶用内燃機関に関する。

例えば特許文献１には、排ガス後処理システムを有する内燃機関が開示されている。この排ガス後処理システムは、いわゆる選択触媒還元（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ）排ガス後処理システムであって、上流側から順に、排ガスに還元剤を導入する導入装置と、この導入装置から導入された還元剤を排ガスと混合するための導入区間と、ＳＣＲ触媒コンバータが配置された反応チャンバと、を備えている。

ここで、前記特許文献１に係る導入区間は、内燃機関の上方に配置されており、その内燃機関の排ガスマニホールドと同軸になるよう、前後方向に沿って延びるように形成されている。そして、同文献に係る導入装置は、前後方向の後方に向かって還元剤を噴射するように構成されている。

また特許文献２には、内燃機関の別例として、ＳＣＲ装置（ＳＣＲ触媒システム）を備えた内燃機関が開示されている。このＳＣＲ装置は、上流側から順に、排ガス内に尿素を混入させて気化させる混合管路と、その尿素が混入した排ガスを還元させるＳＣＲリアクタと、を備えている。

ここで、前記特許文献２に係る混合管路は、内燃機関の上方に配置されており、前記特許文献１に係る導入区間と同様に、内燃機関の前後方向に沿って延びるように形成されている。

特許第６８０３７９０号 特許第６７１３７４５号

ところで、前記特許文献１および２のように、尿素等の還元剤を混合するための管路（混合区間、混合管路）を前後方向に沿って延ばした場合、その管路内に供給された還元剤は、重力にしたがって落下することになる。

そのため、管路内に供給された還元剤が、重力方向の上側よりも下側に片寄って分布してしまい、排ガスと還元剤との混合にムラを招く可能性がある。ＳＣＲ装置を良好に機能させるためには、排ガスと還元剤とをムラなく混合させなくては不都合である。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、排ガスと還元剤を均一に混合させることにある。

本開示の第１の態様は、ＳＣＲ装置付き舶用内燃機関に係る。このＳＣＲ装置付き舶用内燃機関は、所定の推進方向へ船舶を前進させる主機関と、前記主機関からの排ガスを脱硝するＳＣＲ装置と、を備え、前記ＳＣＲ装置は、前記排ガスに還元剤を噴射する噴射ノズルが収容された混合器と、前記混合器の下流側に配置され、前記排ガスおよび還元剤を触媒に接触させる反応器と、を有する。

そして、前記第１の態様によれば、前記混合器は、前記推進方向に面する前記主機関の外面に沿って配置されるとともに、該主機関における高さ方向の上側から下側に向かって延びるように構成される。

前記第１の態様によると、噴射ノズルから噴射された還元剤に作用する重力の方向と、混合器の延び方向と、が一致することになる。言い換えると、還元剤に作用する重力は、混合器の横断面に直交する方向となる。これにより、重力に起因したムラを招くことなく、排ガスと還元剤を均一に混合させることができる。

さらに、前記第１の態様のように混合器を下側に延ばしたことは、これを上側に延ばすような構成と比較して、主機関およびＳＣＲ装置全体のコンパクト化に資する。これにより、ＳＣＲ装置を種々の船型へと搭載できるようになり、ひいては、各船型に対するＳＣＲ装置の最適化を図る上で有利になる。

また、本開示の第２の態様によれば、前記噴射ノズルは、前記高さ方向に垂直な横断面で見た前記混合器の中央位置から、該高さ方向の下方に向かって還元剤を噴射してもよい。

還元剤に作用する重力は、前記横断面に直交する方向となる。このことと、前記第２の態様のように前記中央位置から還元剤を噴射させたこととが相まって、重力に起因したムラを招くことなく、排ガスと還元剤を均一に混合させることができる。

また、本開示の第３の態様によれば、前記混合器は、前記噴射ノズルを収容する混合管を有し、前記混合管は、前記高さ方向に沿って延びる中心軸を有する円筒状に形成され、前記噴射ノズルの噴口は、前記横断面上で前記中心軸と重なり合うように配置されていてもよい。

前記第３の態様によると、噴射ノズルの噴射口と、混合管の中心軸とを重ね合わせるように配置することで、還元剤をより等方的に噴射することができるようになる。このことは、排ガスと還元剤を均一に混合させる上で有効である。

また、本開示の第４の態様によれば、前記主機関は、前記推進方向に並んだ複数のシリンダと、前記複数のシリンダに接続されかつ前記推進方向に延びる排気マニホールドと、を有し、前記混合器は、前記推進方向に向かって前記排気マニホールドと並ぶように配置されてもよい。

前記第４の態様によると、混合器と排気マニホールドを推進方向に並べて配置することで、それらを船幅方向等にずらしたような配置と比較して、混合器と排気マニホールドを接続する配管を、よりシンプルな形状とすることができる。これにより、ＳＣＲ装置のコンパクト化を図る上で有利になる。

また、本開示の第５の態様によれば、前記混合器の上端部は、前記高さ方向において、前記排気マニホールドよりも下方に配置されてもよい。

前記第５の態様によると、混合器と排気マニホールドを接続する配管は、高さ方向の上側に折り曲げることなく構成可能となる。上側に折り曲げる必要が無くなるため、前記配管の形状を、混合器の延び方向（下方）に沿ってより短く構成することができるようになる。これにより、ＳＣＲ装置のコンパクト化を図る上で有利になる。

また、本開示の第６の態様によれば、前記反応器は、前記外面に沿って前記混合器と隣接するように配置されるとともに、前記高さ方向の下側から上側に向かって延びるように構成されてもよい。

前記第６の態様によると、反応器と混合器とが、前記外面に沿って隣接するよう配置される。これにより、主機関の外面付近のスペースを有効活用することができ、ひいては、ＳＣＲ装置のコンパクト化に資する。

また、本開示の第７の態様によれば、ＳＣＲ装置付き舶用内燃機関は、前記主機関の上面に配置され、前記反応器で浄化されたガスが流入する過給機を備え、前記反応器の上端部は、前記高さ方向において、前記過給機よりも下方に配置されてもよい。

前記第７の態様によると、反応器と過給機を接続する配管は、高さ方向の下側に折り曲げることなく実現可能となる。下側に折り曲げる必要が無くなるため、前記配管の形状を、反応器の延び方向（上方）に沿ってより短く構成することができるようになる。これにより、ＳＣＲ装置のコンパクト化を図る上で有利になる。

さらに、前記第７の態様のように、過給機よりも下方に反応器を配置することで、反応器内の触媒に堆積したスートが、重力の作用によって過給機に到達し難くなる。このことは、反応器、ひいてはＳＣＲ装置の性能を維持する上で有効である。

以上説明したように、本開示によれば、ＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、排ガスと還元剤とをムラなく混合させることができる。

図１は、舶用内燃機関の概略構成を例示するシステム図である。 図２は、舶用内燃機関の具体例を示す正面図である。 図３は、舶用内燃機関の具体例を示す左側面図である。 図４は、舶用内燃機関の具体例を示す平面図である。 図５は、ＳＣＲ装置のレイアウトを例示する斜視図である。 図６は、混合器の構成を例示する縦断面図である。 図７は、混合器の構成を例示する横断面図である。 図８は、ミキシング機構の具体例を示す斜視図である。 図９は、反応器の構成を例示する縦断面図である。 図１０は、ＳＣＲ装置の変形例を示す図５対応図である 図１１Ａは、混合器の第１変形例を示す図７対応図である。 図１１Ｂは、混合器の第２変形例を示す図７対応図である。 図１１Ｃは、混合器の第３変形例を示す図７対応図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、舶用内燃機関（以下、単に「エンジン」という）１の概略構成を例示するシステム図である。また、図２、図３および図４は、それぞれ、エンジン１の具体例を示す正面図、左側面図および平面図である。

なお、以下の説明では、船舶を基準とした前、後、左、右、上及び下を、それぞれ単に前、後、左、右、上および下という。ここで、前後方向は、船舶の推進方向を前といい、その反対方向を後という。前後方向は、エンジン１の出力軸（後述のクランクシャフト１６）の長さ方向でもある。左右方向は、船舶を正面から見たときの左側を左といい、右側を右という。左右方向は、船幅方向でもある。上下方向は、船舶、エンジン１、および後述の主機関１０の上下方向でもあり、これを「高さ方向」ともいう。

エンジン１は、複数のシリンダ１５を備えた直列多気筒式の舶用ディーゼル機関である。このエンジン１は、ユニフロー掃気式の２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１６は、プロペラ軸（不図示）等を介して船舶のプロペラ（不図示）に連結されている。エンジン１が運転することより、その出力がプロペラに伝達されて船舶が推進するようになっている。

特に、本開示に係るエンジン１は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関として構成されている。詳細な図示は省略するが、このエンジン１は、下方からピストンを支持するピストン棒と、クランクシャフトに連接される連接棒と、を備えており、ピストン棒と連接棒とがクロスヘッドにより連結されている。

エンジン１はまた、いわゆる過給機付きエンジンとして構成されている。すなわち、図１に示すように、エンジン１は、排気通路４０を流れる排ガスによって作動する排気タービン過給機（以下、単に「過給機」という）を備えた構成とされている。

エンジン１はまた、いわゆるＳＣＲ装置付き舶用内燃機関として構成されている。すなわち、本実施形態に係るエンジン１は、図１に示すように、所定の推進方向（前方）へ船舶を前進させる主機関１０に加えて、その主機関１０からの排ガスを脱硝するＳＣＲ装置９０を備えた構成とされている。

（１）全体構成
以下、エンジン１の要部について説明する。以下の記載では、エンジン１の概略を説明する際には図１を参照し、エンジン１の具体的なレイアウトを説明する際には図２～図４を参照することにする。

主機関１０は、複数（図１に示す例では６つ）のシリンダ１５を有している。各シリンダ１５内には、不図示のピストンが往復動可能に挿入されている。これらのシリンダ１５は、船舶の推進方向に並んでいる。すなわち、この主機関１０におけるシリンダ列方向は、前述の前後方向に一致するようになっている。

具体的に、本実施形態に係る主機関１０は、図２～図４に示すように、船室の床面等に設置される台板１１と、その台板１１上に配置される架構１２と、架構１２上に配置されるシリンダジャケット１３と、シリンダジャケット１３の上部に固定されたシリンダカバー１４と、を備えている。台板１１、架構１２およびシリンダジャケット１３は、高さ方向に伸びる複数のタイボルトおよびナットにより締結されている。

ここで、台板１１は、エンジン１のクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト１６を回転自在に支持している。架構１２は、前記連接棒およびクロスヘッドを収容している。シリンダジャケット１３は、内筒としてのシリンダライナを支持している。シリンダカバー１４は、シリンダジャケット１３に挿入されたシリンダライナとともに、シリンダ１５を構成している。

図１に示すように、主機関１０には、各シリンダ１５に空気を送り込むための吸気通路３０と、各シリンダ１５からの排ガスを流通させるための排気通路４０と、が接続されている。

詳しくは、吸気通路３０には、空気の流れ方向上流側から順に、コンプレッサ５ａと、空気冷却器（不図示）および掃気トランク３１と、掃気トランク３１およびシリンダ１５を接続する吸気管３２と、が設けられている。コンプレッサ５ａは、タービン５ｂと一体的に駆動することによって空気を過給し、過給された空気を掃気トランク３１および吸気管３２を介してシリンダ１５へ送り込む。

一方、排気通路４０には、上流側から順に、第１排気管４１と、排気マニホールド４２と、ＳＣＲ装置９０と、コンプレッサ５ａに対して駆動連結されたタービン５ｂと、第２排気管４３と、排ガスを焼却するボイラー４４と、が設けられている（第１排気管４１については、図２および図４を参照）。

第１排気管４１は、図４に示すように、シリンダ１５毎に設けられており、それぞれ排気マニホールド４２に接続されている。排気マニホールド４２は、各シリンダ１５からの排ガスを集合させるように構成されており、図１および図４に示すように前後方向に沿って延びている。また、排気マニホールド４２の一側面（図例では、左側面）には、第１バイパス管４５が接続されている。

ＳＣＲ装置９０は、図１に示すように、上流側から順に、排気マニホールド４２に接続された第３排気管９１と、排ガスに還元剤を噴射する噴射ノズル９２ｂが収容された混合器９２と、混合器９２に接続された第４排気管９３と、混合器９２の下流側に配置されかつ排ガスおよび還元剤を触媒９４ｂに接触させる反応器９４と、反応器９４に接続された第５排気管９５と、を有している。ＳＣＲ装置９０はさらに、混合器９２に還元剤および圧縮空気を供給するドージングユニット９６と、ドージングユニット９６に還元剤を供給するポンプユニット９７と、を有している。また、第３排気管９１には、該第３排気管９１を開閉する第１シール弁６４が設けられている。同様に、第５排気管９５には、該第５排気管９５を開閉する第２シール弁６５が設けられている。

なお、以下の記載では、還元剤として尿素（より詳細には、尿素水）を用いた構成について説明するが、尿素以外のアンモニア前駆物質を用いてもよい。ＳＣＲ装置９０の詳細は後述する。

タービン５ｂは、吸気通路３０に設けられたコンプレッサ５ａとともに、本実施形態における過給機５を構成する。この過給機５において、コンプレッサ５ａとタービン５ｂは連結されており、互いに同期して回転する。タービン５ｂを通過する排ガスによってコンプレッサ５ａが回転駆動されると、このコンプレッサ５ａによって空気を過給することができる。

タービン５ｂの下流端（排ガスの流出口）には、第２排気管４３が接続されている。この第２排気管４３は、タービン５ｂとボイラー４４を接続し、タービン５ｂから流出した排ガスをボイラー４４まで導くことができる。なお、図１に示すようにタービン５ｂとボイラー４４を直に接続する代わりに、排ガスエコノマイザ等、ボイラー４４以外の部材にタービン４４を接続してもよい。

この他、排気通路４０には、ＳＣＲ装置９０を迂回して排気マニホールド４２およびタービン５ｂを直に接続する第１バイパス管４５、排ガスにタービン５ｂを迂回させる第２バイパス管４６、リリーフ管４７等が設けられている。第１バイパス管４５には、該第１バイパス管４５を開閉するＳＣＲバイパス弁６１が設けられている。第２バイパス管４６には、該第２バイパス管４６を開閉するタービンバイパス弁６２が設けられている。リリーフ管４７には、該リリーフ管４７を開閉するリリーフ制御弁６３が設けられている。

図１に示すように、第１バイパス管４５は、その中途の部位で第５排気管９５と合流している。第２バイパス管４６は、第１バイパス管４５および第５排気管９５の合流部の下流側から分岐して、タービン５ｂを迂回して第２排気管４３に接続されている。リリーフ管４７は、第２シール弁６５よりも上流側の第５排気管９５に接続されていて、タービン５ｂを迂回して第２排気管４３に接続されている。

（２）ＳＣＲ装置の詳細
図５は、ＳＣＲ装置９０のレイアウトを例示する斜視図である。また、図６および図７は、それぞれ、混合器９２の構成を例示する縦断面図および横断面図である。なお、図７は、図６のＡ－Ａ断面に相当する。また、図８は、ミキシング機構９２ｃの具体例を示す斜視図であり、図９は、反応器９４の構成を例示する縦断面図である。以下、ＳＣＲ装置９０の具体的なレイアウト・構成を、図１～図９を参照して詳細に説明する。

－第３排気管９１－
第３排気管９１は、排気マニホールド４２と混合器９２を接続する配管として構成されている。具体的に、本実施形態に係る第３排気管９１は、図２に示すように、排気マニホールド４２の前面から前方に延びる上流側部分９１ａと、該上流側部分９１ａと連続しかつ下方に向かって延びる下流側部分９１ｂと、を有している。

このうち、第３排気管９１の上流側部分９１ａは、前後方向に沿って排気マニホールド４２と同軸に延びた後、側面視で中心角９０°の円弧を描くように下方に折れ曲がっている。ＳＣＲバイパス弁６１は、この上流側部分９１ａに設けられている。

一方、第３排気管９１の下流側部分９１ｂは、前記上流側部分９１ａの下端部から下方に向かって延びている。この下流側部分９１ｂは、混合器９２の上端部に接続されるようになっている。

排気マニホールド４２から第３排気管９１に送り出された排ガスは、前後方向に沿って前方（船舶の推進方向）に向かって流れた後、下方に向かって方向転換し、混合器９２に至る。

－混合器９２－
混合器９２は、排ガス中に尿素を噴射してそれらを混合させるとともに、排ガス中の還元剤を気化させる排気管として構成されている。特に、本実施形態に係る混合器９２は、図２および図５に示すように、船舶の推進方向（前方）に面する主機関１０の外面１０ａに沿って配置されている。この混合器９２はまた、該主機関１０における高さ方向の上側から下側に向かって延びるように構成されている。以下、この外面１０ａを「前面」ともいう。

図４に示すように、混合器９２は、前面１０ａの前側に位置しており、該前面１０ａに対して前後方向に間隔を空けて配置されている。混合器９２は、この前面１０ａに連結してもよい。

図２に示すように、混合器９２の上端部は、高さ方向において排気マニホールド４２および過給機５よりも下方に配置されている。具体的に、本実施形態に係る混合器９２の上端部は、高さ方向において、シリンダジャケット１３の上端部（具体的には、シリンダジャケット１３とシリンダカバー１４の境界部）と略同じ高さに位置している。一方、混合器９２の下端部は、架構１２の下半部と略同じ高さに位置している。

また、左右方向において、混合器９２は、主機関１０の左右中央部に対して若干片寄って配置されている。例えば本実施形態では、混合器９２は、左右方向においてクランクシャフト１６と反応器９４との間に位置している（図２参照）。

その左右方向において、混合器９２は、排気マニホールド４２および第３排気管９１と同じ位置に配置されている。すなわち、図４に示すように、排気マニホールド４２、第３排気管９１および混合器９２は、前後方向に沿って整列するように配置されており、推進方向としての前方向に向かって順番に並んでいる。この並び方向は、排気マニホールド４２の軸方向、すなわち主機関１０のシリンダ列方向と一致することになる。

さらに詳細には、本実施形態に係る混合器９２は、図６に示すように、排ガスを流通させる混合管９２ａと、混合器９２の内部に配置されかつ排ガス中に還元剤としての尿素水を噴射する噴射ノズル９２ｂと、排ガスに還元剤を混合するためのミキシング機構９２ｃと、を有している（混合管９２ａについては、図２も参照）。

このうち、混合管９２ａは、円筒状の配管である。詳しくは、この混合管９２ａは、高さ方向に沿って延びる中心軸Ｐｃを有する円筒状に形成されており、噴射ノズル９２ｂを収容している。混合管９２ａは、円筒の上端部から流入した排ガス（図６の矢印ｆ１を参照）を、噴射ノズル９２ｂから噴射された還元剤と混合させた状態で下端部から流出させる。混合管９２ａの寸法は、尿素が十分に気化した状態で該混合管９２ａから排出されるように設定されている。

噴射ノズル９２ｂは、その噴射口を下側に向けた姿勢で配置されており、ドージングユニット９６から供給された還元剤を、同ユニット９６から供給された圧縮空気とともに、下方に向けて噴射するように構成されている。

図７に示すように、本実施形態に係る噴射ノズル９２ｂは、高さ方向に垂直な横断面で見た混合器９２の中央位置から、高さ方向の下方に向かって還元剤を噴射するように配置されている。具体的に、この噴射ノズル９２ｂの噴口９２１は、高さ方向に垂直な横断面上で、混合管９２ａの中心軸Ｐｃと重なり合うように配置されている。このように配置することで、噴射ノズル９２ｂから噴射される還元剤は、径方向に均一に分布することになる（矢印ｆ２を参照）。

また、図６に示すように、噴射ノズル９２ｂは、混合管９２ａの高さ方向中央部と比べて上側に配置されている。このように配置することで、噴射ノズル９２ｂから混合管９２ａの下端部までの区間長を、より長く確保することができる。

ミキシング機構９２ｃは、高さ方向において、噴射ノズル９２ｂの上流側（言い換えると、高さ方向において、混合管９２ａの上流端部と、噴射ノズル９２ｂとの間）に配置されている。ミキシング機構９２ｃは、高さ方向に直交する方向に並んだ複数の板状部材１００からなり、還元剤と均一に混合するように排ガスの流れを整えることができる。

詳しくは、本実施形態に係る複数の板状部材１００は、図８に示すように、それぞれ、高さ方向を短手方向とし、該高さ方向に直交する一の方向（図例では左右方向）を長手方向とし、該高さ方向に直交する別の方向（図例では前後方向）を厚み方向とした矩形板状に形成されている。

そして、各板状部材１００は、第１の傾斜板部１０１と、第２の傾斜板部１０２とを有している。ここで、第１および第２の傾斜板部１０１，１０２は、それぞれ、高さ方向（つまり、排ガスの流れ方向）に対して傾斜する方向に延びている。

具体的に、第１の傾斜板部１０１は、各板状部材１００における長手側の周縁部から略下側に延びており、高さ方向に沿って上側から下側に向かうにしたがって、前後方向において板状部材１００から離れる方向（図例では前側）に斜めに延びている。

一方、第２の傾斜板部１０２は、各板状部材１００の一部を舌片状に切り欠いて、その切り欠いた部分を折り曲げてなる舌辺部によって構成されている。この舌辺部は、図８に例示するように、各板状部材１００の長手方向に沿って複数（図例では３つ）にわたって設けてもよい。各舌辺部は、対応する板状部材１００から略上側に向かって延びており、高さ方向に沿って下側から上側に向かうにしたがって、前後方向において板状部材１００から離れる方向（図例では前側）に斜めに延びている。

このように、ミキシング機構９２ｃは、高さ方向に対して傾斜させた一または複数の部材によって構成することができるが、各部材の傾斜方向は、図８に例示した第１および第２の傾斜板部１０１，１０２のように、特定の一方向とすることなく、多方向としてもよい。

第３排気管９１から混合器９２に送り込まれた排ガスは、尿素と混合されかつ該尿素が気化した状態で混合管９２ａから排出され、第４排気管９３に至る。

－第４排気管９３－
第４排気管９３は、混合器９２と反応器９４を接続する配管として構成されている。具体的に、本実施形態に係る第４排気管９３は、図２に示すように正面視で略Ｊ字状に形成されており、混合器９２の下端部から下方に流出した排ガスを、上方に向かって流れるように方向転換させることができる。

混合器９２から第４排気管９３に送り出された排ガスは、該第４排気管９３において方向転換し、反応器９４に至る。

－反応器９４－
反応器９４は、排ガスと還元剤とを触媒９４ｂに接触させることで、排ガスを浄化可能な排気管として構成されている。特に、本実施形態に係る反応器９４は、図２～図５に示すように、主機関１０の前面１０ａに沿って混合器９２と隣接するように配置されるとともに、高さ方向の下側から上側に向かって延びるように構成されている。

図４に示すように、反応器９４は、前面１０ａの前側に位置しており、該前面１０ａに対して前後方向に間隔を空けて配置されている。反応器９４は、この前面１０ａに連結してもよい。

反応器９４の上端部は、高さ方向において排気マニホールド４２および過給機５よりも下方に配置されている。具体的に、本実施形態に係る反応器９４の上端部は、高さ方向において、シリンダジャケット１３の上端部（具体的には、シリンダジャケット１３とシリンダカバー１４の境界部）と略同じ高さに位置している。一方、反応器９４の下端部は、台板１１の高さ方向中央部と略同じ高さに位置している。

また、左右方向において、反応器９４は、主機関１０の左右中央部に対して片寄って配置されている。例えば本実施形態では、混合器９２は、左右方向において反応器９４の左側に位置している（図２参照）。混合器９２と反応器９４は、左右方向に隣接するように配置されている。

その左右方向において、反応器９４は、過給機５および第５排気管９５と同じ位置に配置されている。すなわち、図４に示すように、過給機５、第５排気管９５および反応器９４は、前後方向に沿って整列するように配置されており、推進方向としての前方向に向かって順番に並んでいる。この並び方向は、第５排気管９５の延び方向、すなわち主機関１０のシリンダ列方向と一致するようになっている。

さらに詳細には、本実施形態に係る反応器９４は、図９に示すように、排ガスを流通させる反応管９４ａと、排ガスの反応を促進する複数（図例では３つ）の触媒９４ｂと、各触媒９４ｂに圧縮空気を吹き付けるスートブロア９４ｃと、点検用のマンホール９４ｄと、反応器９４全体を覆う断熱材９４ｅと、を有している（反応管９４ａについては、図２も参照）。

このうち、反応管９４ａは、略円筒状の配管であり、その中心軸を高さ方向に沿わせた姿勢で配置されている。この反応管９４ａは、その下端部から流入した排ガス（図９の矢印ｆ３を参照）を、触媒９４ｂによって浄化した状態で上端部から流出させる。反応管９４ａの寸法は、触媒９４ｂの収容スペース等に応じて設定されている。

複数の触媒９４ｂは、例えば、ＳＣＲ触媒、スリップ触媒等からなる。ＳＣＲ触媒は、その活性時には、アンモニアを排ガス中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化することができる。スリップ触媒は、ＳＣＲ触媒から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化することができる。

スートブロア９４ｃは、触媒９４ｂ毎に分岐しており、外部から供給された圧縮空気（図９の矢印ｆ４）を各触媒９４ｂに吹き付けることで、それらに堆積したスートを吹き飛ばすことができる。

マンホール９４ｄは、触媒９４ｂ毎に設けられおり、各触媒９４ｂの状態をチェックしたり、各触媒９４ｂをメンテナンスしたりする際に、必要に応じて開閉されるようになっている。

第４排気管９３から反応器９４に送り込まれた排ガスは、触媒９４ｂによって浄化された状態で反応管９４ａから排出され、第５排気管９５に至る。その際、図５に示すように、反応器９４における排ガスの流れ方向Ａ２と、混合器９２における排ガスの流れ方向Ａ１と、は互いに対向することになる。

－第５排気管９５－
第５排気管９５は、反応器９４と過給機５を接続する配管として構成されている。具体的に、本実施形態に係る第５排気管９５は、図２に示すように、反応器９４の上面から上方に延びる上流側部分９５ａと、該上流側部分９５ａと連続しかつ後方に向かって延びる下流側部分９５ｂと、を有している。

このうち、第５排気管９５の上流側部分９５ａは、高さ方向に沿って反応管９４ａと同軸に延びた後、側面視で中心角９０°の円弧を描くように後方に折れ曲がっている。

一方、第５排気管９５の下流側部分９５ｂは、前記上流側部分９５ａの後端部から後方に向かって略ストレートに延びている。この下流側部分９５ｂは、過給機５のタービン５ｂに接続されるようになっている。また、下流側部分９５ｂの中途部位には、図３および図４に示すように第１バイパス管４５が接続されている。

反応器９４から第５排気管９５に送り込まれた排ガスは、高さ方向に沿って上方に向かって流れた後、後方へ向かって方向転換し、過給機５に至る。

（３）制御系
エンジン１はまた、該エンジン１の運転を制御するコントロールユニット１００を備えている。このコントロールユニット１００は、中央演算ユニット（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、メモリおよび入出力バスを備えており、エンジン１の各部と電気的に接続されている。

例えば、コントロールユニット１００は、ＳＣＲ装置９０の非作動時には、ＳＣＲバイパス弁６１を開きかつ第１シール弁６４および第２シール弁６５を閉じるように、各弁に制御信号を出力する。この場合、各シリンダ１５から排気通路４０に流入した排ガスは、ＳＣＲ装置９０を迂回することになる。ＳＣＲ装置９０を迂回した排ガスは、タービンバイパス弁６２の開度に応じて過給機５を通過または迂回した後、第２排気管４３およびボイラー４４を順番に通過してボイラー４４で焼却されることになる。

対して、コントロールユニット１００は、ＳＣＲ装置９０の作動時には、ＳＣＲバイパス弁６１を閉じてかつ第１シール弁６４および第２シール弁６５を開くように、各弁に制御信号を出力する。この場合、各シリンダ１５から排気通路４０に流入した排ガスは、ＳＣＲ装置９０を通過することになる。ＳＣＲ装置９０を通過する排ガスは、混合器９２で還元剤と混合されかつその還元剤を気化させた状態で、反応器９４で触媒９４ｂと接触して浄化される。ＳＣＲ装置９０で浄化された排ガスは、タービンバイパス弁６２の開度に応じて過給機５を通過または迂回した後、第２排気管４３およびボイラー４４を順番に通過する。

（４）ＳＣＲ装置の性能について
以上説明したように、前記実施形態によれば、噴射ノズル９２ｂから噴射された尿素に作用する重力の方向は、図６に示したように混合器９２の延び方向と一致することになる。言い換えると、還元剤に作用する重力は、図７に示した横断面に直交する方向となる。このことと、混合管９２ａ内の中央位置から還元剤を噴射させたこととが相まって、重力に起因したムラを招くことなく、排ガスと還元剤を均一に混合させることができる。

さらに、図５に示したように混合器９２を下側に延ばしたことは、これを上側に延ばすような構成と比較して、主機関１０およびＳＣＲ装置９０全体のコンパクト化（特に、高さ方向のコンパクト化）に資する。これにより、ＳＣＲ装置９０を種々の船型へと搭載できるようになり、ひいては、各船型に対するＳＣＲ装置９０の最適化を図る上で有利になる。

また、図７に示したように、噴射ノズル９２ｂの噴射口９２１と、混合管９２ａの中心軸Ｐｃとを重ね合わせるように配置することで、より等方的に還元剤を噴射することができるようになる。このことは、排ガスと還元剤を均一に混合させる上で有効である。

また、図４に示したように、混合器９２と排気マニホールド４２を推進方向（前方）に向かって並べて配置することで、それらを船幅方向（左右方向）にずらしたような配置と比較して、第３排気管９１をよりシンプルな形状とすることができる。これにより、ＳＣＲ装置９０のコンパクト化を図る上で有利になる。

また、図１および図４等に示したように、排気マニホールド４２と混合器９２を接続する第３排気管９１は、流れ方向から見て、高さ方向の上側に折り曲げることなく構成可能となる。上側に折り曲げる必要が無くなるため、第３排気管９１の形状を、混合器９２の延び方向（下方）に沿ってより短く構成することができるようになる。これにより、ＳＣＲ装置９０のコンパクト化を図る上で有利になる。

また、図５に示したように、本実施形態に係る反応器９４と混合器９２は、主機関１０の前面１０ａに沿って隣接するよう配置される。これにより、主機関１０の前面１０ａ付近のスペースを有効活用することができ、ひいては、ＳＣＲ装置９０のコンパクト化に資する。

また、図３および図４等に示したように、反応器９４と過給機５を接続する第５排気管９５は、流れ方向から見て、高さ方向の下側に折り曲げることなく実現可能となる。下側に折り曲げる必要が無くなるため、第５排気管９５の形状を、反応器９４の延び方向（上方）に沿ってより短く構成することができるようになる。これにより、ＳＣＲ装置９０のコンパクト化を図る上で有利になる。

さらに、過給機５よりも下方に反応器９４を配置することで、反応器９４内の触媒９４ｂに堆積したスートが、重力の作用によって過給機５に到達し難くなる。このことは、反応器９４、ひいてはＳＣＲ装置９０の性能を維持する上で有効である。

また、主機関１０の後面からは、前述のプロペラ軸が後方に向かって延びるようになっている。そのため、主機関１０の前面１０ａに沿って混合器９２と反応器９４を配置したことは、プロペラ軸とＳＣＲ装置９０との干渉を避ける上でも有効である。

また従来のＳＣＲ装置９０の場合、混合器９２および反応器９４は、船型に応じて様々な配置とされてきた。この場合、排気管内で生じる排ガスの圧力損失が許容範囲内となるように、船型に応じて第３排気管９１、第４排気管９３、第５排気管９５等の設計を都度変更する必要があった。各排気管の支持構造の設計に要する手間も相まって、従来の構成は、多大な労力を伴うものであった。

これに対し、前記実施形態のように、主機関１０とＳＣＲ装置９０をワンセットで構成することで、第３排気管９１、第４排気管９３、第５排気管９５等の形状および寸法を固定することができる。これにより、各排気管で生じ得る圧力損失を船型によらず固定化することができ、設計に要する労力を低減し、エンジン１全体の最適化およびコンパクト化を図る上で有利になる。

（５）他の実施形態
図１０は、ＳＣＲ装置の変形例を示す図５対応図である。また、図１１Ａは混合器９２の第１変形例を示す図７対応図であり、図１１Ｂは混合器９２の第２変形例を示す図７対応図であり、図１１Ｃは混合器９２の第３変形例を示す図７対応図である。

前記実施形態では、混合器９２と反応器９４とが別体に構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。図１０に例示するＳＣＲ装置９０’のように、混合器９２’と反応器９４’を一体に構成してもよい。

このＳＣＲ装置９０’の場合、そのハウジングの内部には仕切りが設けられていて、その仕切りよりも右側が混合器９２’に相当し、左側が反応器９４’に相当する。この変形例を採用した場合であっても、混合器９２’中の排ガスの流れ方向と、反応器９４’中の流れ方向とは、前記実施形態と同様に互いに対向することになる。

また、前記実施形態に係る混合器９２は、図６に例示されたミキシング機構９２ｃを備えたものとされていたが、ミキシング機構９２ｃの構成は、図６に例示したものには限定されない。

例えば、第１変形例に係る蒸発器９２’のように、高さ方向に対して垂直に延びる一枚の板によってミキシング機構９２ｃ’を構成してもよいし、第２変形例に係る蒸発器９２”のように、噴射ノズル９２ｂの下方に配置されたベンチュリ管によってミキシング機構９２ｃ”を構成してもよい（図１１Ａおよび図１１Ｂを参照）。あるいは、図１１Ｃに示す第３変形例に係る蒸発器９２^３のように、下方に向かってテーパ状に拡径した円錐型の部材によってミキシング機構９２ｃ^３を構成してもよい。

また、前記実施形態に係る噴射ノズル９２ｂは、高さ方向に垂直な横断面上で、噴口９２１と中心軸Ｐｃとが重なり合うように構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。

例えば、噴口９２１を混合器９２の中央位置に配置させながらも、その中央位置と中心軸Ｐｃとを厳密に一致させることなく、噴口９２１と中心軸Ｐｃとが重なり合わないように配置してもよい。その場合、中心軸Ｐｃ付近に噴口９２１を配置することが好ましい。つまり、本開示における「混合器９２の中央位置」には、中心軸Ｐｃと前記横断面とが交わる交点に加えて、該中心軸Ｐｃ付近の領域内に収まる任意の位置が含まれる。またそもそも、噴口９２１を混合器９２の中央位置に配置する構成は必須ではない。

なお、ここでいう「中心軸Ｐｃ付近の領域」とは、該中心軸Ｐｃから放射状に延びる径方向において前記横断面を２つの領域に分割したときに、混合器９２の内壁部（より詳細には、混合管９２ａの内壁部）と比べて中心軸Ｐｃに近接した一方の領域を指す。

また、「混合器９２の中心軸Ｐｃ」なる語の意味するところについても、広義の定義を用いることができる。つまり、ここでいう「中心」とは、円形状の断面で見た中心点に限定されるものではなく、半円形状の断面における対称の中心（いわゆる、「回転対称の中心」）、同断面における幾何中心（いわゆる「重心」）、矩形状をはじめとする種々の断面形状における幾何中心等が含まれる。言い換えると、本開示に係る混合管９２ａは、円筒状の配管に限定されるものではなく、半円筒状の配管としてもよいし、矩形状の配管としてもよい。混合管９２ａの断面形状には、任意の形状が含まれる。

１ エンジン（舶用内燃機関）
５ 過給機
１０ 主機関
１０ａ 前面（外面）
１５ シリンダ
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
４２ 排気マニホールド
９０ ＳＣＲ装置
９２ 混合器
９２ａ 混合管
９２ｂ 噴射ノズル
９２１ 噴口
９４ 反応器
９４ｂ 触媒
Ｐｃ 中心軸

Claims (7)

1. 所定の推進方向へ船舶を前進させる主機関と、
   前記主機関からの排ガスを脱硝するＳＣＲ装置と、を備え、
   前記ＳＣＲ装置は、
   前記排ガスに還元剤を噴射する噴射ノズルが収容された混合器と、
   前記混合器の下流側に配置され、前記排ガスおよび還元剤を触媒に接触させる反応器と、を有し、
   前記混合器は、前記推進方向に面する前記主機関の外面に沿って配置されるとともに、該主機関における高さ方向の上側から下側に向かって延びるように構成される
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。
2. 請求項１に記載されたＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、
   前記噴射ノズルは、前記高さ方向に垂直な横断面で見た前記混合器の中央位置から、該高さ方向の下方に向かって還元剤を噴射する
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。
3. 請求項２に記載されたＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、
   前記混合器は、前記噴射ノズルを収容する混合管を有し、
   前記混合管は、前記高さ方向に沿って延びる中心軸を有する円筒状に形成され、
   前記噴射ノズルの噴口は、前記横断面上で前記中心軸と重なり合うように配置されている
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載されたＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、
   前記主機関は、
   前記推進方向に並んだ複数のシリンダと、
   前記複数のシリンダに接続されかつ前記推進方向に延びる排気マニホールドと、を有し、
   前記混合器は、前記推進方向に向かって前記排気マニホールドと並ぶように配置される
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。
5. 請求項４に記載されたＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、
   前記混合器の上端部は、前記高さ方向において、前記排気マニホールドよりも下方に配置される
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載されたＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、
   前記反応器は、前記外面に沿って前記混合器と隣接するように配置されるとともに、前記高さ方向の下側から上側に向かって延びるように構成される
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。
7. 請求項６に記載されたＳＣＲ装置付き舶用内燃機関において、
   前記主機関の上面に配置され、前記反応器で浄化されたガスが流入する過給機を備え、
   前記反応器の上端部は、前記高さ方向において、前記過給機よりも下方に配置される
   ことを特徴とするＳＣＲ装置付き舶用内燃機関。