JP5856218B2 - 船舶搭載用の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本願発明は、ディーゼルエンジンのような内燃機関（エンジン）を搭載した船舶において、排気ガス中の有害成分を除去するための排気ガス浄化装置に関するものである。

従来、例えばタンカーや輸送船等の船舶においては、各種補機、荷役装置、照明、空調その他の機器類の消費する電力量が膨大であり、これらの電気系統に電力を供給するために、ディーゼルエンジンと、当該ディーゼルエンジンの駆動にて発電する発電機とを組み合わせてなるディーゼル発電機を複数備えている（例えば特許文献１等参照）。

ディーゼルエンジンは、内燃機関の中で最もエネルギー効率の高いものの１つであることが知られており、単位出力当りの排気ガスに含まれる二酸化炭素量が少ない。しかも、例えば重油のような低質の燃料を使用できるため経済的にも優れるという利点がある。

特開２００６−３４１７４２号公報

ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、二酸化炭素以外に、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粒子状物質等も多く含まれている。これらは、主にディーゼルエンジンの燃焼形態や、燃料である重油に由来して生成されるものであり、環境保全の妨げになる有害物質である。特に、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）は人体に有害で且つ強い酸性を呈するものであり、酸性雨の原因とも考えられている。

従って、例えば船舶のように、複数台のディーゼル発電機（ディーゼルエンジン）を駆動させる機械においては、ＮＯｘの排出量が極めて多く、地球環境に与える負担が大きいと解される。地球環境に配慮すれば、排気ガス中のＮＯｘをできるだけ取り除くべきであり、簡単な構成で且つ効率よく、ＮＯｘを還元処理して無害化することが望まれている。

排気ガス中のＮＯｘを還元処理するには、排気系統の下流側に排気ガス浄化装置を設けることになる。しかし、かかる浄化装置の存在は排気系統内の流通抵抗を増大させるから、排気効率の低下をもたらし、ひいてはディーゼルエンジンの出力低下につながると考えられる。他方、ＮＯｘは高温・高圧条件下で生成し易いため、ディーゼルエンジンの駆動状態等によっては、排気ガス中のＮＯｘ量（ＮＯｘ濃度）が低くて、ＮＯｘ還元処理の不要な状況があり得る。このような現状に鑑みると、排気ガス浄化装置を使用するか否かについて選択できるのが好ましいと言える。

本願発明は、上記のような現状を改善すべくなされたものである。

請求項１の発明は、船舶（１）に搭載したエンジン（１２）からの排気ガス中にあるＮＯｘを取り除くための後処理装置（２７）と、排気ガスにＮＯｘ還元用の還元剤を供給する還元剤供給部（４７）とを、前記エンジン（１２）の排気経路（２５）に備えている排気ガス浄化装置において、前記エンジン（１２）の排気経路（２５）は、外部に直接連通する主排気路（２９）と、前記主排気路（２９）から分岐した分岐排気路（３０）とを備え、前記分岐排気路（３０）より更に下流側に前記後処理装置（２７）を配置し、前記主排気路（２９）と前記分岐排気路（３０）とには、前記各排気路（２９）（３０）を開閉するための開閉部材（２８ａ）（２８ｂ）を設け、前記船舶（１）が排気ガスの規制海域内にいれば、前記主排気路（２９）の開閉部材（２８ａ）を閉止して前記分岐排気路（３０）の開閉部材（２８ｂ）を開放すると共に、前記還元剤供給部（４７）から還元剤を供給し、前記船舶（１）が前記規制海域外にいれば、前記主排気路（２９）の開閉部材（２８ａ）を開放して前記分岐排気路（３０）の開閉部材（２８ｂ）を閉止すると共に、前記還元剤供給部（４７）からの還元剤の供給を停止するコントローラ（８０）（５５）を更に備えており、前記コントローラ（８０）（５５）は、燃料切換手段（８１）による燃料切換制御を実行することで、前記船舶（１）が前記規制海域内にいれば、前記エンジン（１２）の燃料ポンプ（１８）と低硫黄燃料タンク（１６ｂ）とを連通させる一方、前記船舶（１）が前記規制海域外にいれば、前記エンジン（１２）の燃料ポンプ（１８）と一般燃料タンク（１６ａ）とを連通させるというものである。

本願発明によると、船舶（１）に搭載したエンジン（１２）からの排気ガス中にあるＮＯｘを取り除くための後処理装置（２７）と、排気ガスにＮＯｘ還元用の還元剤を供給する還元剤供給部（４７）とを、前記エンジン（１２）の排気経路（２５）に備えている排気ガス浄化装置において、前記エンジン（１２）の排気経路（２５）は、外部に直接連通する主排気路（２９）と、前記主排気路（２９）から分岐した分岐排気路（３０）とを備え、前記分岐排気路（３０）より更に下流側に前記後処理装置（２７）を配置し、前記主排気路（２９）と前記分岐排気路（３０）とには、前記各排気路（２９）（３０）を開閉するための開閉部材（２８ａ）（２８ｂ）を設け、前記船舶（１）が前記規制海域内にいれば、前記主排気路（２９）の開閉部材（２８ａ）を閉止して前記分岐排気路（３０）の開閉部材（２８ｂ）を開放すると共に、前記還元剤供給部（４７）から還元剤を供給し、前記船舶（１）が前記規制海域外にいれば、前記主排気路（２９）の開閉部材（２８ａ）を開放して前記分岐排気路（３０）の開閉部材（２８ｂ）を閉止すると共に、前記還元剤供給部（４７）からの還元剤の供給を停止するコントローラ（８０）（５５）を更に備えているから、例えば排気ガスの浄化処理が必要な場合と不要な場合とにおいて、前記両開閉部材の開閉状態を自動的且つ確実に切り換えでき、排気ガスの通過する経路を適宜選択できる。従って、排気ガスの効率よい処理が可能になる。

また、例えば排気ガスの浄化処理が不要な場合は、前記ＮＯｘ触媒を避けて前記主排気路側に排気ガスを誘導できる。このため、排気効率のよい状態を維持でき、前記各エンジンの出力低下の回避が可能になる。更に、排気ガスの浄化処理が不要な場合は、前記ＮＯｘ触媒が排気ガスにさらされないから、前記ＮＯｘ触媒の寿命延長にも寄与する。

船舶の全体側面図である。 発電装置の概略系統図である。 発電装置における燃料系統の説明図である。 発電装置の排気系統と還元剤供給装置との説明図である。 後処理装置の側面断面図である。 コントローラ群の関係を示す機能ブロック図である。 航行中の船舶の概念図である。 切換制御の一例を示すフローチャートである。 割り込み制御の一例を示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を、船舶に搭載された複数台のディーゼル発電機に適用した場合の図面に基づいて説明する。

（１）．船舶の概要
まず始めに、図１を参照しながら、船舶１の概要について説明する。

実施形態の船舶１は、船体２と、船体２におけるデッキ３上の後部に設けられたキャビン４と、キャビン４の後方に配置されたファンネル５（煙突）と、船体２の後方下部に設けられたプロペラ６及び舵７とを備えている。船体２内の後部には、プロペラ６の駆動源である主エンジン８（実施形態ではディーゼルエンジン）及び減速機９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１０とが設置されている。主エンジン８から減速機９を経由した回転動力にて、プロペラ６が回転駆動することになる。

（２）．発電装置の構造
次に、図２を参照しながら、発電装置１０の構造について説明する。

発電装置１０は、発電用ディーゼルエンジン１２（以下、発電用エンジンという）と、発電用エンジン１２の駆動にて発電する発電機１３とを組み合わせたディーゼル発電機１１を複数台（実施形態では３台）備えたものである。これらディーゼル発電機１１は基本的に、船体２内の必要電力量に対応して効率的に稼働するように構成されている。例えば大量の電力を消費する航行時等には、全てのディーゼル発電機１１を稼働させ、比較的電力消費の少ない停泊時等には、任意の台数のディーゼル発電機１１を稼働させる。

各発電機１３の駆動にて生じた発電電力は船体２内の電気系統に供給される。各発電機１３は、発電機制御盤１４内の電力トランスデューサ１５に電気的に接続されている。電力トランスデューサ１５は各発電機１３による発電電力を検出するためのものである。電力トランスデューサ１５の検出情報に基づき発電電力が発電機制御盤１４にて予め設定された目標電力と一致するように、各発電用エンジン１２の駆動がエンジン制御手段としてのエンジンコントローラ８０（詳細は後述する）にて制御される。電力トランスデューサ１５は、後述する還元剤供給装置４３の還元コントローラ５５にも電気的に接続されている。

（３）．発電装置の燃料系統
次に、図２及び図３を参照しながら、発電装置１０の燃料系統について説明する。

船体２内には、硫黄含有量の多い一般燃料としてのＣ重油を貯留する一般燃料タンク１６ａと、硫黄含有量の少ない低硫黄燃料としてのＡ重油を貯留する低硫黄燃料タンク１６ｂとが設置されている。一般燃料タンク１６ａの燃料系統と低硫黄燃料タンク１６ｂの燃料系統とはそれぞれ別個に構成されている。

これら燃料系統の構成は基本的に同様になっており、ここでは、一般燃料タンク１６ａの燃料系統について詳述する。なお、図２及び図３において、両燃料系統の構成のうち機能が同じもの同士には符号として同じ数字を付し、その上で、一般燃料タンク１６ａ側のものにアルファベットの「ａ」を、低硫黄燃料タンク１６ｂ側のものアルファベットの「ｂ」を添えている。

一般燃料タンク１６ａは１本の供給管路１７ａに接続されている。供給管路１７ａの上流側には、燃料フィルタ１９ａと燃料流量計２０ａとが設けられている。燃料流量計２０ａは、後述する還元剤供給装置４３の還元コントローラ５５に電気的に接続されている。供給管路１７ａのうち燃料流量計２０ａより下流側からは、複数の送り管路２１ａ（実施形態では３本）が延びている。各送り管路２１ａは、燃料切換手段としての供給切換電磁弁８１を介して、それぞれ対応する発電用エンジン１２の燃料ポンプ１８に接続されている。燃料ポンプ１８に送られた燃料は、発電用エンジン１２に設けられた燃料噴射装置８３（図６参照）にて、発電用エンジン１２における気筒毎の燃焼室（図示省略）内に噴射されることになる。供給切換電磁弁８１は、後述するエンジンコントローラ８０に電気的に接続されていて、エンジンコントローラ８０からの制御情報に基づいて切換作動するように構成されている。

各送り管路２１ａの中途部にはリターンチャンバー２２ａが設けられている。燃料噴射装置８３から発電用エンジン１２外に延びる戻し管路２３ａは、リターンチャンバー２２ａを介して戻し切換電磁弁８２に接続され、当該戻し切換電磁弁８２から一般燃料タンク１６ａに接続されている。発電用エンジン１２において未使用の余剰燃料は、戻し管路２３ａを通じて一般燃料タンク１６ａに戻されることになる。戻し管路２３ａのうちリターンチャンバー２２ａより下流側には逆止弁２４ａが設けられている。各戻し切換電磁弁８２は、後述するエンジンコントローラ８０に電気的に接続されていて、エンジンコントローラ８０からの制御情報に基づいて切換作動するように構成されている。

各供給切換電磁弁８１には、一般燃料タンク１６ａからの送り管路２１ａだけでなく、低硫黄燃料タンク１６ｂからの送り管路２１ｂも接続されている。供給切換電磁弁８１の切換作動により、発電用エンジン１２への供給燃料をＣ重油かＡ重油かに切り換えることになる。また同様に、各戻し切換電磁弁８２には、一般燃料タンク１６ａへの戻し管路２３ａだけでなく、低硫黄燃料タンク１６ｂへの戻し管路２３ｂも接続されている。戻し切換電磁弁８２の切換作動により、発電用エンジン１２からの余剰燃料の戻し先を一般燃料タンク１６ａか低硫黄燃料タンク１６ｂかに切り換えることになる。

（４）．発電装置の吸排気系統
次に、図２を参照しながら、発電装置１０の吸排気系統について説明する。

各発電用エンジン１２には、空気取り込み用の吸気経路（図示省略）と排気ガス排出用の排気経路２５とが接続されている。吸気経路を通じて取り込まれた空気は、発電用エンジン１２の各気筒内（吸気行程の気筒内）に送られる。そして、各気筒の圧縮行程完了時に、燃料タンク１６から吸い上げられた燃料を燃料噴射装置にて気筒毎の燃焼室（副室）内に圧送することにより、各燃焼室にて混合気の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行われることになる。

各発電用エンジン１２の排気経路２５は、ファンネル５まで延びた主排気路２９と、主排気路２９の中途部から分岐した分岐排気路３０とを有している。前述の通り、各主排気路２９はファンネル５まで延びていて、外部に直接連通するように構成されている。各分岐排気路３０はいずれも１つの集合経路２６に合流している。集合経路２６のうち最下流の分岐排気路３０より更に下流側には、主として排気ガスの浄化処理（ＮＯｘ還元処理）をする後処理装置２７が設けられている。

各排気経路２５における主排気路２９と分岐排気路３０には、それぞれを開閉する開閉部材として、気体作動式の開閉バルブ２８ａ，２８ｂが設けられている（実施形態では３組、計６個）。これら開閉バルブ２８ａ，２８ｂは、排気ガスの通過する経路を選択するためのものであり、一方を開けば他方を閉じるという関係になっている。また、詳細は後述するが、各開閉バルブ２８ａ，２８ｂは、それぞれ対応する発電用エンジン１２の状態及び使用燃料の種類に応じて開閉させるように構成されている。

第２開閉バルブ２８ｂが閉じて第１開閉バルブ２８ａが開いた状態では、膨張行程後の排気行程において、複数台の発電用エンジン１２から各排気経路２５に送られた排気ガスが、各主排気路２９を経由して（後処理装置２７を通過せずに）、直接船舶１外に放出される。第１開閉バルブ２８ａが閉じて第２開閉バルブ２８ｂが開いた状態では、排気ガスが各分岐排気路３０を介して集合経路２６にてまとめられ、後処理装置２７を経由して浄化処理をされた後、船舶１外に放出される。

このように、各排気経路２５における主排気路２９と分岐排気路３０とに、各排気路２９，３０を開閉する開閉部材としての開閉バルブ２８ａ，２８ｂが設けられていると、例えば規制海域内の航行時と規制海域外の航行時のように、排気ガスの浄化処理が必要な場合と不要な場合とにおいて、両開閉バルブ２８ａ，２８ｂの開閉状態を切り換えるだけで、排気ガスの通過する経路を適宜選択できる。従って、排気ガスの効率よい処理が可能になる。また、例えば排気ガスの浄化処理が不要な場合は、後処理装置２７を避けて外部に直接連通する主排気路２９側に排気ガスを誘導できる。このため、排気効率のよい状態を維持でき、各発電用エンジン１２の出力低下の回避が可能になる。更に、排気ガスの浄化処理が不要な場合は、後処理装置２７（後述するＮＯｘ触媒６２）が排気ガスにさらされないから、後処理装置２７（後述するＮＯｘ触媒６２）の寿命延長にも寄与するのである。

停止中の発電用エンジン１２に対する開閉バルブ２８ａ，２８ｂは、少なくとも分岐排気路側の第２開閉バルブ２８ｂが閉じるように構成されている。このため、集合経路２６から停止中の発電用エンジン１２に向けて排気ガスが逆流するのを簡単且つ確実に防止できる。もちろん、第１開閉バルブ２８ａが第２開閉バルブ２８ｂと共に閉じても構わない。

前述の通り、各開閉バルブ２８ａ，２８ｂは気体作動式のものであり、気体の供給がない場合は開き状態に保持される（ノーマリーオープン形式）。各開閉バルブ２８ａ，２８ｂの駆動部は気体枝管路３４を介して気体供給源３２から延びる気体幹管路３３に接続されている。気体供給源３２は、各開閉バルブ２８ａ，２８ｂ作動用の圧縮気体である空気（窒素ガスでもよい）を供給するためのものである。各気体枝管路３４の中途部には、上流側から順に、ゲート電磁弁３５と減圧バルブ３６とが設けられている。各ゲート電磁弁３５は、後述するエンジンコントローラ８０に電気的に接続されている。そして、各ゲート電磁弁３５は、エンジンコントローラ８０からの制御情報に基づいて開閉作動し、対応する開閉バルブ２８ａ，２８ｂの駆動部に圧縮気体を供給したり停止したりするように構成されている。

気体幹管路３３の出口側は、後処理装置２７の前部、具体的には、後述するＮＯｘ触媒６２及びスリップ処理触媒６３より上流側の部位に設けられた噴気部としての噴気ノズル３７に接続されている。噴気ノズル３７は、気体供給源３２からの圧縮気体をＮＯｘ触媒６２及びスリップ処理触媒６３に向けて吹き付けるものであり、当該噴気ノズル３７の作用により、長期間の使用で後処理装置２７内に溜まった煤塵を強制的に除去することが可能になる。

気体幹管路３３のうち最下流の気体枝管路３４と噴気ノズル３７との間には、上流側から順に、ゲートバルブ３８、減圧バルブ３９、エアフィルタ４０、レジューサ４１及び噴気用電磁弁４２が設けられている。噴気用電磁弁４２は、後述する還元剤供給装置４３の還元コントローラ５５に電気的に接続されていて、還元コントローラ５５からの制御情報に基づいて開閉作動するように構成されている。

（５）．還元剤供給装置の構造
次に、図２、図４及び図６を参照しながら、還元剤供給装置４３の構造について説明する。

船舶１に搭載された還元剤供給装置４３は、集合経路２６内の排気ガスにＮＯｘ還元用の還元剤を供給するためのものであり、還元剤供給通路４４と還元剤制御盤４５とを備えている。還元剤供給通路４４の一端側は、還元剤としての尿素水溶液（以下、尿素水という）を貯留する尿素水タンク４６に接続されている一方、他端側は、集合経路２６のうちバイパス側切換バルブ３１と後処理装置２７との間に設けられた還元剤供給部としての尿素水噴射ノズル４７に接続されている。

還元剤供給通路４４には、上流側から順に、尿素水入口バルブ４８、レジューサ４９、フィードポンプ５０、尿素水フィルタ５１、尿素水流量計５２及び噴射用電磁弁５３等が設けられている。フィードポンプ５０は、尿素水タンク４６内の尿素水を吸い上げて尿素水噴射ノズル４７に向けて吐出するためのものである。フィードポンプ５０には電動モータ５４が連結されている。後述する還元コントローラ５５からインバータ５６を経由した制御情報に基づいて電動モータ５４の回転駆動量を調節することにより、フィードポンプ５０からの尿素水供給量を調節する構成になっている。噴射用電磁弁５３は後述する還元コントローラ５５に電気的に接続されていて、還元コントローラ５５からの制御情報に基づいて開閉作動するように構成されている。

還元剤制御盤４５は、ＮＯｘ制御手段としての還元コントローラ５５と、インバータ５６と、温度調節器５７と、後処理装置２７の詰り状態を検出する詰り検出手段としての圧力センサ５８とを備えている。還元コントローラ５５は主として、排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じた適切な量の尿素水を集合経路２６に供給するように、フィードポンプ５０と噴射用電磁弁５３とを作動させるという還元剤調節制御を実行するものである。

詳細は図示しないが、還元コントローラ５５は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵの他、制御プログラムやデータを記憶させるためのＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるためのＲＡＭ、及び入出力インターフェイス等を備えている。

図６に詳細に示すように、還元コントローラ５５には、インバータ５６を介して電動モータ５４に電気的に接続されている一方、温度調節器５７を介して、集合経路２６内の排気ガス温度を検出する温度検出手段としての温度センサ５９が電気的に接続されている。また、還元コントローラ５５には、発電機制御盤１４の電力トランスデューサ１５、燃料流量計２０、尿素水流量計５２、圧力センサ５８、尿素水貯留量を検出する尿素水量センサ６０、噴気用電磁弁４２及び噴射用電磁弁５３も電気的に接続されている。

詰り検出手段としての圧力センサ５８は、前述した噴気ノズル３７と同様に、後処理装置２７の前部、具体的には、後述するＮＯｘ触媒６２及びスリップ処理触媒６３より上流側の部位に設けられている。実施形態では、後処理装置２７内に煤塵が堆積していない新品状態でのＮＯｘ触媒６２上流側の圧力（基準圧力値）を、還元コントローラ５５のＲＯＭ等に予め記憶させておき、同じ測定箇所における現在の圧力を圧力センサ５８にて検出し、基準圧力値と圧力センサ５８の検出値との圧力差を求め、当該圧力差に基づいて後処理装置２７の煤塵堆積量が換算される。

そして、圧力差が設定値以上になると、還元コントローラ５５からの指令にて噴気用電磁弁４２が開き、気体供給源３２から噴気ノズル３７に圧縮気体が送られ、噴気ノズル３７からＮＯｘ触媒６２及びスリップ処理触媒６３に向けて圧縮気体が吹き付けられることになる。なお、集合経路２６のうち後処理装置２７を挟んで上下流側に、それぞれ圧力センサを配置し、両者の検出値の差から後処理装置２７の煤塵堆積量を換算するようにしてもよい。

集合経路２６内の排気ガス温度を検出する温度センサ５９は、集合経路２６のうち尿素水噴射ノズル４７と後処理装置２７との間に設けられている。実施形態では、温度センサ５９の検出温度が設定上限温度（例えば３０５℃）以上になると、還元コントローラ５５からの指令にて噴射用電磁弁５３が開き、フィードポンプ５０の駆動にて尿素水タンク４６から尿素水噴射ノズル４７に尿素水が送られ、尿素水噴射ノズル４７から集合経路２６内に尿素水が噴射される。

尿素水貯留量を検出する尿素水量センサ６０はフロート式のものであり、尿素水タンク４６内に配置されている。この場合、尿素水量センサ６０の上下高さ位置の変化に基づき、尿素水タンク４６内の尿素水貯留量が検出される。

還元コントローラ５５は、電力トランスデューサ１５にて検出された発電電力量に基づき、インバータ５６を介して電動モータ５４の回転駆動量を調節して、フィードポンプ５０からの尿素水供給量を調節するように構成されている。これは、排気ガス中のＮＯｘ濃度が、ディーゼル発電機１１群の合計発電電力量（発電用エンジン１２群の合計出力（又は合計負荷）でもよい）と概ね比例関係にあるためである。従って、ＮＯｘの還元に必要な尿素水供給量（還元剤供給量）は、合計発電電力量、ひいては排気ガス中のＮＯｘ濃度に概ね比例することになる。ここで、図示は省略するが、ＮＯｘの還元に必要な尿素水供給量と発電電力量との関係は、例えばマップ形式又は関数表形式にて、還元コントローラ５５（例えばＲＯＭ等）に予め記憶されている。

この場合、還元コントローラ５５は、電力トランスデューサ１５にて検出された合計発電電力量と、還元コントローラ５５に予め記憶されたマップ又は関数表とから、ＮＯｘの還元に必要な尿素水供給量を求め、当該求められた供給量の尿素水を尿素水噴射ノズル４７から適宜時間内に噴射するように電動モータ５４を回転駆動させ、フィードポンプ５０の作動量を調節している。

実施形態の電力トランスデューサ１５はＮＯｘ検出手段に相当するものである。すなわち電力トランスデューサ１５は発電機１３群の合計発電電力量を検出し、当該電力トランスデューサ１５の検出結果に基づき、排気ガス中のＮＯｘ濃度が間接的に把握されることになる。なお、ＮＯｘ検出手段は、電力トランスデューサ１５に限らず、各発電用エンジン１２の出力を検出するものでもよいし、燃料噴射量から各発電用エンジン１２の負荷を検出するものでもよい。また、排気ガス中のＮＯｘ濃度を直接検出するものでもよい。

このように、ＮＯｘ検出手段としての電力トランスデューサ１５は発電機１３群の合計発電電力量を検出し、当該電力トランスデューサ１５の検出結果に基づき、排気ガス中のＮＯｘ濃度が間接的に把握される構成になっていると、ＮＯｘ濃度検出専用のセンサが要らず、構成を簡素化して製造コストの低減に寄与できる。

（６）．後処理装置の構造
次に、図２、図４及び図５を参照しながら、後処理装置２７の構造について説明する。

後処理装置２７は、略筒型に形成された耐熱金属材料製の後処理ケーシング６１内に、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘの還元を促進させるＮＯｘ触媒６２と、余分に供給された還元剤（この場合は加水分解後のアンモニア）の酸化処理を促進させるスリップ処理触媒６３と、排気ガスの排気音を減衰させる消音器６４とを直列に並べて収容したものである。各触媒６２，６３は、多孔質な（ろ過可能な）隔壁にて区画された多数個のセルからなるハニカム構造になっており、例えばアルミナ、ジルコニア、バナジア／チタニア又はゼオライト等の触媒金属を有している。

ＮＯｘ触媒６２は、尿素水噴射ノズル４７からの尿素水の加水分解にて生じた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により、後処理装置２７内に送られた排気ガスを浄化するものである。また、スリップ処理触媒６３は、ＮＯｘ触媒６２から流出した未反応（余剰）のアンモニアを酸化して無害な窒素にするものである。この場合、後処理ケーシング６１内では下記の反応式：
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ２ＮＨ_３＋ＣＯ_２（加水分解）
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→ ２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ（ＮＯｘ触媒６２での反応）
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→ ４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ（ＮＯｘ触媒６２での反応）
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→ ７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ（ＮＯｘ触媒６２での反応）
４ＮＨ_３＋３Ｏ_２→ ２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ（スリップ処理触媒６３での反応）
が生ずることになる。

消音器６４は後処理ケーシング６１の後部側に形成されている。後処理ケーシング６１の後部側は２枚の蓋板６５，６６にて塞がれていて、これら両蓋板６５，６６を略筒型の排出パイプ６７が貫通している。排出パイプ６７の出口側は後処理ケーシング６１の出口に連通している。排出パイプ６７における前後両蓋板６５，６６の間は閉鎖板６８にて閉鎖されており、排出パイプ６７のうち閉鎖板６８を挟んで両側の周壁部には、それぞれ複数の連通穴６９，７０が形成されている。後処理ケーシング６１における両蓋板６５，６６の間は、排出パイプ６７内に複数の連通穴６９，７０を介して連通する共鳴室７１になっている。従って、排出パイプ６７の上流側に入り込んだ排気ガスは、上流側の連通穴６９、共鳴室７１、下流側の連通穴７０を介して排出パイプ６７の下流側を通過し、後処理ケーシング６１外に放出されることになる。

主排気路２９側の第１開閉バルブ２８ａを閉じて分岐排気路３０側の第２開閉バルブ２８ｂを開いた状態において、各分岐排気路３０を介して集合経路２６にてまとめられた排気ガスは、後処理ケーシング６１内に進入し、ＮＯｘ触媒６２及びスリップ処理触媒６３を通過して浄化処理をされる。そして、浄化処理後の排出ガスは、排出パイプ６７の上流側から、上流側の連通穴６９、共鳴室７１、下流側の連通穴７０を経由して、排出パイプ６７の下流側に入り、後処理ケーシング６１外ひいては船舶１外に放出される。

以上のように、ＮＯｘ触媒６２を収容する後処理ケーシング６１内には、ＮＯｘ触媒６２より下流側に、余分に供給された還元剤（実施形態では加水分解後のアンモニア）の酸化処理を促すスリップ処理触媒６３が配置されているから、ＮＯｘ触媒６２を未反応のまま通過しようとする余剰の還元剤（アンモニア）を、窒素に酸化処理して無害化でき、排気ガス中にアンモニアが残存するおそれを確実に回避できる。また、ＮＯｘ触媒６２とスリップ処理触媒６３とをパッケージ化でき、排気構造の下流側をコンパクトに構成できる。

また、ＮＯｘ触媒６２を収容する後処理ケーシング６１には、排気ガスの排気音を減衰させるための消音器６４を備えているから、ＮＯｘ触媒６２、スリップ処理触媒６３及び消音器６４を単一の後処理ケーシング６１にパッケージ化でき、排気構造の下流側をコンパクトに構成できる。

（７）．エンジンコントローラの構造
次に、図６を参照しながら、エンジン制御手段としてのエンジンコントローラ８０の構造について説明する。

船舶１に搭載されたエンジンコントローラ８０は、主として各発電用エンジン１２の駆動制御を司るものである。詳細は図示しないが、エンジンコントローラ８０も、還元コントローラ５５と同様に、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵの他、制御プログラムやデータを記憶させるためのＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるためのＲＡＭ、及び入出力インターフェイス等を備えている。

エンジンコントローラ８０には、前述した供給切換電磁弁８１及び各戻し切換電磁弁８２と、各燃料ポンプ１８に設けられた燃料噴射装置８３と、各発電用エンジン１２の回転数を検出する回転数検出手段としてのエンジン回転センサ８４と、燃料噴射量を検出する噴射量検出センサ８５とが電気的に接続されている。エンジンコントローラ８０には、還元剤供給装置４３の還元コントローラ５５も電気的に接続されていて、コントローラ５５，８０同士が相互に制御情報を授受して各制御を実行するように構成されている。

また、エンジンコントローラ８０には、人工衛星８６や地上局８７からの電波にて船舶１（自船）の現在位置を特定できる自船位置検出手段８８を構成するＧＰＳコントローラ８９が電気的に接続されている。自船位置検出手段８８は、例えば自動車用のものと同様に、全地球測位システム（ＧＰＳ）を利用するものであり、前述のＧＰＳコントローラ８９と、これに接続されたＧＰＳアンテナ９０とを備えている。ＧＰＳアンテナ９０は船舶１のキャビン４に突設されている。

ＧＰＳコントローラ８９は、ＧＰＳアンテナ９０にて捕捉した人工衛星８６又は地上局８７からの電波（人工衛星８６又は地上局８７の現在位置情報等）から、船舶１の現在位置情報を算出するものであり、還元コントローラ５５やエンジンコントローラ８０と同様に、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵの他、制御プログラムやデータを記憶させるためのＲＯＭ、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるためのＲＡＭ、及び入出力インターフェイス等を備えている。

ＧＰＳコントローラ８９には、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）の排出量を規制する規制海域についての規制海域情報がデジタルマップデータとして予め記憶されている。かかる規制海域情報のマップデータは地球全体の情報を網羅したものでもよいし、航海範囲が限定されていれば当該範囲（例えば、太平洋のみや東経○○〜△△度の範囲）に限っていてもよい。規制海域は変更される場合があるので、規制海域情報のマップデータは更新可能であるのが好ましい。

なお、自船位置検出手段８８はＧＰＳを利用するものに限らず、例えばサテライトコンパスのように自船の位置を把握できるものであればよい。規制海域情報を記憶する手段は、例えば光ディスクのような外部記憶媒体でもよいし、ハードディスクのような内蔵型記憶媒体でもよい。また、規制海域情報を記憶する手段をエンジンコントローラ８０側に設けることも可能である。

（８）．切換制御の具体例
次に、図８及び図９のフローチャートを参照しながら、規制海域との関係における切換制御の一例について説明する。実施形態のエンジンコントローラ８０は、各発電用エンジン１２の駆動制御以外に、排気ガスの通過する経路や使用燃料を自動的に切り換える切換制御（開閉バルブの開閉制御や燃料切換制御の総称）も実行可能に構成されている。ここで、船舶１は航行中であるものとする。

この場合、図８のフローチャートに示すように、自船位置検出手段８８にて船舶１の現在位置を特定した後、当該現在位置と規制海域情報のマップデータとを比較照合し、船舶１が規制海域外にいるか規制海域内にいるかを判別する。言うまでもないが、船舶１が規制海域外にいれば、燃料としてＣ重油が使用され、排気ガスは各主排気路２９を介して直接船舶１外に放出される状況下にある。船舶１が規制海域内にいれば、燃料としてＡ重油が使用され、排気ガスは各分岐排気路３０、集合経路２６及び後処理装置２７を経由して、船舶１外に放出される状況下にある。

船舶１が規制海域外にいる場合は、船舶１の現在位置から規制海域の境界までの距離を求め、次いで、当該距離が予め設定されたターゲット距離内か否かを判別する。ターゲット距離は、使用燃料等の切換に要する時間に対応した距離に相当するものであり、切換に要する時間と船舶１の航行速度とから定められる。なお、ターゲット距離は航行速度に比例する変数に設定しておいてもよい（高速の場合は早く境界に到達するので、準備のためのターゲット距離は長くする必要がある）。

船舶１から境界までの距離がターゲット距離内であると、駆動中の発電用エンジン１２に対する第１開閉バルブ２８ａを、これに対応するゲート電磁弁３５の駆動に基づく圧縮気体の供給にて閉止させると共に、第２開閉バルブ２８ｂを、これに対応するゲート電磁弁３５の駆動に基づく圧縮気体の供給停止にて開放させ、排気ガスを後処理装置２７に送り込む（排気ガスの通過経路を後処理装置２７側に切り換える）。また、供給切換電磁弁８１の切換駆動にて、駆動中の発電用エンジン１２の燃料ポンプ１８と低硫黄燃料タンク１６ｂとを連通させ、使用燃料をＣ重油からＡ重油に切り換える。このとき、戻し切換電磁弁８２も切換駆動して、戻し管路２３を低硫黄燃料タンク１６ｂに連通させることになる。

その後、温度センサ５９にて検出された排気ガス温度が設定上限温度（例えば３０５℃）以上になると、噴射用電磁弁５３を開くと共に、フィードポンプ５０の駆動にて尿素水タンク４６から尿素水噴射ノズル４７に尿素水を送り、尿素水噴射ノズル４７から集合経路２６内に尿素水を噴射するのである。

逆に、船舶１が規制海域内にいる場合は、その後、船舶１が規制海域の境界を超えてから、噴射用電磁弁５３を閉じると共にフィードポンプ５０の駆動を停止させ、尿素水の供給を停止する。そして、駆動中の発電用エンジン１２に対する第１開閉バルブ２８ａを、これに対応するゲート電磁弁３５の駆動に基づく圧縮気体の供給停止にて開放させると共に、第２開閉バルブ２８ｂを、これに対応するゲート電磁弁３５の駆動に基づく圧縮気体の供給にて閉止させ、排気ガスを各主排気路２９から直接船舶１外に放出する。また、供給切換電磁弁８１の切換駆動にて、駆動中の発電用エンジン１２の燃料ポンプ１８と一般燃料タンク１６ａとを連通させ、使用燃料をＡ重油からＣ重油に切り換えるのである。このとき、戻し切換電磁弁８２も切換駆動して、戻し管路２３を一般燃料タンク１６ａに連通させることになる。

以上の説明から明らかなように、実施形態では、各発電用エンジン１２の駆動制御を司るエンジン制御手段としてのエンジンコントローラ８０が各開閉バルブ２８ａ，２８ｂの開閉制御を実行するように構成されているから、排気ガスの浄化処理（ＮＯｘ還元処理）が必要な場合と不要な場合とにおいて、両開閉バルブ２８ａ，２８ｂの開閉状態を自動的に切り換えでき、排気ガスの通過する経路を簡単に選択できる。従って、船舶１の置かれた状況に応じて、排気ガスを効率よく処理できる。その上、両開閉バルブ２８ａ，２８ｂの開閉切換作業を自動化できるので、船員の負担軽減に効果的である。

しかも、集合経路２６内の排気ガス温度を検出する温度検出手段としての温度センサ５９を備えており、駆動中の各発電用エンジン１２に対する主排気路２９側の第１開閉バルブ２８ａを閉じて分岐排気路３０側の第２開閉バルブ２８ｂを開いた状態において、温度センサ５９にて検出された排気ガス温度が設定上限温度以上になると、還元剤供給部としての尿素水噴射ノズル４７から還元剤である尿素水を供給するように構成されているから、ＮＯｘ還元が効率よく進む温度域（約３０５℃以上）を使って排気ガスを浄化処理することになる。このため、後処理装置２７でのＮＯｘ還元効果を高い状態に維持できる。また、尿素水を効率よく使用できるから、ランニングコストの抑制にも寄与する。

また、船舶１（自船）の現在位置を特定できる自船位置検出手段８８を更に備えており、自船位置検出手段８８には排気ガスの規制海域に関する規制海域情報が予め記憶されており、自船位置検出手段８８にて、規制海域と船舶１の現在位置との位置関係が特定され、特定された位置関係情報に基づいて、エンジンコントローラ８０が各開閉バルブ２８ａ，２８ｂを開閉させるように構成されているから、規制海域に進入する前や規制海域を出た後といった状況に応じて、自動的且つ的確に排気ガスの通過する経路を選択できることになる。従って、ＮＯｘ規制を遵守して環境汚染に配慮できる。また、船舶１が規制海域外か規制海域内かの監視を省略できるから、船員の負担軽減に効果的である。

特に、エンジンコントローラ８０は、駆動中の各発電用エンジン１２に対する両開閉バルブ２８ａ，２８ｂ群について、船舶１が規制海域内に進入する際に、分岐排気路３０側の第２開閉バルブ２８ｂを開放して主排気路２９側の第１開閉バルブ２８ａを閉止させ、船舶１が規制海域外に進出する際に、主排気路２９側の第１開閉バルブ２８ａを開放して分岐排気路３０側の第２開閉バルブ２８ａを閉止させるように制御するので、排気ガスの浄化処理が必要な場合は、排気ガスを確実に後処理装置２７側に誘導できる。また、浄化処理が不要な場合は、後処理装置２７を避けて外部に直接連通する主排気路２９側に排気ガスを確実に誘導して、排気効率のよい状態を維持できる。従って、各発電用エンジン１２の出力低下を回避できる。

更に、実施形態では、各発電用エンジン１２への燃料供給をＡ重油とＣ重油とに選択的に切り換える燃料切換手段としての供給切換電磁弁８１を更に備えており、エンジンコントローラ８０が供給切換電磁弁８１による燃料切換制御を実行するように構成されているから、例えば規制海域内の航行時と規制海域外の航行時のように、Ａ重油を使用する場合とＣ重油で済む場合とを、供給切換電磁弁８１の切換駆動にて自動的に選択できることになる。従って、ＳＯｘ排出規制に対処して環境汚染に配慮しながら、燃料コストの上昇を抑制できる。しかも、従来のような燃料切換作業を省略できるので、省力化及び船員の負担軽減にも貢献できる。

また、自船位置検出手段８８にて、規制海域と船舶１の現在位置との位置関係が特定され、特定された位置関係情報に基づいてエンジンコントローラ８０が供給切換電磁弁８１を切換作動させるように構成されているから、規制海域に進入する前や規制海域を出た後といった状況に応じて、自動的且つ的確に使用燃料を選択・切り換えできることになる。従って、ＳＯｘ排出規制を遵守して環境汚染の抑制に確実に寄与できる。

特に、実施形態のエンジンコントローラ８０は、駆動中の各発電用エンジン１２に対する両開閉バルブ２８ａ，２８ｂの開閉制御と、供給切換電磁弁８１の切換制御とを相互に連動させて実行するから、ＮＯｘ及びＳＯｘ排出規制の双方に的確に対処できるのである。

さて、実施形態のエンジンコントローラ８０は、船舶１が規制海域内にいてその境界を超えるまでの間、適宜時間間隔にて集合経路２６内の排気ガス温度をチェックする割り込み診断処理をも実行し得るように構成されている。ここで、駆動中の各発電用エンジン１２に対する主排気路２９側の第１開閉バルブ２８ａは閉じており、分岐排気路３０側の第２開閉バルブ２８ｂは開いているものとする。

この場合、図９のフローチャートに示すように、温度センサ５９にて検出された排気ガス温度が設定下限温度（例えば３００℃）以下になると、フィードポンプ５０の駆動を抑えて尿素水の供給量を少なくするか、噴射用電磁弁５３を閉じると共にフィードポンプ５０の駆動を停止させ、尿素水の供給を停止する。次いで、発電用エンジン１２の駆動台数を減らした上で、目標の発電電力量を維持するように、残り（駆動中）の発電用エンジン１２のへの燃料噴射量を燃料噴射装置８３にて増加させることにより、残りの発電用エンジン１２への負荷を増大させる。なお、発電用エンジン１２の駆動台数がもともと１台であれば、目標の発電電力量を維持するように、前記１台の発電用エンジン１２への燃料噴射量を燃料噴射装置８３にて増加させる。その結果、後処理装置２７に向かう排気ガス温度が上昇することになる。

その後、排気ガス温度が設定上限温度（例えば３０５℃）以上になると、先に停止させた発電用エンジン１２を駆動させて、発電用エンジン１２の駆動台数を減らす前の台数（元の駆動台数）に戻し、燃料噴射装置８３にて、各発電用エンジン１２への燃料噴射量を目標の発電電力量供給に見合った量に戻す。そして、フィードポンプ５０の駆動にて、尿素水の供給量を排気ガス温度低下前の状態まで戻すか、噴射用電磁弁５３を開くと共にフィードポンプ５０を駆動させ、尿素水の供給を再開するのである。

上記の説明から明らかなように、実施形態では、駆動中の各発電用エンジン１２に対する主排気路２９側の第１開閉バルブ２８ａを閉じて分岐排気路３０側の第２開閉バルブ２８ｂを開いた状態において、温度センサ５９にて検出された排気ガス温度が設定下限温度以下になると、発電用エンジン１２の駆動台数を減らした上で、目標の発電電力量を維持するように、残り（駆動中）の発電用エンジン１２のへの燃料噴射量を燃料噴射装置８３にて増加させる構成になっているから、ＮＯｘ還元は進行し難いがＮＯｘ発生量自体も少ない低温度域（約３００℃以下）になったとしても、ＮＯｘ還元が効率よく進む温度域（約３０５℃以上）に排気ガス温度を強制的に上昇できる。従って、後処理装置２７でのＮＯｘ還元を高効率な状態に維持でき、排気ガスの浄化処理の確実性が向上することになる。

なお、実施形態においては、上述のように「発電用エンジン１２の駆動台数を減らす」の文言に「もともとの駆動台数が１台のみであればその１台の駆動を維持する」をいう意味を含めて使用していることを付言しておく。

また、排気ガス温度が設定下限温度以下になった場合は、還元剤供給部としての尿素水噴射ノズル４７から還元剤（尿素水）の供給を少なくするか又は停止するように構成されているから、前述の低温度域（約３００℃以下）では、排気ガスの浄化処理を積極的にしないことになる。このため、後処理装置２７（ＮＯｘ触媒６２）の上流側に、還元剤が付着・残存するおそれを低減できる。特に実施形態のように、還元剤が尿素水であれば、後処理装置２７（ＮＯｘ触媒６２）の上流側に、水分蒸発後の固体尿素が付着・残存するおそれは減るし、尿素の加水分解にて生ずるアンモニアと硫黄分との反応にて生成される硫酸アンモニウムに起因する害も抑制できる。更に、還元剤（尿素水）をより一層効率的に使用でき、ランニングコストの更なる抑制に貢献するのである。

更に、排気ガス温度が設定上限温度以上になった場合は、先に停止させた発電用エンジン１２を駆動させて、発電用エンジン１２の駆動台数を減らす前の台数（元の駆動台数）に戻し、各発電用エンジン１２への燃料噴射量を目標の発電電力量供給に見合った量に戻すように構成されているから、排気ガス温度が設定上限温度以上になれば、各発電用エンジン１２に過剰な負荷が掛かることはなく、排気ガス温度の強制上昇に伴う燃費の悪化を最小限に抑えられる。

その上、発電用エンジン１２の駆動台数を減らす前の台数（元の駆動台数）に戻し、各発電用エンジン１２への燃料噴射量を目標の発電電力量供給に見合った量に戻す場合は、尿素水の供給を排気ガス温度低下前の元の量まで戻すか、尿素水の供給を再開するように構成されているから、尿素水の供給及び停止をスムーズに切り換えでき、排気ガス温度に応じて排気ガスの浄化処理を効率的に実行できるのである。なお、図９に示す割り込み診断処理においては、尿素水の供給制御を省略し、発電用エンジンの駆動台数及び燃料噴射量制御のみを実行するように構成してもよい。

その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１ 船舶
１０ 発電装置
１１ ディーゼル発電機
１２ 発電用ディーゼルエンジン
１３ 発電機
１５ 電力トランスデューサ
２５ 排気経路
２６ 集合経路
２７ 後処理装置
２８ａ，２８ｂ 開閉バルブ
２９ 主排気路
３０ 分岐排気路
３５ ゲート電磁弁
４３ 還元剤供給装置
５５ 還元コントローラ
５９ 温度センサ
６２ ＮＯｘ触媒
８０ エンジンコントローラ
８１ 供給切換電磁弁
８２ 戻し切換電磁弁
８３ 燃料噴射装置
８４ エンジン回転センサ
８８ 自船位置検出手段
８９ ＧＰＳコントローラ
９０ ＧＰＳアンテナ

Claims (1)

1. 船舶（１）に搭載したエンジン（１２）からの排気ガス中にあるＮＯｘを取り除くための後処理装置（２７）と、排気ガスにＮＯｘ還元用の還元剤を供給する還元剤供給部（４７）とを、前記エンジン（１２）の排気経路（２５）に備えている排気ガス浄化装置において、
   前記エンジン（１２）の排気経路（２５）は、外部に直接連通する主排気路（２９）と、前記主排気路（２９）から分岐した分岐排気路（３０）とを備え、前記分岐排気路（３０）より更に下流側に前記後処理装置（２７）を配置し、前記主排気路（２９）と前記分岐排気路（３０）とには、前記各排気路（２９）（３０）を開閉するための開閉部材（２８ａ）（２８ｂ）を設け、
   前記船舶（１）が排気ガスの規制海域内にいれば、前記主排気路（２９）の開閉部材（２８ａ）を閉止して前記分岐排気路（３０）の開閉部材（２８ｂ）を開放すると共に、前記還元剤供給部（４７）から還元剤を供給し、前記船舶（１）が前記規制海域外にいれば、前記主排気路（２９）の開閉部材（２８ａ）を開放して前記分岐排気路（３０）の開閉部材（２８ｂ）を閉止すると共に、前記還元剤供給部（４７）からの還元剤の供給を停止するコントローラ（８０）（５５）を更に備えており、
   前記コントローラ（８０）（５５）は、燃料切換手段（８１）による燃料切換制御を実行することで、前記船舶（１）が前記規制海域内にいれば、前記エンジン（１２）の燃料ポンプ（１８）と低硫黄燃料タンク（１６ｂ）とを連通させる一方、前記船舶（１）が前記規制海域外にいれば、前記エンジン（１２）の燃料ポンプ（１８）と一般燃料タンク（１６ａ）とを連通させる、
   船舶搭載用の排気ガス浄化装置。

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