JP6228427B2

JP6228427B2 - 船舶の排気ガス浄化システム

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Publication number: JP6228427B2
Application number: JP2013223645A
Authority: JP
Inventors: 横山　哲也; 哲也横山; 井上　剛; 剛井上; 泰幸高畑
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: JP2015086727A

Description

本願発明は、船舶搭載用のエンジンから排出される排気ガス中の有害成分を除去する排気ガス浄化システム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。

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、ディーゼル発電機を駆動させる機械では、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。

ＮＯｘを大幅に浄化する後処理の手段としては、還元剤に尿素を使用した選択触媒還元法（以下、ＳＣＲ法という）が一般化している。ＳＣＲ法では一般に、Ｔｉ等の酸化物の担体にＶやＣｒ等の活性成分を担持させた材料からなるハニカム構造のＮＯｘ触媒を用いている。ＮＯｘ触媒の上流側に還元剤水溶液としての尿素水を噴霧すると、尿素水が排気ガスの熱で加水分解されてアンモニアが生成し、アンモニアが還元剤としてＮＯｘに作用し、ＮＯｘを無害な窒素と水とに分解する。

特開２００６−３４１７４２号公報

地球環境に配慮すれば、排気ガス中のＮＯｘを可及的に除去することが必要であり、公海領海を問わず一律に規制するのが好ましいが、現状では、ディーゼルエンジンに関する高次の排ガス規制が適用されるのに伴い、ＮＯｘに関して規制海域を設ける予定になっている。前述のように、ＮＯｘ触媒はハニカム構造であるため、排気ガス中のすすや微粒子によって閉塞するおそれがある。また、ＮＯｘ触媒は、排気ガス中の硫黄成分やこれに由来する生成物によって性能が劣化する。ＮＯｘ触媒の寿命を可及的に延ばして、ランニングコスト低減と規制海域での確実な規制遵守とを図るには、規制海域外の航行中はＮＯｘ触媒を排気ガスに晒さないようにすることが考えられる。

そこで、本願出願人は従前、エンジンの排気経路中に、ＮＯｘ触媒を収容する浄化ケーシングを設け、排気経路のうち浄化ケーシングの上流側から、ＮＯｘ触媒を通過せずに排気ガスを迂回させるバイパス経路を分岐させることを提案した（例えば特開２０１０−７１１４９号公報等参照）。この場合、規制海域内の航行中は排気ガスを浄化ケーシング側に送り、規制海域外の航行中は排気ガスをバイパス経路側に送る。このため、ＮＯｘ触媒を長寿命化させることが可能になり、ランニングコスト低減や長時間の浄化性能維持が可能という利点がある。

しかし、前記従来の構成では、ＮＯｘ触媒を迂回するバイパス経路を排気経路や浄化ケーシングとは別に設けるため、バイパス経路の配管距離を長く取らざるを得ず、製造コストが嵩むという問題があった。また、浄化ケーシングとは別に、バイパス経路の設置スペースを確保しなければならないから、例えば船舶等の機関室が狭い場合、バイパス経路の設置が難しくなるおそれもあった。

本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施した船舶の排気ガス浄化システムを提供することを目的としている。

請求項１の発明に係る船舶の排気ガス浄化システムは、船舶搭載用である複数基のエンジンの排気経路を単一の集合経路に合流させ、前記集合経路として、外部に連通するメイン経路と、前記メイン経路の中途部から分岐したバイパス経路とを備え、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部には、排気ガス移動方向を前記メイン経路と前記バイパス経路とに切り換える経路切換部材を配置し、前記メイン経路と前記バイパス経路の一部を構成する複合ケーシングを備え、前記複合ケーシング内の前記メイン経路側に、前記エンジンの排気ガス中にあるＮＯｘの還元を促す選択触媒還元装置を収容し、前記複合ケーシング内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板によって、前記メイン経路側と前記バイパス経路側とに区画し、前記複合ケーシング内での前記バイパス経路は前記複合ケーシングと前記仕切板で囲まれる空間で形成され、前記複合ケーシング内における前記メイン経路側の排気入口部は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するようなテーパー状に形成し、前記複合ケーシング内における前記排気入口部の前部内面に前記仕切板の上流側端部を突き合わせて固定することによって、前記複合ケーシング内において前記メイン経路側の排気入口部と前記バイパス経路側の排気入口部とが連通不能になっているというものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載した船舶の排気ガス浄化システムにおいて、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、排気ガス移動方向上流側から順に、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体と、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーとを配置しているというものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載した船舶の排気ガス浄化システムにおいて、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、前記還元剤噴射体よりも排気ガス移動方向上流側に、又は排気ガス移動方向上流側及び下流側に、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーを配置しているというものである。

請求項１の発明によると、船舶搭載用である複数基のエンジンの排気経路を単一の集合経路に合流させ、前記集合経路として、外部に連通するメイン経路と、前記メイン経路の中途部から分岐したバイパス経路とを備え、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部には、排気ガス移動方向を前記メイン経路と前記バイパス経路とに切り換える経路切換部材を配置し、前記メイン経路と前記バイパス経路の一部を構成する複合ケーシングを備え、前記複合ケーシング内の前記メイン経路側に、前記エンジンの排気ガス中にあるＮＯｘの還元を促す選択触媒還元装置を収容しているから、例えばエンジンである補機関を複数基搭載した船舶の場合、従来構造であればメイン経路とパイパス経路とを別々に有するため、排気経路としては前記エンジンの基数の２倍の本数が必要であると共に、バイパス経路は造船所で組み付けねばならず、作業工数がかかる。これに対して請求項１の構成では、排気経路を集合させた上で、集合経路としてのメイン経路とパイパス経路とを複合ケーシングでひとまとめにするため、エンジンを複数基有する船舶の排気構造を極めて簡素化できる。造船所でのバイパス経路組み付け作業が不要になり、作業工数を削減してコスト低減を図れる。排気経路全体をコンパクトに構成し、複合ケーシングの小型化を図って設置スペースを小さくできる。このため、例えば船舶等において狭い機関室への複合ケーシングの搭載が容易になる。

請求項２の発明によると、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、排気ガス移動方向上流側から順に、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体と、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーとを配置しているから、前記還元剤供給装置の前記還元剤噴射体及び前記排気ミキサーを前記複合ケーシング外に位置させることになるから、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間の経路を、還元剤が分散して排気ガスと適正に混合できるだけの長さに設定するのが容易になる。特に、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間に、前記還元剤噴射体を位置させるから、仮に前記経路切換部材に故障等の不具合が発生したとしても、前記バイパス経路側に尿素水を供給するおそれがなく、未使用のアンモニアを船外にそのまま排出する問題をなくせる。

請求項１の発明によると、前記複合ケーシング内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板によって、前記メイン経路側と前記バイパス経路側とに区画し、前記複合ケーシングの出口部において、前記メイン経路と前記バイパス経路とを合流させているから、前記仕切板を付加するという簡単な構成だけで、前記複合ケーシング内に二系統の経路を容易に形成できる。従って、前記選択触媒還元装置を収容する前記複合ケーシングの製造コストを低減できる。

船舶の全体側面図である。図１のＩＩ−ＩＩ視正面断面図である。複合ケーシングの正面図である。複合ケーシングの側面図である。複合ケーシングの背面図である。複合ケーシングの側面断面図である。排気ミキサーの内部構造を示す断面斜視図である。排気ミキサーを排気ガス移動方向上流側から見た正面図である。排気ミキサーの側面断面図である。排気ミキサーから複合ケーシングに向かう排気ガス流れを説明する側面断面図である。排気ミキサーの配置態様の第１別例を示す側面断面図である。排気ミキサーの配置態様の第２別例を示す側面断面図である。第２実施形態における船舶の正面断面図である。

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、第１実施形態における船舶１の概要について説明する。第１実施形態の船舶１は、船体２と、船体２の船尾側に設けたキャビン３（船橋）と、キャビン３の後方に配置したファンネル４（煙突）と、船体２の後方下部に設けたプロペラ５及び舵６とを備えている。この場合、船尾側の船底７にスケグ８を一体形成している。スケグ８には、プロペラ５を回転駆動させる推進軸９を軸支している。船体２内の船首側及び中央部には船倉１０を設けている。船体２内の船尾側には機関室１１を設けている。

機関室１１には、プロペラ５の駆動源である主エンジン２１（第１実施形態ではディーゼルエンジン）及び減速機２２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２３とを配置している。主エンジン２１から減速機２２を経由した回転動力によって、プロペラ５が回転駆動する。機関室１１の内部は、上甲板１３、第２甲板１４、第３甲板１５及び内底板１６によって上下に仕切られている。第１実施形態では、機関室１１最下段の内底板１６上に主エンジン２１及び減速機２２を据え付け、機関室１１中段の第３甲板１５上に発電装置２３を据え付けている。なお、詳細な図示は省略するが、船倉１０は複数の区画に分割している。

図２に示すように、発電装置２３は、ディーゼル発電機２４を複数基（第１実施形態では３台）備えたものである。ディーゼル発電機２４は、発電用エンジン２５（第１実施形態ではディーゼルエンジン）と、発電用エンジン２５の駆動によって発電する発電機２６とを組み合わせて構成される。ディーゼル発電機２４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している。例えば大量の電力を消費する出入航時等には、全てのディーゼル発電機２４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２４を稼働させる。各発電機２６の作動によって生じた発電電力は船体２内の電気系統に供給される。詳細な図示は省略するが、電力トランスデューサが各発電機２６に電気的に接続している。電力トランスデューサは各発電機２６による発電電力を検出するものである。

（２）．発電装置の排気系統
次に、図２〜図６を参照しながら、発電装置２３の排気系統について説明する。各発電用エンジン２５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３０とを接続している。吸気経路を通じて取り込まれた空気は、発電用エンジン２５の各気筒内（吸気行程の気筒内）に送られる。各気筒の圧縮行程完了時に、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気の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行われる。

各発電用エンジン２５の排気経路３０は、ファンネル４まで延びていて外部に直接連通している。前述の通り、発電用エンジン２５は三基あるため、排気経路３０は三本存在する。各発電用エンジン２５の排気経路３０は、ファンネル４まで延びたメイン経路３１と、メイン経路３１の中途部から分岐したバイパス経路３２と、メイン経路３１とバイパス経路３２との両方に連通する複合ケーシング３３とを備えている。すなわち、第１実施形態では発電用エンジン２５を複数基搭載し、各発電用エンジン２５に対して、メイン経路３１、バイパス経路３２及び複合ケーシング３３等からなる排気ガス浄化システムを一対一対応させている。

複合ケーシング３３は、耐熱金属材料製で略筒状（第１実施形態では角筒状）に構成していて、各発電用エンジン２５を配置した第３甲板１５よりも上方に配置している。この場合、複合ケーシング３３は機関室１１の上部側（機関室１１上段の第２甲板１４上）に位置している。複合ケーシング３３内のメイン経路３１側には、発電用エンジン２５の排気ガス中にあるＮＯｘの還元を促す選択触媒還元装置としてのＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５（詳細は後述する）を収容している。バイパス経路３２は、ＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を通さずに排気ガスを迂回させるための経路である。複合ケーシング３３の排気出口部４２（スリップ処理触媒３５より排気ガス移動方向下流側（以下、単に下流側という））では、メイン経路３１とバイパス経路３２とを合流させている。なお、選択触媒還元装置としては、スリップ処理触媒３５をなくしてＮＯｘ触媒３４のみにしたものでもよい。

複合ケーシング３３外にあるメイン経路３１とバイパス経路３２との分岐部には、排気ガス移動方向をメイン経路３１とバイパス経路３２とに切り換える経路切換部材として、気体作動式のメイン側切換バルブ３７及びバイパス側切換バルブ３８を設けている。メイン側切換バルブ３７は、メイン経路３１における複合ケーシング３３への入口側に設けている。バイパス側切換バルブ３８は、バイパス経路３２における複合ケーシング３３への入口側に設けている。

各切換バルブ３７，３８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、気体供給源（図示省略）からの圧縮気体（空気）によって一方を開けば他方を閉じるという関係に構成している。メイン側切換バルブ３７を開いてバイパス側切換バルブ３８を閉じた状態では、排気経路３０中の排気ガスは、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側にあるＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を通過して浄化処理をされてから、船舶１外に放出される。バイパス側切換バルブ３８を開いてメイン側切換バルブ３７を閉じた状態では、排気経路３０中の排気ガスは、ＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を迂回して浄化処理をすることなく、船舶１外に放出される。

（３）．複合ケーシングの構造
次に、図３〜図１０を参照しながら、複合ケーシング３３の構造について説明する。前述の通り、複合ケーシング３３はメイン経路３１とバイパス経路３２との両方に連通している。複合ケーシング３３内のメイン経路３１側は、排気ガス移動方向上流側（以下、単に上流側という）から順に、排気ガス中のＮＯｘの還元を促進させるＮＯｘ触媒３４と、余分に供給された還元剤（尿素水（尿素水溶液）、より詳しく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３５とを直列に並べて収容している。各触媒３４，３５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３４は、後述する尿素水噴射ノズル６１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って、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側に送られた排気ガスを浄化する。また、スリップ処理触媒３６は、ＮＯｘ触媒３４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。この場合、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側では、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３４での反応）
４ＮＨ_３＋３Ｏ_２ → ２Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ（スリップ処理触媒３５での反応）
が生ずる。

図６に詳細に示すように、複合ケーシング３３内には、メイン経路３１とバイパス経路３２との両方を並べて設けている。この場合、複合ケーシング３３内には、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板４０を配置している。仕切板４０の存在によって、複合ケーシング内３３をメイン経路３１側とバイパス経路３２側とに区画している。仕切板４０で複合ケーシング３３内を区画することによって、排気ガスがバイパス経路３２を通過する際に、排気ガスの熱を用いて、メイン経路３１側にあるＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を暖機することが可能である。このため、排気ガスを浄化するか否かに拘らず、ＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を常時暖機して、活性化状態の維持を簡単に行える。メイン側経路３１を排気ガスが通過する際は暖機運転が不要になるから、早急な排気ガス浄化が可能になる。

仕切板４０の上流側端部は、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側のうちＮＯｘ触媒６２より上流側にある排気入口部４１の前部内面に突き合わせて固着している。複合ケーシング３３内のメイン経路３１側の排気入口部４１は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するような先窄まりのテーパー状（錐形状）に形成している。これに対して仕切板４０の下流側端部は、複合ケーシング３３のうちスリップ処理触媒３５より下流側にある排気出口部４２内で途切れている。このため、複合ケーシング３３の排気出口部４２において、メイン経路３１側とバイパス経路３２側とが合流する。

複合ケーシング３３の一側面には、ＮＯｘ触媒３４の上流側とスリップ処理触媒３５の上流側とに、噴気体としての噴気ノズル４３を複数個取り付けている。第１実施形態では、ＮＯｘ触媒３４の上流側に三個の噴気ノズル４３を複合ケーシング３３の一側面に設け、スリップ処理触媒３５の上流側にも三個の噴気ノズル４３を複合ケーシング３３の一側面に設けている。各噴気ノズル４３によって、気体供給源（図示省略）からの圧縮気体（空気）をＮＯｘ触媒３４やスリップ処理触媒３５に向けて吹き付ける。噴気ノズル４３の作用によって、使用中に複合ケーシング３３内のメイン経路３１側に溜まった煤塵を強制的に除去できる。

複合ケーシング３３の他側面には、複数の点検開口窓４４（第１実施形態では三箇所）を形成している。各点検開口窓４４は、複合ケーシング３３内部や、噴気ノズル４３、ＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５の点検、並びにメンテナンスのために形成したものである。各点検開口窓４４は通常、蓋カバー４５によって開閉可能に塞いでいる。各蓋カバー４５は、対応する点検開口窓４４の周縁部にボルトによって着脱可能に締結している。

複合ケーシング３３の排気入口部４１前面側には、メイン側流入口４７とバイパス側流入口４８とを形成している。メイン側流入口４７が複合ケーシング３３内のメイン経路３１側に連通し、バイパス側流入口４８が複合ケーシング３３内のバイパス経路３２側に連通している。複合ケーシング３３の排気入口部４１の前部外面側には、メイン側流入口４７に連通するメイン側導入管５１と、バイパス側流入口４８に連通するバイパス側導入管５２とを設けている。メイン側導入管５１とバイパス側導入管５２とは、それぞれ中継管５５，５６を介して二股配管５３に連結している。この場合、二股配管５３のメイン側出口部５７に、フランジを介してメイン側中継管５５の入口側を締結している。メイン側中継管５５の他端側は、メイン側導入管５１に連通している。二股配管５３のバイパス側出口部５８には、フランジを介してバイパス側中継管５６の入口側を締結している。バイパス側中継管５６の出口側は、長さ調節用である蛇腹構造の調節管６９を介してバイパス側導入管５２を締結している。調節管６９の存在によって熱膨張による導入管５１，５２や中継管５５，５６の延びを吸収している。調節管６９はメイン側かバイパス側かの一方にあれば足りる。メイン側もバイパス側も二股配管５３に連結しているからである。

詳細な図示は省略するが、二股配管５３の入口部５９は、メイン経路３１の上流側にフランジを介して連結している。二股配管５３は、メイン経路３１とバイパス経路３２との分岐部に相当する。複合ケーシング３３内のメイン経路３１側に連通する二股配管５３のメイン側出口部５７内に、メイン側切換バルブ３７を設けている。複合ケーシング３３内のバイパス経路３２側に連通する二股配管５３のバイパス側出口部５８内に、バイパス側切換バルブ３８を設けている。メイン側切換バルブ３７を切換駆動させるメイン側バルブ駆動器６７を、メイン側中継管５５及び二股配管５３のメイン側出口部５７の外周側に設けている。バイパス側切換バルブ３８を切換駆動させるバイパス側バルブ駆動器６８は、バイパス側中継管５６及び二股配管５３のバイパス側出口部５８の外周側に設けている。両バルブ駆動器６７，６８は、両中継管５５，５６と同様に並列状に並んでいる。複合ケーシング３３の排気出口部４２後面側に、流出口４９をメイン経路３１側に寄せて形成している。複合ケーシング３３の排気出口部４２の後部外面側に、流出口４９に連通する排気排出管６０を設けている。排気排出管６０は、メイン経路３１の下流側にフランジを介して連結している。

メイン経路３１のうちメイン側切換バルブ３７と複合ケーシング３３に連結したメイン側導入管５１との間には、上流側から順に、排気ガスに還元剤である尿素水を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体としての尿素水噴射ノズル６１と、排気ガスと尿素水とを混合させる排気ミキサー６２とを配置している。還元剤供給装置は、尿素水を貯留する尿素水タンク（図示省略）と、尿素水タンクから尿素水を吸い上げるフィードポンプ（図示省略）と、メイン側中継管５５に設けた尿素水噴射ノズル６１とを備えている。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６１に尿素水を送り、尿素水噴射ノズル６１からメイン側中継管５５内に尿素水を霧状に噴射するように構成している。

なお、メイン側中継管５５において尿素水噴射ノズル６１の近傍には、尿素水噴射ノズル６１の点検及びメンテナンス等のためのノズル点検窓６３を設けている。ノズル点検窓６３も、前述の各点検開口窓４４と同様に、通常は蓋カバー６４によって開閉可能に塞いでいる。蓋カバー６４は、ノズル点検窓６３の周縁部にボルトによって着脱可能に締結している。

メイン側中継管５５とメイン側導入管５１との間に排気ミキサー６２を設けている。排気ミキサー６２は、メイン側中継管５５に設けた尿素水噴射ノズル６１から所定距離だけ下流側に位置している。この場合の所定距離は、尿素水噴射ノズル６１から噴射した尿素水を、メイン側中継管５５内でアンモニアに加水分解させるのに必要な距離である。図７〜図１０に示すように、第１実施形態の排気ミキサー６２は、メイン側中継管５５及びメイン側導入管５１と同一内径に形成した筒状のミキサー管体７１と、ミキサー管体７１の内周側に設けた複数枚の混合フィン７２（第１実施形態では四枚）と、ミキサー管体７１の軸芯に位置する軸芯体７３とを備えていて、混合フィン７２群及び軸芯体７３によって、排気ミキサー６２を通過する排気ガス及び霧状の尿素水に旋回流を生じさせるように構成している。

各混合フィン７２は、排気ガスの流れを旋回流にするための部材であり、ミキサー管体７１の内周側に軸芯体７３を中心として放射状に配置している。この場合、各混合フィン７２の半径方向内側の側端面を軸芯体７３に固着し、各混合フィン７２の半径方向外側の側端面をミキサー管体７１の内周面に固着している。各混合フィン７２は、ミキサー管体７２の円周方向に沿って等角度ごとに位置している（軸芯体７３を中心とする点対称状に位置している）。なお、混合フィン７２の枚数は第１実施形態の四枚に限るものではない。

各混合フィン７２の上流側と下流側とは、排気ガス移動方向（ミキサー管体７１等の軸芯方向）に対してそれぞれ所定角度をなすように構成している。すなわち、各混合フィン７２は排気ガス移動方向の中途部で屈曲している。この場合、排気ガス移動方向に対する上流側フィン板部７２ａの角度を傾斜角θ１とし、排気ガス移動方向に対する下流側フィン板部７２ｂの角度を傾斜角θ２とするように、各混合フィン７２を屈曲させている。下流側フィン板部７２ｂの傾斜角θ２を上流側フィン板部７２ａの傾斜角θ１よりも大きく設定している。すなわち、各フィン板部７２ａ，７２ｂの傾斜角θ１，θ２は、上流側よりも下流側のほうが大きくなっている。換言すると、各フィン板部７２ａ，７２ｂの傾斜角θ１，θ２は、上流側から下流側に向かうに連れて連続的又は段階的に大きくなっている。

各混合フィン７２の半径方向内側の側端面を支持する軸芯体７３の上流側先端部は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するような先窄まりのテーパー状（錐形状）に形成している。また、軸芯体７３の下流側基端部は、下流側に向かうに連れて断面積を縮小するような後窄まりのテーパー状（錐形状）に形成している。このため、ミキサー管体７１の軸芯付近に流れ込む排気ガスは、軸芯体７３のテーパー状の上流側先端部によって半径方向外側の各混合フィン７２に向けて案内される。

図４及び図５に示すように、複合ケーシング３３のメイン経路３１側の排気入口部４１には、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側に流入する排気ガスの温度を検出するメイン側入口温度センサ６５ａを配置している。バイパス側中継管５６には、複合ケーシング３３内のバイパス経路３２側に流入する排気ガスの温度を検出するバイパス側入口温度センサ６５ｂを配置している。複合ケーシング３３の排気排出管６０には、メイン経路３１側又はバイパス経路３２側を通過した排気ガスの温度を検出する出口温度センサ６５ｃを配置している。

図３〜図５に示すように、複合ケーシング３３の上部外周側には、複数の吊り上げ用金具６６を一体的に設けている。この場合、略角筒状である複合ケーシング３３の互いに平行な位置関係にある二側面の上部側に、二個ずつの吊り上げ用金具６６（計四個）を取り付けている。船舶１の組立工場等において、例えばチェンブロックのフック（図示省略）に吊り上げ用金具６６群を係止し、チェンブロックによって複合ケーシング３３を昇降させ、機関室１１の上部側（機関室１１上段の第２甲板１４上）に複合ケーシング３３を簡単に組み付けできる。

以上の構成において、メイン側切換バルブ３７を開いてバイパス側切換バルブ３８を閉じた場合、排気ガスは終始、メイン経路３１を通過する。すなわち、二股配管５３のメイン側出口部５７、メイン側中継管５５、排気ミキサー６２、メイン側導入管５１及びメイン側流入口４７を経由して複合ケーシング３３内のメイン経路３１側に流入し、ＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を通過して浄化処理をされる。

この場合、尿素水噴射ノズル６１から噴射した霧状の尿素水を含む排気ガスは、メイン側中継管５５を通じて排気ミキサー６２に案内される。各混合フィン７２の上流側フィン板部７２ａが排気ガス移動方向を傾斜角θ１の方向に変更してから、下流側フィン板部７２ｂが排気ガス移動方向を更に傾斜角θ２の方向に変更する結果、ミキサー管体７１の内周面に向けて尿素水を含む排気ガスが流れ、ミキサー管体７１の内周面に沿った円周方向に移動する。このため、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側の排気入口部４１に排気ガスの旋回流が形成され、排気ガスと尿素水とがスムーズに効率よく混合される。複合ケーシング３３内のメイン経路３１側の排気入口部４１は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するような先窄まりのテーパー状（錐形状）であるため、排気ガスの旋回流の旋回径が大きくなる。その結果、排気ガスは、尿素水とより一層均一に混合されながら、複合ケーシング３３内のメイン経路３１側にあるＮＯｘ触媒３４に行き渡ることになる。

第１実施形態では、各混合フィン７２の上流側フィン板部７２ａと下流側フィン板部７２ｂとの傾斜角θ１，θ２を異ならせ、下流側フィン板部７２ｂの傾斜角θ２を上流側フィン板部７２ａの傾斜角θ１よりも大きく設定しているから、各混合フィンによって排気ガスに加わる流れ抵抗を抑制しながら、大きな旋回流を形成し易くなる。なお、前述した通り、ミキサー管体７１の軸芯付近に流れ込む排気ガスは、軸芯体７３のテーパー状の上流側先端部によって半径方向外側の各混合フィン７２に向けて案内されるので、この点でも、排気ガスと尿素水との混合効率を向上できる。

浄化処理後の排気ガスは、複合ケーシング３３の排気出口部４２の流出口４９から排気排出管６０を経て、排気経路３０の下流側に流入し、複合ケーシング３３外ひいては船舶１外に放出される。

逆に、バイパス側切換バルブ３８を開いてメイン側切換バルブ３７を閉じた場合、排気ガスはメイン経路３１からバイパス経路３２に移動する。すなわち、二股配管５３のバイパス側出口部５８、バイパス側中継管５６、バイパス側導入管５２及びバイパス側流入口４８を経由して複合ケーシング３３内に流入し、ＮＯｘ触媒３４及びスリップ処理触媒３５を迂回して浄化処理をすることなく、バイパス経路３２を通過する。バイパス経路３２通過後の排気ガスは、複合ケーシング３３の排気出口部４２の流出口４９から排気排出管６０を経て、排気経路３０の下流側に流入し、複合ケーシング３３外ひいては船舶１外に放出される。

従って、両切換バルブ３７，３８の切換作動によって、排気ガスの浄化処理が必要な場合（例えば規制海域内での航行中）と、浄化処理が不要な場合（例えば規制海域外での航行中）とにおいて、排気ガスの通過する経路を簡単に選択できる。従って、浄化処理の要不要に応じて排気ガスを効率よく処理できる。

なお、実施形態の排気ミキサー６２はメイン側中継管５５の尿素水噴射ノズル６１から所定距離だけ下流側に位置しているが、このような位置関係に限定するものではない。例えば図１１に示すように、尿素水噴射ノズル６１の上流側に排気ミキサー６２を配置して、尿素水噴射前に予め排気ガスを旋回流にしておいてもよい。図１２に示すように、尿素水噴射ノズル６１を挟んで上流側と下流側との両方に、排気ミキサー６２を配置することも可能である。上流側と下流側との排気ミキサー６２の構造は共通であってもよいし、異なっていてもよい。このように構成すると、より一層旋回流を形成し易くなり、排気ガスと霧状の尿素水との混合状態の更なる均一化を図れる。

（４）．第１実施形態の作用及び効果
以上の構成によると、船舶１搭載用のエンジン２５の排気経路３０として、外部に連通するメイン経路３１と、前記メイン経路３１の中途部から分岐したバイパス経路３２とを備える一方、前記メイン経路３１と前記バイパス経路３２との両方を連通させる複合ケーシング３３を備え、前記複合ケーシング３３内の前記メイン経路３１側に、前記エンジン２５の排気ガス中にあるＮＯｘの還元を促す選択触媒還元装置３４，３５を収容し、前記メイン経路３１と前記バイパス経路３２との分岐部５３には、排気ガス移動方向を前記メイン経路３１と前記バイパス経路３２とに切り換える経路切換部材３７，３８を配置し、前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間には、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体６１を配置しているから、前記メイン経路３１と前記バイバス経路３２とを別々のケーシングに分けて設ける場合に比べて、前記バイパス経路３２の形成が簡単であり、排気ガスの効率よい処理と前記選択触媒還元装置３４，３５の長寿命化とを可能なものでありながら、製造コストの低減を図れる。

また、前記還元剤供給装置の前記還元剤噴射体６１と前記排気ミキサー６２とを前記複合ケーシング３３外に位置させることになるから、前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間の経路を、還元剤が分散して排気ガスと適正に混合できるだけの長さに設定するのが容易になる。前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間に、前記還元剤噴射体６１を位置させるから、仮に前記経路切換部材３７,３８に故障等の不具合が発生したとしても、前記バイパス経路３２側に尿素水を供給するおそれがなく、未使用のアンモニアを船外にそのまま排出する問題をなくせる。

第１実施形態において、前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間には、前記還元剤噴射体６１よりも排気ガス移動方向下流側に、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサー６２を配置しているから、排気ガスと還元剤とをできるだけ均一に混合でき、前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間の経路をより短尺に構成して、前記排気経路３０全体をコンパクトに構成できる。更に、前記複合ケーシング３３の小型化を図って設置スペースを小さくできる。このため、例えば船舶１等において狭い機関室１１への前記複合ケーシング３３の搭載が容易になる。

また、前記複合ケーシング３３内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板４０によって、前記メイン経路３１側と前記バイパス経路３２側とに区画しているから、前記仕切板４０を付加するという簡単な構成だけで、前記複合ケーシング３３内に二系統の経路３１，３２を容易に形成できる。従って、前記選択触媒還元装置３４，３５を収容する前記複合ケーシング３３の製造コストを低減できる。

更に、前記複合ケーシング３３の出口部４２において、前記メイン経路３１と前記バイパス経路３２とを合流させているから、前記メイン経路３１を通って浄化した排気ガスと、前記バイパス経路３２を通過した排気ガスとの両方を、前記複合ケーシング３３の前記出口部４２につながる前記排気経路３０の下流側に送り込める。従って、排気構造を簡単化して製造コストの低減に寄与する。

ところで、エンジン２５である補機関（例えば発電用エンジン）を複数基搭載した船舶１の場合、従来構造であれば前記メイン経路３１と前記パイパス経路３２とを別々に有するため、排気経路３０としては前記エンジン２５の台数の２倍の本数が必要であると共に、前記バイパス経路３２は造船所で組み付けねばならず、作業工数がかかる。これに対して第１実施形態によると、前記メイン経路３１と前記パイパス経路３２とを前記複合ケーシング３３でひとまとめにするため、排気経路３０としては前記エンジン２５の台数と同じ本数で済むことになる。また、造船所でのバイパス経路３２組み付け作業が不要になる。作業工数を削減してコスト低減を図れる。

（５）．第２実施形態における発電装置の排気系統
次に、図１３を参照しながら、第２実施形態における発電装置２３の排気系統について説明する。第２実施形態では、各発電用エンジン２５の排気経路３０が単一の集合経路８０に合流している。第２実施形態の発電用エンジン２５は三基あるため、排気経路３０は三本存在する。そして、三本の排気経路３０を単一の集合経路８０に集合させている。各排気経路３０の中途部には、発電用エンジン２５から集合経路８０に向かう方向にのみ開放可能な逆止弁８１を設けている。各逆止弁８１によって他の発電用エンジン２５からの排気ガスの逆流を防止している。集合経路８０はファンネル４まで延びていて外部に直接連通している。集合経路８０は、ファンネル４まで延びたメイン経路３１と、メイン経路３１の中途部から分岐したバイパス経路３２と、メイン経路３１とバイパス経路３２との一部を構成してメイン経路３１とバイパス経路３２との両方に連通する複合ケーシング３３とを備えている。すなわち、第２実施形態では発電用エンジン２５を複数基搭載し、各発電用エンジン２５の排気系統として、メイン経路３１、バイパス経路３２及び複合ケーシング３３等からなる単一の排気ガス浄化システムに取りまとめている。その他の構成は第１実施形態と略同様である。

（６）．第２実施形態の作用及び効果
第１実施形態でも説明したように、例えばエンジン２５である補機関（例えば発電用エンジン）を複数基搭載した船舶１の場合、従来構造であればメイン経路３１とパイパス経路３２とを別々に有するため、排気経路としては前記エンジン２５の基数の２倍の本数が必要であると共に、バイパス経路３２は造船所で組み付けねばならず、作業工数がかかる。これに対して第２実施形態の構成では、排気経路３０を集合させた上で、集合経路８０としてのメイン経路３１とパイパス経路３２とを複合ケーシング３３でひとまとめにするため、エンジン２５を複数基有する船舶１の排気構造を極めて簡素化できる。造船所でのバイパス経路３２組み付け作業が不要になり、作業工数を削減してコスト低減を図れる。排気経路３０全体をコンパクトに構成し、複合ケーシング３３の小型化を図って設置スペースを小さくできる。このため、例えば船舶１等において狭い機関室１１への複合ケーシング３３の搭載が容易になる。

また、第２実施形態の場合も、前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間には、排気ガス移動方向上流側から順に、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体６１と、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサー６２とを配置しているから、前記還元剤供給装置の前記還元剤噴射体６１及び前記排気ミキサー６２を前記複合ケーシング３３外に位置させることになるから、前記メイン経路３１のうち前記経路切換部材３７と前記複合ケーシング３３との間の経路を、還元剤が分散して排気ガスと適正に混合できるだけの長さに設定するのが容易になる。特に、前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間に、前記還元剤噴射体を位置させるから、仮に前記経路切換部材に故障等の不具合が発生したとしても、前記バイパス経路３２側に尿素水を供給するおそれがなく、未使用のアンモニアを船外にそのまま排出する問題をなくせる。

更に、第２実施形態の場合においても、前記複合ケーシング３３内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板４０によって、前記メイン経路３１側と前記バイパス経路３２側とに区画し、前記複合ケーシング３３の出口部４２において、前記メイン経路３１と前記バイパス経路３２とを合流させているから、前記仕切板４０を付加するという簡単な構成だけで、前記複合ケーシング３３内に二系統の経路を容易に形成できる。従って、前記選択触媒還元装置３４，３５を収容する前記複合ケーシング３３の製造コストを低減できる。また、前記メイン経路３１を通って浄化した排気ガスと、前記バイパス経路３２を通過した排気ガスとの両方を、前記複合ケーシング３３の前記出口部４２につながる前記集合経路８０の下流側に送り込める。従って、排気構造を簡単化して製造コストの低減に寄与する。

（７）．その他
なお、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。上記の各実施形態では、発電用エンジン２５の排気経路３０中に設ける排気ガス浄化システムに、本願発明を適用したが、これに限らず、例えば主エンジン２１の排気系統中の排気ガス浄化システムに適用してもよい。

１船舶
１１機関室
２１主エンジン
２２減速機
２３発電装置
２４ディーゼル発電機
２５発電用エンジン
２６発電機
３０排気経路
３１メイン経路
３２バイパス経路
３３複合ケーシング
３４ＮＯｘ触媒
３５スリップ処理触媒
３７メイン側切換バルブ
３８バイパス側切換バルブ
４０仕切板
６１尿素水噴射ノズル（還元剤噴射体）
６２排気ミキサー
８０集合経路
８１逆止弁

Claims

船舶搭載用である複数基のエンジンの排気経路を単一の集合経路に合流させ、前記集合経路として、外部に連通するメイン経路と、前記メイン経路の中途部から分岐したバイパス経路とを備え、前記メイン経路と前記バイパス経路との分岐部には、排気ガス移動方向を前記メイン経路と前記バイパス経路とに切り換える経路切換部材を配置し、
前記メイン経路と前記バイパス経路の一部を構成する複合ケーシングを備え、前記複合ケーシング内の前記メイン経路側に、前記エンジンの排気ガス中にあるＮＯｘの還元を促す選択触媒還元装置を収容し、
前記複合ケーシング内は、排気ガス移動方向に沿って延びる仕切板によって、前記メイン経路側と前記バイパス経路側とに区画し、前記複合ケーシング内での前記バイパス経路は前記複合ケーシングと前記仕切板で囲まれる空間で形成され、
前記複合ケーシング内における前記メイン経路側の排気入口部は、上流側に向かうに連れて断面積を縮小するようなテーパー状に形成し、前記複合ケーシング内における前記排気入口部の前部内面に前記仕切板の上流側端部を突き合わせて固定することによって、前記複合ケーシング内において前記メイン経路側の排気入口部と前記バイパス経路側の排気入口部とが連通不能になっている、
船舶の排気ガス浄化システム。
前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、排気ガス移動方向上流側から順に、排気ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置の還元剤噴射体と、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーとを配置している、
請求項１に記載した船舶の排気ガス浄化システム。
前記メイン経路のうち前記経路切換部材と前記複合ケーシングとの間には、前記還元剤噴射体よりも排気ガス移動方向上流側に、又は排気ガス移動方向上流側及び下流側に、排気ガスと還元剤とを混合させる排気ミキサーを配置している、
請求項１又は２に記載の船舶の排気ガス浄化システム。