WO2010032739A1 - 船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム - Google Patents

船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム Download PDF

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WO2010032739A1
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engine
water
reducing agent
tank
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徹 待田
井上　剛
横山　哲也
文哉 古東
和睦 鬼追
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ヤンマー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system for an engine (diesel engine) in a ship, and more particularly to an exhaust gas purification system for a ship entering and exiting a sea area where the amount of exhaust gas emission is regulated. is there.
  • an SCR catalyst purification method using urea as a reducing agent As a means for purifying NOx (nitrogen oxide), an SCR catalyst purification method using urea as a reducing agent has become common.
  • this SCR catalyst purification method in general, a honeycomb structure made of a material in which an active component such as V or Cr is supported on an oxide carrier such as Ti is used, and an aqueous reducing agent solution is provided upstream of the honeycomb structure.
  • the urea water is sprayed, the urea water is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to generate ammonia. This ammonia acts on NOx as a reducing agent, and NOx is decomposed into harmless nitrogen and water.
  • C heavy oil is often used as a general fuel for ships, but C heavy oil has a high sulfur content. Therefore, as a countermeasure against SOx, A heavy oil with low sulfur content is used. It is dealt with by using. Regardless of the high seas and territorial seas, it is preferable to regulate the environment uniformly regardless of the high seas or territorial seas, but the SOx purification technology has not yet been established, and the use of A heavy oil is obligatory in terms of operating costs and effective use of heavy oil There is an actual situation that there is a problem, and as a harmonization measure, at present, a regulated sea area is defined for SOx.
  • Patent Document 1 discloses a device that uses heavy oil A, which has high fluidity at the beginning of operation, and switches the engine to warm C heavy oil to a certain extent. As disclosed in Document 1, a switching device is installed, and an operator (for example, an engineer) manually switches the fuel to be used.
  • an SCR catalyst purification method using urea as a reducing agent is generalized as a purification means for NOx (nitrogen oxide) contained in exhaust gas.
  • NOx nitrogen oxide
  • a honeycomb structure made of a material in which an active component such as V or Cr is supported on an oxide carrier such as Ti is used, and an aqueous reducing agent solution is provided upstream of the honeycomb structure.
  • an active component such as V or Cr is supported on an oxide carrier such as Ti
  • an aqueous reducing agent solution is provided upstream of the honeycomb structure.
  • urea water tank that can cover the amount of use from departure to call, but once a ship departs, it continues to operate its engine offshore.
  • the marine engine has a much higher output than the land vehicle engine. Therefore, the amount of urea water to be used is large, and therefore the urea water tank must be huge. Except for some ships, the reality is poor.
  • the present invention has been made to improve the current situation.
  • the present invention includes several configurations.
  • the invention according to claim 1 relates to a superordinate concept, and a ship according to the present invention is equipped with an engine capable of switching the purification state of exhaust gas and own ship position automatic detecting means capable of automatically specifying the current location.
  • the position relationship between the boundary of the exhaust gas regulation target sea area and the own ship is identified based on the own ship position automatic detection means, and the exhaust gas purification state in the engine is determined based on the identified position relationship information Is switched to a state according to the regulations.
  • the purification state of the exhaust gas is switched by switching the type of fuel, switching one or more types of purification devices ON / OFF, and selectively selecting a plurality of types of purification devices. Is one or more of the switching used for.
  • the ship position automatic detection means operates based on radio waves transmitted from a satellite, a ground station, or both, and switches an exhaust gas purification state.
  • the ship's own position automatic detection means is incorporated in the control device.
  • a general fuel tank and a low-sulfur fuel tank according to the second aspect, and the engine exhaust system is connected to a reducing agent addition type NOx purification device.
  • An exhaust pipe and a bypass exhaust pipe that discharges exhaust gas without passing through the NOx purification apparatus, and in a state where general fuel is used, the bypass exhaust pipe is closed and the NOx purification apparatus has a reducing agent.
  • the exhaust gas flows through the bypass exhaust pipe, and the additive is not added to the NOx purification device.
  • the control means further comprises a control means for switching the purification state of the exhaust gas in the engine based on information from the own ship position automatic detection means.
  • Regulated sea area information on what kind of exhaust gas regulations are made in the sea area is stored, and by comparing the position information detected by the own ship position automatic detection means with the regulated sea area information, The distance is calculated, the target value of the distance to the boundary or the navigation time is determined, and the preparation is made for switching.
  • the invention of the present application is equipped with an engine, a fresh water generator that desalinates seawater, and a water tank that stores fresh water produced by the fresh water generator, and a reduction catalyst provided in an exhaust pipe of the engine.
  • the NOx contained in the exhaust gas of the engine is purified by spraying the reducing agent aqueous solution.
  • the reducing agent aqueous solution contains a solid raw material reducing agent such as powder or granules. It is intended for ships that are manufactured by mixing with fresh water.
  • the raw material hopper with which the said raw material reducing agent is thrown in and the mixing tank with a stirring means for mixing the raw material reducing agent discharged
  • the water tank and the mixing tank are connected by a raw water pipe, and an aqueous solution pipe for guiding the reducing agent aqueous solution to the reduction catalyst is connected to the mixing tank.
  • the invention of claim 7 is further provided with an output sensor for detecting the output of the engine or a concentration sensor for detecting NOx concentration in the exhaust gas.
  • An adjusting tank that adjusts the reducing agent concentration by diluting the reducing agent aqueous solution supplied from the mixing tank with fresh water is interposed, and based on a signal from the output sensor or the concentration sensor, The concentration is adjusted, and the adjustment tank is also supplied with water from the water tank.
  • the invention of claim 8 is the invention according to claim 6 or 7, wherein the raw material reducing agent is urea or its inclusions and has a powdery or granular appearance, while the raw material tank is provided with a drying means.
  • the mixing tank and the adjustment tank are provided with a heating means.
  • the heating means uses exhaust gas of the engine or used cooling water as a heat source.
  • the invention of claim 10 is characterized in that, in claim 6, the mixing tank is provided with a water level sensor, while the introduction of the raw material reducing agent from the raw material hopper to the mixing tank is controlled by shutter means, and
  • the raw water pipe is provided with water supply means, and the water level sensor, the water supply means and the shutter means are supplied with water supplied by the water level sensor according to the lower limit level detection signal from the water level sensor, and the upper limit level by the water level sensor.
  • the water supply means is deactivated by the detection signal, and the shutter means is opened and the raw material reducing agent is introduced in the water supply to the mixing tank, after water supply or before water supply.
  • the positional relationship between the boundary of the restricted area and the ship is automatically determined. It can be controlled to automatically switch to a cleared state and automatically switch to a state in which the regulated clear state is released when exiting from the regulated sea area. Therefore, the regulations regarding ship exhaust gas can be cleared accurately and quickly, and the labor of the crew can be saved, thereby contributing to labor saving and reduction of burden.
  • the own ship position automatic detection means can use a GPS position specifying system or a satellite compass, but if the own ship position automatic detection means is incorporated in the control device of the purification system as in claim 3, Since the transmission system is simplified, there is an advantage that the certainty of operation is higher.
  • a reduction catalyst that adds a reducing agent such as urea is used for NOx purification.
  • the amount of NOx generated is also related to the type of fuel.
  • the regulation value can be cleared without using a reduction catalyst.
  • the invention of claim 4 responds to such a situation, and when using high-quality fuel, the exhaust gas is bypassed and discharged, thereby reducing the amount of reducing agent used and operating cost. In addition, it is possible to prevent output loss due to resistance caused by exhaust gas passing through the catalyst.
  • a certain amount of preparation time is required for switching the fuel, and a certain amount of preparation time such as confirmation of addition of the reducing agent is generally required for starting or stopping the operation of the purification apparatus using the reducing agent. is there.
  • the configuration of claim 5 since the purification means can be switched in advance prior to entering or leaving the regulated sea area, the regulation is surely cleared and the responsibility is fulfilled while ensuring the economy. Can be realized more accurately.
  • a desalinator that desalinates seawater (freshwater) in order to provide water for daily use
  • the fresh water produced by the dessicator is stored in a water tank.
  • the pipes are supplied to each place of use.
  • the reducing agent aqueous solution is produced by mixing the powdery or granular raw material reducing agent with fresh water in the mixing tank, that is, the reducing agent aqueous solution can be produced at any time while sailing.
  • the tank does not need to be huge and can contribute to space saving. Since the raw water used for the reducing agent aqueous solution is supplied from the water tank, it is not necessary to newly install or add a fresh water generator for producing the reducing agent aqueous solution, which can contribute to cost reduction.
  • the reducing agent aqueous solution produced in the mixing tank is automatically supplied to the catalyst through the aqueous solution pipe, it does not require manual labor. That is, the present invention contributes to labor saving and is therefore suitable for modern ships.
  • the concentration of NOx contained in the exhaust gas generally increases in proportion to the output. Therefore, the concentration of the reducing agent aqueous solution sprayed on the catalyst is preferably increased or decreased in proportion to the concentration of NOx (the amount of spray can be increased or decreased depending on the concentration, but there is a problem that the amount of water generated increases. ).
  • Urea When urea or its inclusion is used as a raw material reducing agent as in claim 8, there is an advantage of excellent safety.
  • Urea has the advantage of high safety, but has the property of high hygroscopicity and the property that the dissolved amount (the number of moles dissolved per unit amount of water) decreases as the temperature of the aqueous solution decreases.
  • the raw material tank is provided with a drying means and the mixing tank and the adjustment tank are provided with a heating means, it is possible to contribute to the realization of automatic mixing by preventing or suppressing the drying of the raw material urea and the aqueous solution. It can contribute to efficient NOx removal by preventing a decrease in the concentration of urea in it.
  • the heating temperature is preferably about 40 ° C.
  • an electric heater such as a sheathed heater can be used as the heating means for the mixing tank and the adjustment tank.
  • the exhaust gas of the engine or the used cooling water is used as the heating means as in claim 9, There is an advantage that the running cost can be suppressed.
  • the reducing agent aqueous solution in the mixing tank As a specific method of manufacturing the reducing agent aqueous solution in the mixing tank, it is possible to periodically manufacture and store it at a predetermined time interval, for example, once a day. It is negative in terms of space saving because the tank is large, and negative in terms of labor saving because it requires manpower. On the other hand, if the structure of claim 10 is adopted, since the manufacture and replenishment are automatically performed when the stock of the aqueous solution is reduced to a predetermined amount, it is not necessary to make the mixing tank and the adjustment tank larger than necessary and save space. In addition to being able to promote, it can greatly contribute to labor saving by eliminating human resources.
  • FIG. 1 is a conceptual block diagram showing equipment / devices related to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific structure of the device
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a ship in operation. First, the arrangement of facilities / devices will be described.
  • the ship includes a diesel engine 1, and a generator 2 is connected to the engine 1.
  • Fuel is supplied to the engine 1 from either the general fuel tank 3 or the low sulfur fuel tank 4.
  • a state in which a switching valve (three-way valve) 6 is interposed in the fuel line 5 connecting both the fuel tanks 3 and 4 and the engine 1 is illustrated. It can be said that it is common to connect fuel injection system pipes to both tanks 3 and 4 and selectively use one of the fuel injection system pipes.
  • an example of general fuel is C heavy oil
  • low sulfur fuel is A heavy oil.
  • the generator of this embodiment is mainly for driving the propulsion motor of the ship
  • the engine 1 can also drive the screw directly.
  • the generator 2 may be connected to the engine 1 as a dedicated engine for obtaining electric power to be used in the ship.
  • An output sensor 7 is attached to the generator 2. The output sensor 7 directly detects the output (or load) of the generator, but the output of the engine 1 and the output of the generator 2 are almost the same, so the output sensor 7 functions as an output detection means of the engine 1. ing.
  • the engine 1 has a main exhaust pipe 8 connected to an exhaust manifold, and an NOx exhaust treatment device 9 is connected to the main exhaust pipe 8.
  • the NOx exhaust treatment device 9 includes an SCR reduction catalyst 10, a slip catalyst 11 for treating NOx that has passed through the SCR reduction catalyst 10, and a silencer 12 in order from the upstream side when viewed from the flow direction of the exhaust gas. have.
  • a discharge pipe 13 is connected to the silencer 12. Note that the discharge pipe 13 can also be considered as a part of the main exhaust pipe 8.
  • the exhaust treatment device 9 is interposed in the middle of the main exhaust pipe 8.
  • the upstream side portion of the exhaust treatment device 9 is defined as the main exhaust pipe 8.
  • a spray port 15 for spraying urea water as an example of the reducing agent aqueous solution is provided in the middle of the main exhaust pipe 8.
  • a blower 14 that ejects air toward the SCR reduction catalyst 10 is connected to the exhaust treatment device 9.
  • a bypass exhaust pipe 16 is connected upstream of the spray port 15 in the main exhaust pipe 8, and the end of the bypass exhaust pipe 16 is connected to the silencer 12 portion of the exhaust treatment device 9. Yes.
  • a switching valve 17 for changing the flow direction of the exhaust gas is provided at a connection portion between the exhaust switching valve 17 and the bypass exhaust pipe 16.
  • a specific structural example of the switching valve 17 is shown in FIG. That is, in this example, the switching valve 17 is of a flat plate type and rotates around a support shaft located at one end thereof, and when rotated by an actuator 18 such as a motor, the inlet of the bypass exhaust pipe 16 is provided. Are switched to a posture for closing the main exhaust pipe 8 and a posture for closing the main exhaust pipe 8.
  • Urea water supply system The ship has a water generator 21 that pumps seawater into the fresh water by the first pump 20 and a water tank 22 that stores fresh water produced by the water generator 21. is doing.
  • the water tank 22 is connected with a number of general water pipes 23 for supplying water to a kitchen or a washroom.
  • sterilization is also performed as drinking water or kitchen water.
  • miscellaneous water before sterilization and sterilized drinking water are separately stored in a water tank.
  • any tank can be used as the water tank 22 (because urea water is not for drinking, it can be used for miscellaneous water).
  • the ship further includes a raw material hopper 24 for charging granular urea as an example of a raw material reducing agent for NOx purification, a mixing tank 25 for mixing the raw material urea supplied from the raw material hopper 24 with water to form urea water, An adjustment tank 26 for adjusting the concentration of urea water produced in the mixing tank 25 is mounted.
  • a raw material hopper 24 for charging granular urea as an example of a raw material reducing agent for NOx purification
  • a mixing tank 25 for mixing the raw material urea supplied from the raw material hopper 24 with water to form urea water
  • An adjustment tank 26 for adjusting the concentration of urea water produced in the mixing tank 25 is mounted.
  • the mixing tank 25 and the water tank 22 are connected by a raw water pipe 27, and the raw material pipe 27 is provided with a second pump 28 for turning on / off water supply.
  • the first aqueous solution pipe 29 is connected, and a third pump 30 is interposed in the first aqueous solution pipe 29.
  • the adjustment tank 26 and the spray port 15 are connected by a second aqueous solution pipe 31, and an electromagnetic type spray opening / closing valve 32 is interposed in the second aqueous solution pipe 31.
  • the raw material hopper 24 is provided with a drying device 34, and the discharge pipe 36 between the raw material hopper 24 and the mixing tank 25 is provided with shutter means 37 for opening and closing the discharge pipe 36.
  • the drying device 34 can use a warm air type or a hygroscopic type.
  • the raw material hopper 24 is provided with a capacity sensor 35 that detects the amount of raw material urea.
  • the specific structure of the shutter unit 37 is also shown in FIG.
  • the shutter means 37 is remotely driven by an actuator such as an electromagnetic solenoid.
  • the mixing tank 25 is provided with a rotary stirring device 38, a water level sensor 39, and a heating means 40.
  • the stirring device 38 is driven by a motor.
  • the heating means 40 is disposed near the bottom of the mixing tank 25 in a looped form.
  • the heating means 40 can be a sheathed heater that generates heat by electric resistance.
  • the heating means 40 can be constituted by a pipe, and the exhaust gas of the engine 1 or the cooling water that has been warmed by using it can be passed through the heating means 40.
  • other types of heating means may be employed.
  • the adjustment tank 26 is also provided with a stirring device 41, a heating means 42, and a water level sensor 43.
  • the adjustment tank 26 and the water tank 22 are connected by a dilution water pipe 44, and a fourth pump 45 is interposed in the dilution water pipe 44 (a switching valve is disposed in place of the fourth pump 45). Is also possible).
  • the adjustment tank 26 is provided with a concentration sensor 46 for detecting the urea concentration of the urea water.
  • the mixing tank 25 and the adjustment tank 26 may have a heat insulating structure.
  • a water level sensor 47 is also provided in the water tank 22, and the first pump 20 automatically operates when the water level falls to the lower limit, and the first pump 20 automatically stops when the water level rises to the upper limit.
  • a control device 50 incorporating a central processing unit (CPU), a memory, and the like is provided as a central device of the exhaust gas purification system.
  • the control device 50 can be manufactured and arranged as a dedicated product, or a commercially available personal computer or workstation can be used.
  • a predetermined program is incorporated in the control device 50, and signals are input and output based on input signals.
  • the controller 50 receives signals from the capacity sensor 35 of the raw material hopper 24, the water level sensor 39 of the mixing tank 25, the water level sensor 43 of the adjustment tank 26, and the output sensor 7 of the generator 2.
  • Capacitance sensors (level meters) 51 and 52 are also provided in the two fuel tanks 3 and 4, and signals are also sent from these capacity sensors 51 and 52 to the control device 50.
  • the fuel switching valve 6 and the exhaust switching valve 17 are also provided with sensors for detecting the open state, and signals from these sensors are sent to the control device 50.
  • the ship C includes an antenna A that receives radio waves from the satellite D and the ground station E, and a ship position that specifies the ship position based on the radio waves received by the antenna A.
  • the automatic detection means B is mounted, and a control signal is also sent from the own ship position automatic detection means B to the control device 50.
  • the location device 48 is considered as part of the control device 50.
  • the drive of the following is controlled by the control device 50. That is, the stirring devices 38 and 41 of the second pump 28, the mixing tank 25 and the adjustment tank 26, the heating means 40 and 42, the shutter means 37, the fourth pump 45 of the dilution water pipe 44, and the spray of the second aqueous solution pipe 31.
  • the driving of the on-off valve 32, the fuel switching valve 6, the exhaust switching valve 17, and the blower 14 is controlled.
  • the concentration of NOx in the exhaust gas is high, the amount of urea required for the unit amount of exhaust gas also increases. Therefore, in the mixing tank 25, an aqueous solution having a urea concentration corresponding to the highest possible NOx concentration is manufactured, and based on the signal from the output sensor 7, the urea water has a urea concentration necessary for purification.
  • the fourth pump 45 is driven to take in the dilution water. When the predetermined concentration is reached, the driving of the fourth pump 45 is stopped. When it is necessary to increase the concentration of urea water, the third pump 30 is driven to take in high-concentration urea water.
  • the concentration of NOx and the concentration of urea water can be a fine adjustment system that adjusts the urea concentration sensitively in response to slight changes in the concentration of NOx. While dividing into multiple zones such as medium output and high output, urea concentration is also divided into multiple concentration areas such as low concentration, medium concentration and high concentration corresponding to the output zone to change the output zone It can be said that the zone adjustment method of changing the density area in accordance with this is realistic.
  • the exhaust system is also provided with a temperature sensor, and cool air is sent from the blower 14 when the temperature of the exhaust gas rises excessively.
  • information indicating what kind of exhaust gas regulation is performed in which sea area is stored as digital data.
  • This information may include information on the entire earth, or may be limited to the range (for example, only the Pacific Ocean or the range of east longitude XX to ⁇ degrees) when the voyage range is limited. Since the contents of regulation may be changed, it is preferable that the regulation map data can be updated.
  • the restriction map memory may be an external medium type such as a CD or a built-in type such as a hard disk.
  • urea water is manufactured in the mixing tank 25, this is sent to the adjustment tank 26, urea adjustment is made, and then it sprays on exhaust gas from the spraying port 15, First, urea water Must be supplied without interruption. Therefore, when the lower limit position is detected from the water level sensor 39 of the mixing tank 25, the second pump 28 is driven to supply water from the water tank 22 to the mixing tank 25 until the water level sensor 39 detects the upper limit position, and the shutter means. 37 is opened, and the raw material urea is supplied to the mixing tank 25 by a predetermined amount and stirred by the stirring device 38. The feed of the raw material urea and the start of driving of the stirring device 38 may be performed simultaneously with the driving of the second pump 28, or may be performed before or after.
  • the third pump 30 When the water level sensor 43 of the adjustment tank 26 detects the lower limit position, the third pump 30 is driven, and when the water level sensor 43 detects the upper limit position, the driving of the third pump 30 is stopped.
  • the drying means of the raw material hopper 24 and the heating means 40 and 42 of the mixing tank 25 and the adjustment tank 26 are of an electric type, these ON / OFF can be controlled remotely. There is no need to switch while the engine is running.
  • the on-off valve 32 of the second aqueous solution pipe 31 is normally kept open, and is closed when the exhaust gas flows through the bypass exhaust pipe 16 and NOx purification is not necessary.
  • the on-off valve 32 By replacing the on-off valve 32 with a flow rate adjusting valve, it is possible to increase or decrease the amount of urea water ejected according to the amount of NOx produced (that is, based on the signal from the concentration sensor of NOx), which is rather preferable.
  • the adjustment tank 26 it is also possible to arrange the adjustment tank 26 at a position lower than the mixing tank 25 so that the adjustment tank 26 is always kept full. In this case, the third pump 30 and the water level sensor 43 are unnecessary. It is also possible to arrange the adjustment tank 26 at a position lower than the mixing tank 25 and allow the urea water to naturally flow from the mixing tank 25 to the adjustment tank 26. In this case, switching is performed in place of the third pump 30. A valve should be provided.
  • FIG. 4 shows a case where the regulated sea area is entered from the regulated sea area.
  • the position of the ship is specified as two-dimensional data of latitude and longitude by the ship position automatic detection means.
  • the own ship position and the restriction map are collated (compared) to determine whether they are outside or inside the restricted sea area. If it is within the regulated sea area, it is determined whether to check the fuel to be used.
  • this embodiment is premised on the outside of the regulated sea area, the description is omitted.
  • the exhaust gas does not pass through the main exhaust pipe 8, or the urea water is not sprayed, a warning is given as an abnormal state, respectively, and the system stops until the countermeasure is completed.
  • the ship position is compared with the regulated sea area boundary position, and the reach distance to the regulated sea area is determined. It is calculated, and it is determined whether the distance is within or outside a target distance that is predetermined as a distance (to be precise, time) required for the purification system switching.
  • the target distance is determined based on the time required for switching and the navigation speed. It is also possible to set the target distance to a variable proportional to the navigation speed (at the high speed, the boundary is reached quickly, so the target distance for preparation needs to be long).
  • the switching preparation process When a predetermined time has elapsed since the switching preparation process, it is determined whether or not the switching preparation is completed. Completion of the switching preparation is performed, for example, when a crew member in charge issues a signal by operating a button. If the switch ready button is pressed before the predetermined time has elapsed, the step of determining whether the switch is ready is passed and the process proceeds to the next.
  • the distance to the regulated sea area is calculated in a short time interval or in real time, and the switching arrival position (for example, a position one to several nautical miles before the boundary between the regulated sea area and the non-regulated sea area) ),
  • the purification device switching such as the fuel switching is automatically performed.
  • the present invention can be embodied in various ways other than the above embodiment.
  • what kind of exhaust gas measures to switch to in what scene can be changed based on the installed equipment / equipment and the contents of regulations.
  • a cleaning dust collector for collecting particulate matter can be used.
  • a purification device that works on exhaust gas such as a catalytic purification device or a cleaning dust collection device, it is possible to vary the purification ability inside and outside the regulated sea area.
  • a ship often has a plurality of engines, but the present invention targets at least one engine.
  • the mixing tank is disposed at a position lower than the water tank, it is possible to employ a simple switching valve as the water supply means.
  • a antenna B own ship position automatic detection means 1 engine 2 generator 3 general fuel tank 4 low sulfur fuel tank 6 fuel switching valve 7 output sensor 8 main exhaust pipe 9 exhaust treatment device 10 SCR reduction catalyst 11 for NOx purification 11 slip catalyst 12 Silencer 15 Urea water spray port 16 Pipe exhaust pipe 17 Exhaust gas switching valve 21 Water generator 22 Water tank 24 Raw material hopper 25 Mixing tank for urea water production 26 Urea water concentration adjustment tank 27 Raw water pipe 28 Example of water supply means Second pump 29, 31 as an aqueous solution pipe 34 Drying means (drying device) 38, 41 Stirring means (stirring device) 39, 43 Water level sensor 40, 42 Heating means (warming device) 50 Control device

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Abstract

　船舶には、一般燃料（Ｃ重油）タンク３と低硫黄燃料（Ａ重油）タンク４とが搭載されている。また、エンジン１の排気系には、尿素水噴霧方式のＳＣＲ触媒１０が配置されていると共に、排気ガスがＳＣＲ触媒１０を経ずに通るパイパス排気管１６が配置されている。自船位置自動検出手段Ｂと規制マップとを照合して規制対象海域までの距離が自動的に演算され、規制対象海域への到達に合わせて、燃料を自動的に一般燃料から低硫黄燃料に切り替えると共に、排気ガスはパイパス排気管１６に流してＳＣＲ触媒１０の機能は停止させる。排気ガス浄化状態の切り換えが自動的に行われる。

Description

船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム
　本願発明は、船舶におけるエンジン（ディーゼルエンジン）の排気ガス浄化システムに関するものであり、より詳しくは、排気ガスの有害成分放出量が規制されている海域に出入りする船舶の排気ガス浄化システムに関するものである。
　船舶には一般にはディーゼルエンジンが搭載されているが、陸上車両と同様に排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化が求められている。また、船舶用ディーゼルエンジンでは重油を燃料にしているため排気ガス中にＳＯｘ（硫黄酸化物）が含まれることが多く、そこで、ＳＯｘの浄化も求められている。
　そして、ＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化手段としては、還元剤として尿素を使用したＳＣＲ触媒浄化法が一般化している。このＳＣＲ触媒浄化法では、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よりなるハニカム構造体が使用されており、ハニカム構造体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、このアンモニアが還元剤としてＮＯｘに作用し、ＮＯｘが無害な窒素と水とに分解される。
　他方、船舶ではコストの面から一般燃料としてＣ重油が多用されているが、Ｃ重油は硫黄分の含有量が多いという性質があり、そこで、ＳＯｘの対策としては、硫黄分が少ないＡ重油を使用することで対処している。環境面では公海・領海を問わず一律に規制するのが好ましいが、ＳＯｘの浄化技術がまだ確立していないことや、Ａ重油の使用を義務づけるのは運行コストやＣ重油の有効利用の面で問題があるという実情があり、そこで、調和策として、現状では、ＳＯｘに関しては規制海域が定められている。
　従って、規制対象海域に出入りする船舶は、燃料として硫黄分の含有量が高いＣ重油と硫黄分の含有量が少ないＡ重油とを搭載し、規制対象海域への出入りに応じて使用する燃料を切り換えることになる。そして、特許文献１には、運転当初は流動性が高いＡ重油を使用して、エンジンがある程度温まったＣ重油に切り換える装置が開示されており、ＳＯｘ規制対象海域に出入りする船舶には、特許文献１に開示されているように切り換え装置が搭載されており、オペレータ（例えば機関士）が手作業で使用燃料を切り換えていた。
　また、ディーゼルエンジンにおいて、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化手段として、還元剤として尿素を使用したＳＣＲ触媒浄化法が一般化している。このＳＣＲ触媒浄化法では、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よりなるハニカム構造体が使用されており、ハニカム構造体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、このアンモニアが還元剤としてＮＯｘに作用し、ＮＯｘが無害な窒素と水とに分解される。
　ＳＣＲ触媒浄化法では排気ガスに尿素水を噴霧し続ける必要があり、そこで、例えばトラックのような陸上車両では、尿素水のタンクを車両に取り付けている。また、特許文献２には、尿素水を車両に供給するための一種のスタンド用設備として、タンクに水と原料尿素と投入して攪拌するようにした台車方式で給水ガン付きの尿素水製造装置が開示されている。
特開２００２－２２７６７６号公報 特開２００５－３２４１３４号公報
　さて、現在の船舶はＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム：全地球測位システム）やサテライトコンパスを利用した自船位置自動検出手段を備えており、これら自船位置自動検出手段を使用した電子海図によって自船の位置を正確に把握することができる。しかし、規制対象海域の境界は人為的に決められたものであり、これは予め情報として知得しておかねばならないのみならず、例えば沿岸○○海里以内という規制では海岸線を正確に把握していないと規制海域の境界を正確に理解できないという実情があり、人手による対応では正確性や迅速性に欠けるという問題がある。勿論、オペレータの負担も大きい（規制海域を通過するのは夜間や嵐のときもあるので、負担は大変である）。
　また、排気ガスに直接に作用する浄化装置としてＮＯｘ浄化用のＳＣＲ還元触媒や粒子状物質除去用の洗浄集塵装置を付加している場合、これらも燃料の切り換えに対応して作動させたり作動停止させたりするのが好ましいが、従来のような手作業方式では正確性・確実性・迅速性に欠けており、規制を遵守できなかったり高価な燃料を浪費したりする虞がある。
　ところで、トラックのような陸上車両の場合は、車両に搭載する尿素水タンクは容量が小さくても、ガソリンスタンドや車庫などで補給できるので特段の問題はないと言える。しかし、他方、貨物船や遠洋漁船のようにいったん出航すると数日～数カ月も寄港（帰港）しない中型・大型船舶の場合は、洋上にはスタンドのような補給設備がないため尿素水も船内で調達せねばならない。
　船舶における尿素水の調達手段の一つとして、出航してから寄港するまでの使用量を賄える尿素水タンクを搭載することが考えられるが、船舶は、一度出航すると洋上ではエンジンを運転し続けているのが普通であるため、単位出力当たりの尿素水使用量は陸上車両に比べて格段に大きいという事情に加えて、船舶用エンジンは陸上車両用エンジンに比べて出力が遥かに大きいため、使用する尿素水の絶対量も多いという事情があり、このため、尿素水タンクは巨大なものにならざるを得ず、従って、尿素水をタンクのみで賄う方式は、近距離フェリーのようなごく一部の船舶を除いて現実性が乏しい。
　船舶における尿素水の他の調達手段の一つとして、特許文献２に記載されている尿素水製造装置をエンジンルームに配置することが考えられる。この方式は巨大なタンクが不要であるためタンクのみの方式に比べると現実性が高いが、製造された尿素水を人手によってガンで水溶液タンクに補給するのは多大の手間であり、省力化が進む現在の船舶には受け容れられ難い。
　本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
　本願発明は幾つかの構成を含んでいる。請求項１の発明は上位概念に係るものであり、この発明に係る船舶は、排気ガスの浄化状態を切り換えできるエンジンと、現在地を自動的に特定できる自船位置自動検出手段とが搭載されており、前記自船位置自動検出手段に基づいて、排気ガス規制対象海域の境界と自船との位置関係が特定され、前記特定された位置関係情報に基づいて、前記エンジンにおける排気ガスの浄化状態が規制に応じた状態に切り換えられる。
　請求項２の発明は、請求項１において、前記排気ガスの浄化状態の切り換えは、燃料の種類の切り換え、１種類又は複数種類の浄化装置のＯＮ・ＯＦＦ切り換え、複数種類の浄化装置を選択的に使用する切り換え、のうちのいずれか一つ又は複数になっている。
　請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記自船位置自動検出手段は、衛星又は地上局若しくは両方から発信された電波に基づいて作動するものであり、排気ガスの浄化状態を切り換える制御装置に自船位置自動検出手段が組み込まれている。
　請求項４の発明は、請求項２において、一般燃料用タンクと低硫黄燃料用タンクとを併設している一方、前記エンジンの排気系は、還元剤添加方式のＮＯｘ浄化装置が接続された主排気管と、排気ガスを前記ＮＯｘ浄化装置に通過させることなく排出するパイパス排気管とを有しており、一般燃料を使用している状態ではパイパス排気管は閉じていてＮＯｘ浄化装置に還元剤が添加されており、低硫黄燃料を使用している状態では排気ガスはパイパス排気管を流れてＮＯｘ浄化装置に添加剤は添加されない、というように制御されている。
　請求項５の発明は、請求項１において、前記自船位置自動検出手段からの情報に基づいてエンジンにおける排気ガスの浄化状態を切り換える制御手段を有しており、前記制御手段には更に、どの海域でどのような排気ガス規制が成されているかという規制海域情報が記憶されており、前記自船位置自動検出手段で検出された位置情報の規制海域情報との比較によって規制海域の境界までの距離を演算し、境界までの距離又は航行時間の目標値を定めて切り換えの準備状態と成す、というように制御される。
　また、本願発明は、エンジンと、海水を真水化する造水機と、前記造水機で造られた真水を溜める水タンクとが搭載されており、前記エンジンの排気管に設けた還元触媒に還元剤水溶液を噴霧することにより、前記エンジンの排気ガス中に含まれているＮＯｘが浄化されており、更に、前記還元剤水溶液は、粉状又は顆粒状のような固体状の原料還元剤を真水に混合することで製造されている、という船舶を対象にしている。
　そして、請求項６の発明では、前記原料還元剤が投入される原料ホッパーと、前記原料ホッパーから排出された原料還元剤を真水に混ぜて水溶液化するための攪拌手段付き混合タンクとを有しており、前記水タンクと混合タンクとは原水管路で接続されており、かつ、前記混合タンクには、還元剤水溶液を還元触媒に導く水溶液管路が接続されている。
　請求項７の発明は、請求項６に加えて、更に、前記エンジンの出力を検知する出力センサ又は排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する濃度センサが具備されている一方、前記水溶液管路には、前記混合タンクから供給された還元剤水溶液を真水で希釈することで還元剤濃度を調節する調節タンクが介在しており、前記出力センサ又は濃度センサからの信号に基づいて調節タンクにおける還元剤の濃度が調節されていると共に、前記調節タンクにも水タンクから給水されている。
　請求項８の発明は、請求項６又は７において、前記原料還元剤は尿素又はその含有物であって粉末状又は顆粒状の外観を呈している一方、前記原料タンクには乾燥手段を設けており、前記混合タンクと調節タンクとには加温度手段を設けている。この請求項８の展開例として請求項９では、前記加温手段は、前記エンジンの排気ガス又は使用済冷却水を熱源にしている。
　請求項１０の発明は、請求項６において、前記混合タンクには水位センサを設けている一方、前記原料ホッパーから混合タンクへの原料還元剤の投入はシャッタ手段で制御されており、かつ、前記原水管路には給水手段を設けており、そして、前記水位センサと給水手段とシャッタ手段とは、前記水位センサによる下限レベル検出信号によって給水手段が作動して給水され、前記水位センサによる上限レベル検出信号によって給水手段が作動停止し、混合タンクへの給水中又は給水後若しくは給水前にシャッタ手段が開いて原料還元剤が投入される、というように関連している。
　本願発明では、船舶が排ガス規制対象海域に入ったり出たりするにおいて、規制対象海域の境界と自船との位置関係が自動的に判断されて、規制対象海域に入る場合は浄化状態を規制がクリアーされる状態に自動的に切り換わって、規制対象海域から出る場合は規制クリアー状態が解除される状態に自動的に切り替わるように制御できる。従って、船排気ガスに関する規制を正確かつ迅速にクリアーできると共に、船員の手間を省いて省力化と負担軽減にも貢献できる。
　排気ガス浄化状態の切り換えは規制内容によって異なるが、ＳＯｘに関する規制は現状では請求項２に記載した態様のうち燃料の切り換えによって対処できる。低硫黄燃料を使用することでＮＯｘ対策が不要になる場合は、燃料の切り換えとＮＯｘ浄化装置の機能ＯＮ・ＯＦＦとを同時に行ってもよいのであり、本願発明ではこのような複数種類の切り換えも簡単かつ正確・迅速に行える。
　自船位置自動検出手段は、具体的には、ＧＰＳ方式位置特定システムやサテライトコンパスを使用できるが、請求項３のように浄化システムの制御装置に自船位置自動検出手段を組み込むと、信号の伝達系統が単純化するため作動の確実性がより高くなる利点がある。
　さて、ＮＯｘの浄化には尿素のような還元剤を添加する還元触媒が使用されているが、ＮＯｘの発生量は燃料の種類にも関係しており、低硫黄分の燃料を使用するとＮＯｘについても還元触媒を使用することなく規制値をクリアーできる場合がある。請求項４の発明はこのような実情に応えたものであり、高品質の燃料を使用している状態では排気ガスをバイパスして排出することにより、還元剤の使用量を抑制して運行コストを抑制できると共に、排気ガスが触媒を通ることに起因した抵抗によって出力のロスが生じることを防止できる。
　燃料の切り換えにはある程度の準備時間が必要であり、また、還元剤を使用した浄化装置の運転開始又は停止についても、還元剤の添加確認などある程度の準備時間が必要であることが一般的である。この点、請求項５の構成を採用すると、規制海域への進入や退出に先立って浄化手段の切り換えを予め準備しておけるため、規制を確実にクリアーして責任は果たしつつ経済性も確保することをより的確に実現できる。
　さて、中・大型の船舶は生活用水等を賄うため海水を真水化（淡水化）する造水機を搭載しているのが通常であり、造水機で造られた真水は水タンクに貯留されて、各使用場所に管路で供給されるようになっている。そして、本願発明では、粉末状や顆粒状の原料還元剤を混合タンクで真水に混ぜることで還元剤水溶液を製造するものであるため、すなわち、航海しながら随時還元剤水溶液を製造できるため、混合タンクは巨大である必要はなくて省スペースに貢献できる。そして、還元剤水溶液に使用する原水は水タンクから給水されるため、還元剤水溶液の製造のための造水機は新設したり増設したりする必要はなく、このためコストダウンに貢献できる。
　また、混合タンクで製造された還元剤水溶液は水溶液管路を介して触媒に自動的に供給されるため、人手がかかることはない。すなわち、本願発明は省力化にも貢献しており、従って、現代の船舶に好適である。
　さて、ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス中に含まれるＮＯｘの濃度は一般に出力に比例して大きくなる。従って、触媒に噴霧する還元剤水溶液の濃度はＮＯｘの濃度に比例して増減するのが好ましい（濃度に応じて噴霧量を増減することも可能であるが、水の発生量が増える弊害がある）。
　そして、本願発明の請求項６の場合、混合タンクで濃度を調節することも可能ではあるが、原料還元剤や希釈水を小出して濃度調節するのは制御が面倒であると共に、濃度調整が正確に行えない虞がある。これに対して請求項７の構成を採用すると、混合タンクでは最も高い出力（ＮＯｘ濃度）に対応した（或いはそれ以上の）高濃度還元剤水溶液を製造しておいて、調整タンクで希釈水を添加することにより、所望の還元剤能動の水溶液を簡単に製造できる利点がある。また、調整タンクの希釈水も水タンクから供給されるものであるため、造水機の新設や増設は必要なくてコスト面でも有利である。
　請求項８のように原料還元剤として尿素又はその含有物を使用すると、安全性に優れている利点がある。また、尿素は安全性が高い利点がある一方で、吸湿性が高い性質と、水溶液の温度が低くなると溶解量（水の単位量当たりに溶け込むモル数）が低下する性質とがあるが、請求項８では原料タンクには乾燥手段を設けて混合タンクと調整タンクとには加温手段を設けているため、原料尿素の乾燥を防止又は抑制して自動的混合の実現に貢献できると共に、水溶液中の尿素の濃度低下を防止して効率的なＮＯｘ除去に貢献できる。なお、加温温度は４０℃程度が好ましい。
　請求項８の場合、混合タンク及び調整タンクの加温手段としてはシーズヒータのような電気ヒータも使用できるが、請求項９のように加温手段としてエンジンの排ガス又は使用済冷却水を使用すると、ランニングコストを抑制できる利点がある。
　混合タンクで還元剤水溶液を製造する具体的な方法としては、例えば１日に１回というように所定の時間間隔で定期的に製造して溜めておくことも可能であるが、これは、混合タンクが大型化するため省スペースの点でマイナスであると共に、人手を要するため省力化という点でもマイナスである。これに対して請求項１０の構成を採用すると、水溶液のストックが所定量まで減ると自動的に製造補給されるため、混合タンク及び調整タンクとは必要以上に大きくする必要がなくて省スペースを推進できると共に、人手を省いて省力化にも大きく貢献できる。
本願発明の実施形態を示す模式的なブロック図である。 排気切り換え弁の一例を示す断面図である。 航行中の船舶の概念図である。 制御例を示すフローチャートである。 （Ａ）は混合タンクの断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視平断面図である。
　次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明に関連した設備・装置を示す概念的なブロック図、図２は装置の具体的構造を示す図、図３は航行中の船舶の概念図である。まず、設備・装置の配置等を説明する。
　(1).エンジン回りの基本構成
　図１に示すように、船舶はディーゼル方式のエンジン１を備えており、エンジン１には発電機２が接続されている。エンジン１には、一般燃料タンク３と低硫黄燃料タンク４とのうち何れか一方から燃料が供給される。図１では、説明の単純化のため両燃料タンク３，４とエンジン１とを結ぶ燃料管路５には切り換え弁（三方弁）６を介在させた状態を描いているが、実際には、両タンク３，４にそれぞれ燃料噴射系配管を接続して、いずれかの燃料噴射系配管を選択的に使用するのが一般的であると言える。従来と同様に、一般燃料の例としてＣ重油が挙げられ、低硫黄燃料としてはＡ重油が挙げられる。
　なお、本実施形態の発電機は主として船舶の推進用モータを駆動するためのものであるが、エンジン１でスクリューを直接に駆動することも可能である。当然ながら、エンジン１を船内で使用する電力を得るための専用のエンジンとして、これに発電機２が接続されていてもよい。発電機２には出力センサ７を取付けている。この出力センサ７は直接には発電機の出力（或いは負荷）を検出するが、エンジン１の出力と発電機２の出力とは殆ど同じなので、出力センサ７はエンジン１の出力検知手段として機能している。
　エンジン１は排気マニホールドに接続された主排気管８を有しており、主排気管８にＮＯｘ用の排気処理装置９が接続される。ＮＯｘ用排気処理装置９は、排気ガスの流れ方向から見て上流側から順に、既述したＳＣＲ還元触媒１０、ＳＣＲ還元触媒１０を通過したＮＯｘを処理するためのスリップ触媒１１、及び消音器１２を有している。消音器１２には放出管１３が接続されている。なお、放出管１３も主排気管８の一部と観念することは可能であり、この場合は、主排気管８の途中に排気処理装置９が介在していることになるが、本実施形態では、便宜的に排気処理装置９の上流側の部分を主排気管８として定義している。
　主排気管８の中途部には、還元剤水溶液の一例としての尿素水を噴霧するための噴霧口１５を設けている。また、排気処理装置９には、ＳＣＲ還元触媒１０に向けて空気を噴出させるブロワ１４が接続されている。また、主排気管８のうち噴霧口１５よりも上流側にはパイパス排気管１６が接続されており、バイパス排気管１６の終端は、排気処理装置９のうち消音器１２の部分に接続されている。
　図では省略しているが、排気処理装置９の下流側に、粒子状物質を補修する洗浄集塵装置を接続することも可能である。或いは、アフターバーナーを接続するといったことも可能である。
　排気切り換え弁１７とバイパス排気管１６との接続部には排気ガスの流れ方向を変えるための切り替え弁１７を設けている。切り替え弁１７の具体的構造例を図２に挙げている。すなわちこの例では、切り換え弁１７は平板方式になっていてその一端部に位置した支軸を中心に回動するようにっており、モータ等のアクチェータ１８で回転すると、バイパス排気管１６の入り口を閉じる姿勢と主排気管８を閉じる姿勢とに切り替わる。
　(2).尿素水の供給系統
　船舶には、海水を第１ポンプ２０で汲み上げて真水化する造水機２１と、造水機２１で造られた真水を溜めておく水タンク２２とを有している。水タンク２２には厨房や洗面所等に給水するための一般水管路２３が多数接続されている。造水機２１で真水化しただけの水には雑菌が多数混入している場合がある。そこで、飲料用水や厨房用水として滅菌処理することも行われており、この場合は、滅菌前の雑水と滅菌した飲料水とを別々に水タンクに溜めることになる。この場合は、本実施形態ではいずれのタンクをも水タンク２２として使用できる（尿素水は飲用ではないので、使用するのは雑水で差し支えない）。
　船舶には、更に、ＮＯｘ浄化用原料還元剤の一例としての顆粒状尿素を投入する原料ホッパー２４と、原料ホッパー２４から供給された原料尿素を水に混ぜて尿素水となす混合タンク２５と、混合タンク２５で製造された尿素水の濃度を調節する調整タンク２６とが搭載されている。
　混合タンク２５と水タンク２２とは原水管路２７で接続されていて、原料管路２７には給水をＯＮ・ＯＦＦする第２ポンプ２８を介在させており、混合タンク２５と調整タンク２６とは第１水溶液管路２９で接続されており、第１水溶液管路２９には第３ポンプ３０を介在させている。調整タンク２６と噴霧口１５とは第２水溶液管路３１で接続されており、第２水溶液管路３１には電磁式等の噴霧開閉弁３２を介在させている。
　原料ホッパー２４には乾燥装置３４が設けられており、かつ、原料ホッパー２４と混合タンク２５との間の放出管３６には、当該放出管３６を開閉するシャッタ手段３７を設けている。乾燥装置３４は温風式や吸湿剤式などを使用できる。原料ホッパー２４には、原料尿素の量を検知する容量センサ３５が設けられている。シャッタ手段３７の具体的構造は図５（Ａ）でも表示している。シャッタ手段３７は電磁ソレノイド等のアクチェータで遠隔的に駆動される。混合タンク２５にはロータリー式攪拌装置３８と水位センサ３９と加温手段４０とを設けている。攪拌装置３８はモータで駆動される。
　なお、原料ホッパー２４で原料尿素を放出するにおいて、シャッタ手段３７が開いている限り流れ続ける方式と、シャッタ手段３７が１回作動すると一定量が放出される升方式とが有り得るが、本願発明ではどちらも採用できる（制御の容易性という点では升方式が優れていると言える）。また、原料ホッパー２４に羽根車式等の攪拌装置を設けて、定期的に攪拌して原料尿素を常に顆粒状又は粉末状に保持することも可能である。
　図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、加温手段４０はループ状に巻かれた形態で混合タンク２５の底近くに配置されている。具体的には、加温手段４０は、電気抵抗で発熱するシーズヒータとすることができる。或いは、加温手段４０をパイプで構成して、その内部にエンジン１の排気ガスや使用して温水化した冷却水を通すことができる。勿論、他の方式の加温手段も採用できる。
　調整タンク２６にも、攪拌装置４１と加温手段４２と水位センサ４３とを設けている。また、調整タンク２６と水タンク２２とは希釈水管路４４で接続されており、希釈水管路４４には第４ポンプ４５を介在させている（第４ポンプ４５の代わりに切り換え弁を配置することも可能である）。更に、調整タンク２６には、尿素水の尿素濃度を検知する濃度センサ４６を設けている。なお、混合タンク２５や調整タンク２６を断熱構造とすることも可能である。水タンク２２にも水位センサ４７を設けており、水位が下限まで下がると第１ポンプ２０が自動的に作動し、水位が上限まで上がると第１ポンプ２０は自動停止する。
　(3).制御系の構成
　本実施形態では、排気ガス浄化システムの中枢装置として、中央演算装置（ＣＰＵ）やメモリー等を内蔵した制御装置５０を有している。制御装置５０は専用品として製造・配置することも可能であるし、市販のパソコンやワークステーションを使用することもできる。
　制御装置５０には所定のプログラムが組み込まれており、入力信号に基づいて信号が入出力される。例えば、制御装置５０には、原料ホッパー２４の容量センサ３５、混合タンク２５の水位センサ３９、調整タンク２６の水位センサ４３、発電機２の出力センサ７から信号が入力される。２つの燃料タンク３，４にも容量センサ（レベル計）５１，５２が設けられており、これらの容量センサ５１，５２からも制御装置５０に信号が送られる。図示してないが、燃料切り換え弁６や排気切り換え弁１７にも開き状態を検知するセンサが設けられておおり、これらのセンサからの信号が制御装置５０に送られている。
　更に、図３の概念図に示すように、船舶Ｃには衛星Ｄや地上局Ｅからの電波を受信するアンテナＡと、アンテナＡで受信した電波に基づいて自船位置を特定する自船位置自動検出手段Ｂが搭載されており、自船位置自動検出手段Ｂからも制御信号が制御装置５０に送られる。位置特定装置４８は制御装置５０の一部として観念される。
　制御装置５０により、次のものの駆動が制御される。すなわち、第２ポンプ２８、混合タンク２５及び調整タンク２６の攪拌装置３８，４１と加温手段４０，４２、シャッタ手段３７、希釈水管路４４の第４ポンプ４５、第２水溶液管路３１の噴霧開閉弁３２、燃料切り換え弁６、排気切り換え弁１７、ブロワ１４の駆動が制御される。
　排気ガス中のＮＯｘの濃度が高いと、排気ガスの単位量に必要な尿素の量も多くなる。そこで、混合タンク２５では、想定される最も高いＮＯｘ濃度に対応した尿素濃度の水溶液を製造しておき、出力センサ７からの信号に基づいて、尿素水が浄化に必要な尿素濃度になるように第４ポンプ４５を駆動して希釈水を取り込む。所定の濃度になったら第４ポンプ４５の駆動を停止する。尿素水の濃度を濃くせねばならない場合は、第３ポンプ３０を駆動して高濃度の尿素水を取り込むことになる。
　ＮＯｘの濃度と尿素水の濃度とは、ＮＯｘの僅かの濃度変化に対応して尿素濃度を敏感に調節する微調整方式とすることも可能であるが、エンジン１の出力範囲を例えば低出力・中出力・高出力のような複数のゾーンに分ける一方、尿素濃度も出力ゾーンに対応して低濃度・中濃度・高濃度のような複数の濃度エリアに分けておいて、出力ゾーンの変更に応じて濃度エリアを変えるというゾーン調節方式が現実的であるとも言える。なお、排気系には温度センサも設けており、排気ガスの温度が過剰に上昇した場合はブロワ１４から冷気が送られる。
　制御装置５０に設けたメモリーには、どの海域でどのような排気ガス規制が行われているかという情報（規制マップ）がデジタルデータとして記憶されている。この情報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る場合は当該範囲（例えば、太平洋のみや東経○○～△△度の範囲）に限定されていてもよい。規制内容は変更されることがあるので、規制マップデータは更新可能であるのが好ましい。なお、規制マップ用メモリーはＣＤのような外部媒体方式でもよいし、ハードディスクのような内蔵方式でもよい。
　さて、本実施形態では、混合タンク２５で尿素水が製造されて、これが調整タンク２６に送られて尿素調整が成されて、それから噴霧口１５から排気ガスに噴霧されるが、まず、尿素水が間断なく供給されることが必要である。そこで、混合タンク２５の水位センサ３９から下限位置を検出したら、第２ポンプ２８を駆動して水位センサ３９が上限位置を検出するまで水タンク２２から水を混合タンク２５に給水すると共に、シャッタ手段３７を開いて原料尿素を所定量だけ混合タンク２５に供給し、攪拌装置３８で攪拌する。原料尿素の投入や攪拌装置３８の駆動開始は第２ポンプ２８の駆動と同時でもよいし、前でもよいし後でもよい。
　調整タンク２６の水位センサ４３が下限位置を検知したら第３ポンプ３０を駆動し、水位センサ４３が上限位置を検知したら第３ポンプ３０の駆動を停止する。原料ホッパー２４の乾燥手段と混合タンク２５及び調整タンク２６の加温手段４０，４２とが電気式のものである場合は、これらのＯＮ・ＯＦＦも遠隔的に制御可能であるが、通常は、エンジンの運転中に切り換える必要はない。
　また、第２水溶液管路３１の開閉弁３２も普通は開の状態のままであり、排気ガスがバイパス排気管１６を流れてＮＯｘ浄化の必要がないときに閉じる。開閉弁３２を流量調整弁に置き換えて、ＮＯｘの生成量に応じて（すなわちＮＯｘの濃度センサからの信号に基づいて）尿素水の噴出量を増減することは可能であり、むしろ好ましいと言える。
　調整タンク２６を混合タンク２５よりも低い位置に配置して、調整タンク２６は常に満杯状態に保持することも可能である。この場合は第３ポンプ３０と水位センサ４３とは不要になる。また、調整タンク２６を混合タンク２５よりも低い位置に配置して、尿素水を混合タンク２５から調整タンク２６に自然流下させることも可能であり、この場合は、第３ポンプ３０に代えて切り換え弁を設けたらよい。
　(4).制御の具体例
　次に、図４の制御フローに基づいて、規制海域との関係における制御例を説明する。図４のフローは、規制対象海域から規制対象海域に入る場合を示している。まずシステムを立ち上げると、自船位置自動検出手段によって自船の位置が緯度と経度との二次元データとして特定される。次に、自船位置と規制マップとが照合（比較）されて、規制対象海域の外か内かが判断される。規制対象海域内である場合は使用燃料の確認等が判断されるが、本実施形態は規制対象海域外を前提にしているので説明は省略する。
　自船が規制対象海域外にある場合は、燃料に一般燃料が使用されているか否かと、排気ガスがパイパス排気管１６でなくて主排気管８を通過しているか否かと、尿素水の噴霧が行われているか否かが確認される。一般燃料が使用されているか否かは燃料切り換え弁６に設けたセンサからの信号によって判断され、排気ガスが主排気管８を通過しているか否かは排気切り換え弁１７の開閉動によって作動するセンサからの信号で判断され、尿素水の噴霧が行われているか否かは噴霧開閉弁３２に設けたセンサからの信号によって判断される。
　一般燃料が使用されていない場合、排気ガスが主排気管８を通過していない場合、尿素水が噴霧されていない場合は、それぞれ異常状態として警告がなされ、対処が済むまでシステムは停止する。一般燃料が使用されて排気処理装置９も正常に作動してＮＯｘの除去が行われている場合は、自船位置と規制対象海域境界位置とが比較されて、規制対象海域までの到達距離が演算され、その距離が浄化システム切り換えに要する距離（正確には時間）として予め定められているターゲット距離の内か外かが判断される。ターゲット距離は、切り換えに必要な時間と航行速度とに基づいて定められる。ターゲット距離を航行速度に比例する変数に設定しておくとことも可能である（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とっておく必要がある）。
　規制対象海域までの距離がターゲット距離よりも大きい場合は特段の措置はなされずにシステムは中断状態になり、所定時間が経過すると再びターゲット距離の内か外かが判断される。規制対象海域までの距離がターゲット距離よりも小さくなった場合は、燃料の切り換えや尿素水の噴霧停止切り換えの準備がなされる。準備としては、例えばアラームを発して、手作業が必要な行為については船員にその措置を取らせる。
　切り換え準備処理から所定時間が経過したら、切り換え準備が完了したか否かが判断される。切り換え準備の完了は、例えば担当船員がボタン操作で信号を発することが行われる。所定時間の経過前に切り換え準備完了ボタンが押された場合は、切り換え準備完了か否かを判断するステップはパスして次に移行する。
　ターゲット距離への進入後は、規制対象海域までの距離は短い時間間隔又はリアルタイムで演算されており、切り換え到達位置（例えば規制対象海域と規制対象外海域との境界から１～数海里前の位置）に到達すると、燃料の切り換え等の浄化装置の切り換えが自動的に行われる。
　本実施形態では、燃料がＡ重油に切り替わると排気ガスはパイパス排気管１６に流れて尿素水の噴霧は停止するようなっている。もとより、燃料のみを切り換えて、排気ガスは主排気管８を通過させてＮＯｘの浄化を継続することも可能である。
　燃料の切り換え等のシステム変更が完了すると、燃料切り換え弁６に設けたセンサからの信号等により、切り換え終了が報告されて、システムは終了する。切り換え完了信号が受信されない場合は、どの位置にトラブルがあるかを明示した状態で警告が発せられ、手作業によってトラブルの原因が除去される。
　以上の説明は規制対象外海域から規制対象海域に進入する場合の制御を示したが、規制対象海域から規制対象外海域に出る場合は、判断すべき事項が逆になるだけで基本的な流れは上記と同じである。また、上記の説明は規制対象海域に入る場合と規制対象海域から出る場合とでシステムを異にして説明したが、実際には、自船位置を特定したら、規制対象海域の内か外かが判断されて、その判断結果に基づいて大きくシステムを２つに枝分かれさせることになると言える。
　(5).その他
　本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、どのような場面でどのような排気ガス対策に切り換えるかは、搭載している装置・設備や規制内容に基づいて変更できるのであり、例えば、粒子状物補集用の洗浄集塵装置を備えている場合は、規制対象海域への進入に合わせて洗浄集塵装置を稼働させることが可能である。触媒式浄化装置や洗浄集塵装置のように排気ガスに働きかける浄化装置を備えている場合、規制対象海域の内外で浄化能力を異ならせることも可能である。
　更に、３種類以上の燃料を搭載しておいて規制内容の強弱に応じてこれらを使い分けることや、複数種類の燃料を混合してエンジンに供給できる場合において規制対象海域への出入りに応じて混合割合を変更することも可能である。
　また、例えば、船舶には複数台のエンジンを搭載していることも多いが、本願発明は少なくとも１台のエンジンを対象にしている。混合タンクを水タンクよりも低い位置に配置した場合、給水手段としては単なる切り換え弁を採用することも可能である。
　　Ａ　アンテナ
　　Ｂ　自船位置自動検出手段
　　１　エンジン
　　２　発電機
　　３　一般燃料タンク
　　４　低硫黄燃料タンク
　　６　燃料切り換え弁
　　７　出力センサ
　　８　主排気管
　　９　排気処理装置
　１０　ＮＯｘ浄化用のＳＣＲ還元触媒
　１１　スリップ触媒
　１２　消音器
　１５　尿素水の噴霧口
　１６　パイパス排気管
　１７　排気切り換え弁
　２１　造水機
　２２　水タンク
　２４　原料ホッパー
　２５　尿素水製造用の混合タンク
　２６　尿素水の濃度調整タンク
　２７　原水管路
　２８　給水手段の一例としての第２ポンプ
　２９，３１　水溶液管路
　３４　乾燥手段（乾燥装置）
　３８，４１　攪拌手段（攪拌装置）
　３９，４３　水位センサ
　４０，４２　加温手段（加温装置）
　５０　制御装置

Claims (10)

  1. 　排気ガスの浄化状態を切り換えできるエンジンと、現在地を自動的に特定できる自船位置自動検出手段とが搭載されており、
    　前記自船位置自動検出手段に基づいて、排気ガス規制対象海域の境界と自船との位置関係が特定され、前記特定された位置関係情報に基づいて、前記エンジンにおける排気ガスの浄化状態が規制に応じた状態に切り換えられる、
    船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  2. 　前記排気ガスの浄化状態の切り換えは、燃料の種類の切り換え、１種類又は複数種類の浄化装置のＯＮ・ＯＦＦ切り換え、複数種類の浄化装置を選択的に使用する切り換え、のうちのいずれか一つ又は複数である、
    請求項１に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  3. 　前記自船位置自動検出手段は、衛星又は地上局若しくは両方から発信された電波に基づいて作動するものであり、排気ガスの浄化状態を切り換える制御装置に自船位置自動検出手段が組み込まれている、
    請求項１又は２に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  4. 　一般燃料用タンクと低硫黄燃料用タンクとを併設している一方、前記エンジンの排気系は、還元剤添加方式のＮＯｘ浄化装置が接続された主排気管と、排気ガスを前記ＮＯｘ浄化装置に通過させることなく排出するパイパス排気管とを有しており、一般燃料を使用している状態ではパイパス排気管は閉じていてＮＯｘ浄化装置に還元剤が添加されており、低硫黄燃料を使用している状態では排気ガスはパイパス排気管を流れてＮＯｘ浄化装置に添加剤は添加されない、というように制御されている、
    請求項２に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  5. 　前記自船位置自動検出手段からの情報に基づいてエンジンにおける排気ガスの浄化状態を切り換える制御手段を有しており、前記制御手段には更に、どの海域でどのような排気ガス規制が成されているかという規制海域情報が記憶されており、前記自船位置自動検出手段で検出された位置情報の規制海域情報との比較によって規制海域の境界までの距離を演算し、境界までの距離又は航行時間の目標値を定めて切り換えの準備状態と成す、というように制御される、
    請求項１に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  6. 　エンジンと、海水を真水化する造水機と、前記造水機で造られた真水を溜める水タンクとが搭載されており、前記エンジンの排気管に設けた還元触媒に還元剤水溶液を噴霧することにより、前記エンジンの排気ガス中に含まれているＮＯｘが浄化されており、更に、前記還元剤水溶液は、粉状又は顆粒状のような固体状の原料還元剤を真水に混合することで製造されている、という船舶において、
    　前記原料還元剤が投入される原料ホッパーと、前記原料ホッパーから排出された原料還元剤を真水に混ぜて水溶液化するための攪拌手段付き混合タンクとを有しており、前記水タンクと混合タンクとは原水管路で接続されており、かつ、前記混合タンクには、還元剤水溶液を還元触媒に導く水溶液管路が接続されている、
    船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  7. 　更に、前記エンジンの出力を検知する出力センサ又は排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する濃度センサが具備されている一方、前記水溶液管路には、前記混合タンクから供給された還元剤水溶液を真水で希釈することで還元剤濃度を調節する調節タンクが介在しており、前記出力センサ又は濃度センサからの信号に基づいて調節タンクにおける還元剤の濃度が調節されていると共に、前記調節タンクにも水タンクから給水されている、
    請求項６に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  8. 　前記原料還元剤は尿素又はその含有物であって粉末状又は顆粒状の外観を呈している一方、前記原料ホッパーには乾燥手段を設けており、前記混合タンクと調節タンクとには加温手段を設けている、
    請求項６又は７に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  9. 　前記加温手段は、前記エンジンの排気ガス又は使用済冷却水を熱源にしている、
    請求項８に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
  10. 　前記混合タンクには水位センサを設けている一方、前記原料ホッパーから混合タンクへの原料還元剤の投入はシャッタ手段で制御されており、かつ、前記原水管路には給水手段を設けており、そして、
    　前記水位センサと給水手段とシャッタ手段とは、前記水位センサによる下限レベル検出信号によって給水手段が作動して給水され、前記水位センサによる上限レベル検出信号によって給水手段が作動停止し、混合タンクへの給水中又は給水後若しくは給水前にシャッタ手段が開いて原料還元剤が投入される、というように関連している、
    請求項６に記載した船舶におけるエンジンの排気ガス浄化システム。
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