JP2017217982A

JP2017217982A - 船体構造

Info

Publication number: JP2017217982A
Application number: JP2016113005A
Authority: JP
Inventors: 佳祐新川; Keisuke SHINKAWA; 伸哉湯浅; Shinya Yuasa
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2017-12-14
Also published as: WO2017213044A1

Abstract

【課題】ＮＯ_X２次規制対応の船舶を、簡単にＮＯ_X３次規制対応の船舶に改修可能にすることができる船体構造を提供する。
【解決手段】排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムを設置するための機器設置領域を、上甲板１２上であってエンジンケーシング１４の周囲に形成する。排ガス浄化システムを設置する場合、本体７０をエンジンケーシング１４の例えば右舷側に設ける。排ガス浄化システムを搭載する場合、本体７０において、上甲板１２より上方に位置する第１の甲板７１に低圧ＳＣＲリアクタ５１を載置する。低圧ＳＣＲリアクタ５１に連結される第１の低圧ＳＣＲ配管５２を排気管２６の第１の分岐部３４に連結する。低圧ＳＣＲリアクタ５１に連結される第２の低圧ＳＣＲ配管５５を排気管２６の第２の分岐部３５に連結する。
【選択図】図５

Description

本発明は、排ガス浄化システムを搭載可能に構成された船体構造に関する。

近年船舶による環境汚染を削減するため、国際海事機関（ＩＭＯ）の海洋環境保護委員会はＮＯ_XやＳＯ_X等の有害物質の排出規制を定めており、２０１６年１月１日以降の起工船はＮＯ_X３次規制の適用対象となる。その対策としてＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction（選択触媒還元装置））やＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation（排気ガス再循環装置））等の装置を備えた排ガス浄化システムが知られている（特許文献１）。

特開２０１２−２４０４４６号公報

ＮＯ_X３次規制が適用される海域は限定された規制海域（Emission Control Area（ＥＣＡ））のみであり、その他の海域は２次規制が適用される。したがって２０１６年１月１日以降の起工船であっても、ＥＣＡ海域を航行しない前提で、２次規制のみに対応した船舶として就航することも可能である。しかし、このような船舶であっても、運用される航路の変更などの要因で、ＥＣＡ海域を航行しなければならない状況が生じた場合には、ＮＯ_X３次規制に合致した排ガス浄化システムのレトロフィットを講じる必要がある。

本発明は、ＮＯ_X２次規制対応の船舶を、簡単にＮＯ_X３次規制対応の船舶に改修可能にすることを目的としている。

本発明に係る第１の船体構造は、排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムを設置するための機器設置領域を、上甲板上であってエンジンケーシングの周囲に形成したことを特徴としている。

好ましくは、排ガス浄化システムの入口部である第１の連結管は、主機関から延びる排気管において上甲板よりも下側または上側に形成された第１の分岐部に連結され、排ガス浄化システムの出口部である第２の連結管は、排気管において上甲板よりも上側に形成された第２の分岐部に連結される。この構成において、第１の連結管において第１の分岐部に近接した部位に、排ガス浄化システムのリアクタ入口弁が設置可能であり、第２の連結管において第２の分岐部に近接した部位に、排ガス浄化システムのリアクタ出口弁が設置可能であってもよい。

排ガス浄化システムを収容するための本体は例えば、上甲板よりも上方に位置する他の甲板を有する。この構成において、排ガス浄化システムの少なくとも低圧選択触媒還元リアクタは上甲板上または他の甲板上に載置されてもよい。また、排ガス浄化システムのブロワユニットとバーナーユニットと気化器とが上甲板よりも上方に載置されてもよい。さらに、排ガス浄化システムの尿素水製造装置と尿素水タンクと尿素水供給ユニットとが上甲板よりも上方に載置されてもよく、また排ガス浄化システムのアンモニア水タンクとアンモニア水供給ユニットとが上甲板よりも上方に載置されてもよい。尿素粉を尿素水製造装置に供給するための開口部は例えば、尿素水製造装置が載置された甲板より上側の甲板に形成される。

機器設置領域がエンジンケーシングに対して、船体の片舷側のみに形成されてもよく、
船体の両舷側に形成されてもよく、さらにエンジンケーシングの上面に形成されてもよい。あるいは機器設置領域はエンジンケーシングおよび煙突の前後に形成されてもよい。

本発明に係る第２の船体構造は、発電機エンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムの低圧選択触媒還元リアクタを設置するための機器設置領域を、上甲板上であってエンジンケーシング内の外部に接する壁に近接した位置に形成したことを特徴としている。

本発明によれば、ＮＯ_X２次規制対応の船舶を、簡単にＮＯ_X３次規制対応の船舶に改修可能にすることができる。

本発明の第１実施形態を適用した船舶を側方から見た模式図である。船尾部の構造物の上甲板上における配置関係を示す平面図である。舶用エンジンシステムと排ガス浄化システムを示すブロック図である。機器設置領域に排ガス浄化システムが設けられない場合の構成を示し、船舶を後方から見た横断面図である。排ガス浄化システムの低圧ＳＣＲリアクタと排気管の連結関係を示し、船舶を後方から見た横断面図である。排ガス浄化システムの本体において低圧ＳＣＲリアクタよりも船尾側の部分における機器配置を示し、船舶を後方から見た横断面図である。上甲板上の機器配置を示す平面図である。第１の甲板上の機器配置を示す平面図である。第２の甲板上の機器配置を示す平面図である。第２実施形態において、機器設置領域に排ガス浄化システムが設けられない場合の構成を示し、船舶を後方から見た横断面図である。第２実施形態における排ガス浄化システムの配置例を示し、船舶を後方から見た横断面図である。第３実施形態を適用した船舶を側方から見た模式図である。第４実施形態において、機器設置領域に排ガス浄化システムが設けられない場合の構成を示し、船舶を後方から見た横断面図である。第４実施形態において、機器設置領域に排ガス浄化システムが設けられる場合の構成を示し、船舶を後方から見た横断面図である。

以下、図示された実施形態を参照して本発明を説明する。
図１、２は、本発明の第１実施形態である船体構造において排ガス浄化システムの設置場所を示している。これらの図に示されるように、船尾部１１の上甲板１２の上には居住区１３が設けられる。居住区１３の後方にはエンジンケーシング１４が設けられ、エンジンケーシング１４の上には煙突１８が設けられる。エンジンケーシング１４の側方に、排ガスに含まれる窒素成分を低減するための排ガス浄化システムを設置するための機器設置領域１５が形成される。また船尾部１１において、機関室１６内には主機関１７が設置される。なお符号１９は、後述する第４実施形態における機器設置領域である。

図３は舶用エンジンシステム２０と排ガス浄化システム５０を示すブロック図である。排ガス浄化システム５０は、ＮＯ_X３次規制が適用される海域を航行する船舶の場合、機器設置領域１５に設置され、ＮＯ_X３次規制が適用されない海域のみを航行する船舶の場合、設置する必要はない。

舶用エンジンシステム２０において、ユニフロー送気ディーゼルエンジンの主機関１７に形成された排気ポート２２は排気レシーバ２３に接続され、掃気ポート２４は掃気レシーバ２５に接続される。排気レシーバ２３に連結された排気管２６の途中にはターボ過給機３０のタービン３１が設けられ、排気管２６のタービン３１よりも下流側は鉛直上方へ延び、エンジンケーシング１４（図１）を貫通して煙突１８に導かれる。排気管２６においてエンジンケーシング１４の部分には排ガスエコノマイザ２７が設けられる。排気管２６において、タービン３１より上流側と下流側は排気ガスバイパス（ＥＧＢ）管２８によって連結され、ＥＧＢ管には排気ガスバイパスバルブ２９が設けられる。一方、掃気レシーバ２５に連結された掃気管３３の途中にはターボ過給機３０のコンプレッサ３２が設けられる。

したがって排気ポート２２から排出された排気ガスは、排気レシーバ２３を経由し、排気管２６を通ってタービン３１へ送られ、これによりタービン３１を回転させて、煙突あるいは排ガス浄化システム５０へ排気される。コンプレッサ３２はタービン３１と一体的に回転し、これにより掃気管３３を通る空気が加圧され、掃気レシーバ２５を介して掃気ポート２４に供給される。タービン３１に供給される排気ガスの流量はバイパスバルブ２９の開度を調節することによって制御される。

排ガス浄化システム５０は、低圧選択触媒還元（ＳＣＲ）リアクタ５１においてＮＯ_Xに対して還元作用を起こすもので、低圧ＳＣＲリアクタ５１の入口部には、タービン３１よりも下流側部分において排気管２６から分岐する第１の低圧ＳＣＲ配管５２が連結される。低圧ＳＣＲ配管５２にはリアクタ入口弁５３が設けられ、リアクタ入口弁５３と低圧ＳＣＲリアクタ５１の間には還元剤注入部５４が設けられる。低圧ＳＣＲリアクタ５１の出口部には第２の低圧ＳＣＲ配管５５の一端が連結され、第２の低圧ＳＣＲ配管５５の他端は、排気管２６の排ガスエコノマイザ２７より下流側に連結される。また第２の低圧ＳＣＲ配管５５にはリアクタ出口弁５６が設けられ、排気管２６の排ガスエコノマイザ２７より上流側にはリアクタバイパス弁５７が設けられる。リアクタバイパス弁５７は排ガスエコノマイザ２７より下流側に設けられてもよい。また排ガスエコノマイザ２７は燃料焚きボイラと一体となったコンポジットボイラであってもよい。

還元剤分解ユニット６０は、ブロワユニット６１とバーナーユニット６２と気化器６３と排ガス管６５を有する。ブロワユニット６１は排ガス管６５によって第２の低圧ＳＣＲ配管５５のリアクタ出口弁５６よりも上流側に接続され、低圧ＳＣＲリアクタ５１から排出された排気ガスの一部をバーナーユニット６２へ供給する。バーナーユニット６２はブロワユニット６１から送られた排気ガスを加熱し、気化器６３へ供給する。気化器６３には尿素水あるいはアンモニア水が還元剤として供給され、バーナーユニット６２から送られた高温ガスによって気化し、アンモニアに分解される。気化器６３において生じたアンモニアは還元剤注入部５４で排ガス中に噴射され、ミキサ５８において排ガスと混合される。ミキサ５８においてアンモニアと混合された排ガスは低圧ＳＣＲリアクタにおいてＮＯ_X還元反応を起こす。

図４は機器設置領域１５に排ガス浄化システム５０（図３）が設けられない場合の構成を示している。この図において、排気管２６は主機関１７から鉛直上方に延び、エンジンケーシング１４を貫通して煙突１８に達している。排気管２６において上甲板１２よりも下側に形成された第１の分岐部３４は、排ガス浄化システム５０の入口部である第１の低圧ＳＣＲ配管（第１の連結管）５２を連結するために設けられる。また排気管２６において上甲板１２よりも上側に形成された第２の分岐部３５は、排ガス浄化システム５０の出口部である第２の低圧ＳＣＲ配管（第２の連結管）５５を連結するために設けられる。

図５〜９を参照して、機器設置領域１５に排ガス浄化システム５０が設けられる場合の各機器の配置を説明する。なお図７〜９において符号（ａ）は排ガス浄化システム５０が設けられない場合を示している。

図５に示すように本実施形態では、排ガス浄化システム５０を収容するための本体７０はエンジンケーシング１４の右舷側に設けられる。本体７０は上甲板１２に設置され、上甲板１２の上方に位置する第１の甲板（Ａデッキ）７１と、第１の甲板７１の上方に位置する第２の甲板（Ｂデッキ）７２とを有する。低圧ＳＣＲリアクタ５１は第１の甲板７１の上に載置されているが、第２の甲板７２や上甲板１２の上に載置されてもよい。第１の低圧ＳＣＲ配管５２は排気管２６の第１の分岐部３４に連結され、第２の低圧ＳＣＲ配管５５は排気管２６の第２の分岐部３５に連結されている。リアクタ入口弁５３は第１の低圧ＳＣＲ配管５２において第１の分岐部３４に近接した部位に設けられ、リアクタ出口弁５６は第２の低圧ＳＣＲ配管５５において第２の分岐部３５に近接した部位に設けられている。

図６は排ガス浄化システム５０の本体７０において低圧ＳＣＲリアクタ５１（図５）よりも船尾側の部分における機器配置を示している。この図は、船内に貯蔵した尿素粉と水を尿素水製造装置で混合し、尿素水を製造する方法を採用した場合を示している。第１の甲板７１の上には尿素水製造装置８０と尿素水タンク８１が配置されている。本体７０の天井には、尿素粉が入った袋状包材８２を搬送するためのレール８３が設けられ、第２の甲板７２には、袋状包材８２を尿素水製造装置８０に受け渡すために開口部８４が形成されている。本体７０の屋上には、袋状包材８２を本体７０内に供給するため、プロビジョンクレーン８５と尿素粉搬入用ハッチ８６が設けられている。また本体７０の屋上には、本体７０内を換気するために通風機８７が設けられている。

図７（ａ）、（ｂ）は上甲板１２上の機器配置を示している。上甲板１２上には、排ガス浄化システム５０の還元剤注入部５４とブロワユニット６１とバーナーユニット６２と気化器６３とが載置される。また上甲板１２上には、尿素注入ユニット６４が設けられる。尿素注入ユニット６４は気化器６３に尿素水を供給するものである。なお、還元剤としてアンモニア水を使用する場合は、尿素注入ユニット６４に代えてアンモニア注入ユニットが設けられる。また、還元剤注入部５４は上甲板１２より下方に載置されてもよい。

図８（ａ）、（ｂ）は第１の甲板７１上の機器配置を示している。第１の甲板７１上には、排ガス浄化システム５０の低圧ＳＣＲリアクタ５１と尿素水製造装置８０と尿素水タンク８１と尿素水供給ユニット８８とスートブロワタンク８９が載置される。尿素水製造装置８０において製造された尿素水は尿素水タンク８１に貯留され、尿素水供給ユニット８８によって上甲板１２上の尿素注入ユニット６４に供給される。スートブロワタンク８９は、低圧ＳＣＲリアクタ５１に設けられた触媒を掃除するために設けられる。

図９（ａ）、（ｂ）は第２の甲板７２上の機器配置を示している。第２の甲板７２は本体７０において、船長方向の中央部分よりも船尾側（図９において左側）のみに設けられ、船首側に形成された開口内には、低圧ＳＣＲリアクタ５１の上部が位置している。第２の甲板７２には、上述したように尿素粉が入った袋状包材８２を尿素水製造装置８０（図８（ｂ））に供給するための開口部８４が形成され、開口部８４は尿素水製造装置８０の直上に位置する。袋状包材８２を搬送するためのレール８３と尿素粉搬入用ハッチ８６は、第２の甲板７２に対向する天井に設けられる。レール８３は尿素粉搬入用ハッチ８６から船首の方向（図９において右方向）へ延び、本体７０船体の幅方向（図９において下方向）へ屈曲し、船尾方向（図９において左方向）へ延びて開口部８４の直上に達している。

なお、尿素粉と水から船内で尿素水を製造せずに、船外から尿素水を受け入れて船内で尿素水として貯蔵する方法を採用する場合、尿素粉が入った袋状包材８２および尿素水製造装置８０に代えて貯蔵のための尿素水貯蔵タンクを載置するか、尿素水タンク８１を大型化して載置する。

また、還元剤としてアンモニア水を用いる場合は、尿素水製造装置８０と尿素水タンク８１と尿素水供給ユニット８８に代えて、アンモニア水タンクとアンモニア水供給ユニットを第１の甲板７１上または第２の甲板７２上に設置する。アンモニア水はアンモニア水タンクで貯留され、アンモニア水供給ユニットによりアンモニア注入ユニットへ供給される。

以上のように本実施形態では、排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システム５０を搭載しない船体において、上甲板１２においてエンジンケーシング１４の周囲に、排ガス浄化システム５０を設置するための機器設置領域１５が形成されている。そして機器設置領域１５に対応した排気管２６の部位には、排ガス浄化システム５０に接続するための第１の分岐管３４と第２の分岐管３５が設けられている。したがって、排ガス浄化システム５０を搭載することになった場合、その設置作業を容易に実施することができる。

なお図４に関し、排気ガス浄化システムを搭載する場合、排気管２６の第１の分岐部３４に、排ガス浄化システム５０の第１の低圧ＳＣＲ配管５２を連結し、第２の分岐部３５に、排ガス浄化システム５０の第２の低圧ＳＣＲ配管５５を連結すると説明したが、これに代えて、第１の低圧ＳＣＲ配管５２と第２の低圧ＳＣＲ配管５５を予め設けておき、排気ガス浄化システム５０を設ける際に、これらの配管５２、５５を低圧ＳＣＲリアクタ５１に接続するようにしてもよい。

図１０、１１は本発明の第２実施形態を示している。第１実施形態において機器設置領域１５はエンジンケーシング１４に対して片舷側（右舷側）のみに形成されていたが、第２実施形態では、船体の両舷側に形成されている。エンジンケーシング１４の右舷側の本体７０には、第１の甲板７１と第２の甲板７２に加え、エンジンケーシング１４の上面と同じ高さ位置に第３の甲板（Ｃデッキ）７３が設けられている。低圧ＳＣＲリアクタ５１は第２の甲板７２に載置され、その上部は第３の甲板７３よりも上方に位置している。第１の低圧ＳＣＲ配管５２、第２の低圧ＳＣＲ配管５５の排気管２６との連結構造は第１実施形態と同様である。

一方、エンジンケーシング１４の左舷側の本体７０も、第１の甲板７１と第２の甲板７２に加えて第３の甲板７３が設けられ、第１の甲板７１上には尿素水タンク８１が配置され、第２の甲板７２上には尿素水製造装置８０が配置される。第３の甲板７３であって尿素水製造装置８０の直上には開口部８４が形成され、本体７０の天井には、尿素粉が入った袋状包材８２を搬送するためのレール８３が設けられる。本体７０の屋上には、プロビジョンクレーン８５と尿素粉搬入用ハッチ８６が設けられる。これらの機器の機能は第１実施形態と同様である。

第２実施形態における各機器の配置は変更可能であり、例えば低圧ＳＣＲリアクタ５１を左舷側に配置し、尿素水製造装置８０、尿素水タンク８１等の機器を右舷側に配置してもよい。

図１２は本発明の第３実施形態を示している。この実施形態では、機器設置領域１５はエンジンケーシング１４の側方に加えて、エンジンケーシング１４の上面や、エンジンケーシング１４および煙突１８の前後にも形成されている。

第２および第３実施形態によっても、第１実施形態と同様な効果が得られる。

なお、第１、第２および第３実施形態において、排ガス浄化システム５０を搭載する場合、排気管２６の第１の分岐部３４および第１の低圧ＳＣＲ配管５２は上甲板１２より下側の機関室内に設けているが、これらは上甲板１２の上側に設置してもよい。

また第１、第２および第３実施形態において、排ガス浄化システム５０を搭載する機器は、追加設置された本体７０の中に設けられているが、排ガス浄化システム５０に関する機器もしくは配管の一部もしくは全てを、本体７０の中ではなく、曝露状態で設置してもよい。

図２、１３、１４を参照して第４実施形態を説明する。
この実施形態は、発電機エンジン９０の排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムをレトロフィットすることを目的としている。すなわち船舶が、ＮＯ_X３次規制が適用されない海域のみを航行する場合、機器設置領域１９に排ガス浄化システムは設けられず、ＮＯ_X３次規制が適用される海域を航行することになった場合、機器設置領域１９に排ガス浄化システムが設置される。機器設置領域１９は、上甲板１２上であってエンジンケーシング１４内の船尾側壁部に近接した位置に形成され、発電機エンジン９０の排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムの低圧ＳＣＲリアクタ９１が設置される。なお機器設置領域１９はエンジンケーシング１４内において船首側壁部、右舷側壁部あるいは左舷側壁部に近接した位置に形成されてもよく、換言すれば外部に接する壁に近接した位置に形成されていればよく、これによりレトロフィットが容易になる。

図１３は排ガス浄化システムが設けられない場合を示し、エンジンケーシング１４内であって機器設置領域１９に隣接した部分には、発電機エンジン９０から鉛直上方に延びる排気管９２が設けられている。機器設置領域１９に低圧ＳＣＲリアクタ９１が設けられる場合を想定して、機器設置領域１９には、低圧ＳＣＲリアクタと、蒸発管と、これらに排気管９２を接続するための分岐管とを設けるためのスペースが確保されている。

図１４は排ガス浄化システムが設けられる場合を示し、機器設置領域１９には低圧ＳＣＲリアクタ９１が設けられ、機器設置領域１９の下側には蒸発管９３が設けられる。すなわち蒸発管９３は低圧ＳＣＲリアクタ９１の上流側に設けられ、上甲板１２よりも下側に位置する。蒸発管９３は、排気管９２に設けられた分岐部（図示せず）に連結される。なお、低圧ＳＣＲリアクタ９１内部に触媒を通る流路と触媒をバイパスする流路を含む場合、排気管９２の一部を取り外し、低圧ＳＣＲリアクタおよび蒸発管に置き換えて排気管９２に連結させる。この場合、図１３に示す機器設置領域１９において、排気管９２の一部は低圧ＳＣＲリアクタ９１と蒸発管９３に置き換え可能となるように取り外しできる構造としておく。

１２上甲板
１４エンジンケーシング
１５、１９機器設置領域

Claims

排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムを設置するための機器設置領域を、上甲板上であってエンジンケーシングの周囲に形成したことを特徴とする船体構造。
前記排ガス浄化システムの入口部である第１の連結管は、主機関から延びる排気管において前記上甲板よりも下側または上側に形成された第１の分岐部に連結され、前記排ガス浄化システムの出口部である第２の連結管は、前記排気管において前記上甲板よりも上側に形成された第２の分岐部に連結されることを特徴とする請求項１に記載の船体構造。
前記第１の連結管において前記第１の分岐部に近接した部位に、前記排ガス浄化システムのリアクタ入口弁が設置可能であり、前記第２の連結管において前記第２の分岐部に近接した部位に、前記排ガス浄化システムのリアクタ出口弁が設置可能であることを特徴とする請求項２に記載の船体構造。
前記排ガス浄化システムを収容するための本体が、前記上甲板よりも上方に位置する他の甲板を有することを特徴とする請求項１に記載の船体構造。
前記排ガス浄化システムの少なくとも低圧選択触媒還元リアクタが前記上甲板上または前記他の甲板上に載置されることを特徴とする請求項４に記載の船体構造。
前記排ガス浄化システムのブロワユニットとバーナーユニットと気化器とが前記上甲板よりも上方に載置されることを特徴とする請求項４に記載の船体構造。
前記排ガス浄化システムの尿素水製造装置と尿素水タンクと尿素水供給ユニットとが前記上甲板よりも上方に載置されることを特徴とする請求項４に記載の船体構造。
前記排ガス浄化システムのアンモニア水タンクとアンモニア水供給ユニットとが前記上甲板よりも上方に載置されることを特徴とする請求項４に記載の船体構造。
尿素粉を前記尿素水製造装置に供給するための開口部が前記尿素水製造装置が載置された甲板より上側の甲板に形成されることを特徴とする請求項７に記載の船体構造。
前記機器設置領域が前記エンジンケーシングに対して、船体の片舷側のみに形成されることを特徴とする請求項１に記載の船体構造。
前記機器設置領域が前記エンジンケーシングに対して、船体の両舷側に形成されることを特徴とする請求項１に記載の船体構造。
前記機器設置領域が前記エンジンケーシングの上面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の船体構造。
前記機器設置領域が前記エンジンケーシングおよび煙突の前後に形成されることを特徴とする請求項１に記載の船体構造。
発電機エンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するための排ガス浄化システムの低圧選択触媒還元リアクタを設置するための機器設置領域を、上甲板上であってエンジンケーシング内の外部に接する壁に近接した位置に形成したことを特徴とする船体構造。