(57)【要約】【課題】エンジン燃費の向上を追求するとともに、舶用ディーゼルエンジンに要求される複数の排ガス規制についてＮＯｘの排出量を効率よく低減できる舶用ＳＣＲシステムを提供すること。【解決手段】ＮＯｘ低減のための還元剤を排ガスに噴射する第１の噴射ノズルと、第１の噴射ノズルよりも多量の還元剤を排ガスに噴射する第２の噴射ノズルと、上記何れかの噴射ノズルに還元剤を供給する還元剤供給系統と、排ガス中のＮＯｘの還元反応を行わせる触媒層を有する反応器と、ＮＯｘ排出量を規制値以下に低減する第１の運転モードと、ＮＯｘ排出量をより低い規制値以下に低減する第２の運転モードとを切換可能に指示する操作部と、第１の運転モードの場合、第１の流量の還元剤を第１の噴射ノズルに供給し、第２の運転モードの場合、より多い第２の流量の還元剤を第２の噴射ノズルに供給するよう還元剤供給系統を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用ディーゼルエンジンから排出された排ガスに、前記排ガス中の窒素酸化物を低減するための還元剤を噴射する第１の噴射ノズルと、
前記排ガスに、前記第１の噴射ノズルよりも多量の前記還元剤を噴射する第２の噴射ノズルと、
前記排ガスに噴射される前記還元剤の流量を調整し、流量調整後の前記還元剤を前記第１の噴射ノズルまたは前記第２の噴射ノズルに供給する還元剤供給系統と、
前記還元剤が噴射された前記排ガスと接触して前記窒素酸化物の還元反応を行わせる触媒層を有する反応器と、
第１の排ガス規制の規制値以下に前記窒素酸化物の排出量を低減する第１の運転モードと、前記第１の排ガス規制よりも低い第２の排ガス規制の規制値以下に前記窒素酸化物の排出量を低減する第２の運転モードとを切換可能に指示する操作部と、
前記第１の運転モードが指示された場合、前記還元剤を、前記第１の排ガス規制を満たすために必要な第１の流量に調整して前記第１の噴射ノズルに供給するように、前記還元剤供給系統を制御し、前記第２の運転モードが指示された場合、前記還元剤を、前記第２の排ガス規制を満たすために必要であって前記第１の流量よりも多い第２の流量に調整して前記第２の噴射ノズルに供給するように、前記還元剤供給系統を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする舶用ＳＣＲシステム。
【請求項２】
前記還元剤供給系統は、
前記第１の噴射ノズルから前記排ガスに噴射される前記還元剤の流量を調整する第１の制御弁と、
前記第１の制御弁よりも広い流量調整範囲を有し、前記第２の噴射ノズルから前記排ガスに噴射される前記還元剤の流量を調整する第２の制御弁と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の舶用ＳＣＲシステム。
【請求項３】
前記第１の噴射ノズルまたは前記第２の噴射ノズルに圧縮空気を供給する圧縮空気供給系統を備え、
前記制御部は、前記第１の運転モードが指示された場合、所定の流量または圧力の前記圧縮空気を前記第１の噴射ノズルに供給するように前記圧縮空気供給系統を制御し、前記第２の運転モードが指示された場合、前記所定の流量または圧力よりも多い流量または高圧の前記圧縮空気を前記第２の噴射ノズルに供給するように前記圧縮空気供給系統を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の舶用ＳＣＲシステム。
【請求項４】
前記反応器は、前記反応器における前記排ガスの入側から出側に向かって、複数段の前記触媒層を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の舶用ＳＣＲシステム。
【請求項５】
前記反応器内に設けられた複数段の前記触媒層のうち、前記反応器における前記排ガスの入側から１段目の前記触媒層に、前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスまたは前記還元剤を含まない状態の前記排ガスを導入する導入管と、
１段目の前記触媒層の後段に位置する２段目以降の前記触媒層に、前記第１の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスを散布する散布管と、
前記導入管と前記散布管とに連通し、前記反応器に向けて前記排ガスを流通させる排ガス流通系統と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の運転モードが指示された場合、前記還元剤を含まない状態の前記排ガスを前記導入管内に流通させるとともに、前記第１の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスを前記散布管内に流通させるように、前記排ガス流通系統を制御し、前記第２の運転モードが指示された場合、前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスを前記導入管内に流通させるように、前記排ガス流通系統を制御する、
ことを特徴とする請求項４に記載の舶用ＳＣＲシステム。
【請求項６】
前記第１の噴射ノズルを有し、前記第１の噴射ノズルから噴射された前記還元剤と前記排ガスとを混合する第１の混合器と、
前記第２の噴射ノズルを有し、前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤と前記排ガスとを混合する第２の混合器と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の舶用ＳＣＲシステム。
【請求項７】
前記第１の噴射ノズルと前記第２の噴射ノズルとを有し、前記第１の噴射ノズルまたは前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤と前記排ガスとを混合する混合器を備える、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の舶用ＳＣＲシステム。
【請求項８】
前記第１の噴射ノズルは、前記混合器における前記排ガスの入側から出側に向かう方向について、前記第２の噴射ノズルの後段に配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の舶用ＳＣＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用ディーゼルエンジンに設けられる選択式触媒還元（ＳＣＲ：Selective  Catalytic  Reduction）システム、すなわち舶用ＳＣＲシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンの分野においては、舶用ディーゼルエンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する脱硝技術として、舶用ＳＣＲシステムが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。一般に、舶用ＳＣＲシステムは、ＮＯｘを還元する作用を有する還元剤と舶用ディーゼルエンジンからの排ガスとを混合し、この排ガス中のＮＯｘの還元反応により、ＮＯｘの排出量を低減する。
【０００３】
また、舶用ディーゼルエンジンに要求される排ガス規制には、国際海事機関の海洋汚染防止条約附属書ＶＩに基づいて、１次規制（Tier  I）、２次規制（Tier  II）および３次規制（Tier  III）がある。１次規制および２次規制は、一般海域（Global  Area）を航行する船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンのＮＯｘの排出量を規制するものである。３次規制は、２次規制に比べ極めて強化された排ガス規制であり、排出規制海域（ＥＣＡ：Emission  Control  Area）を航行する船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンのＮＯｘの排出量を規制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１７−５０６７１６号公報
【特許文献２】特開２０１５−７２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、２次規制におけるＮＯｘの排出量の規制値は、１次規制に比べて、例えば１５％以上２２％以下に削減されている。これらの１次規制および２次規制は、舶用ディーゼルエンジンに対してシリンダ内の燃焼室での燃料の燃焼を緩慢にする等のチューニングを行うことにより、満足し得るレベルである。一方、３次規制におけるＮＯｘの排出量の規制値は、１次規制に比べて、例えば８０％以上に削減されている。このような３次規制は、舶用ディーゼルエンジンのチューニングのみでは満足することが困難なレベルである。このため、舶用ディーゼルエンジンには、３次規制を満足すべく、排ガス中に含まれるＮＯｘの８０％以上を削減（脱硝）する能力を持つ舶用ＳＣＲシステムが適用されている。
【０００６】
また、近年では、上述したＮＯｘの排出規制を満足するとともに、舶用ディーゼルエンジンの燃費（以下、エンジン燃費と適宜略記する）を向上させることが要望されている。一般に、エンジン燃費の向上（低減）を追求した場合、これに伴って、ＮＯｘの排出量は増加する傾向にある。
【０００７】
例えば、舶用ディーゼルエンジンのチューニングでは、ＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減できたとしても、エンジン燃費は悪化してしまい、エンジン燃費を向上させたとしても、ＮＯｘの排出量が規制値を超えてしまう。すなわち、舶用ディーゼルエンジンのチューニングでは、エンジン燃費の向上に限界がある。一方、舶用ＳＣＲシステムを、３次規制の海域（排出規制海域）のみならず、２次規制の海域（一般海域）においても使用すれば、エンジン燃費の向上に伴ってＮＯｘの排出量が増加しても、この増加したＮＯｘの排出量を舶用ＳＣＲシステムによって２次規制の規制値以下に低減することが期待できる。
【０００８】
しかしながら、舶用ＳＣＲシステムは、元来、３次規制を満足すべくＮＯｘの排出量を低減するように最適化されている。このため、舶用ＳＣＲシステムは、２次規制を満足するために使用するには過大であり、例えば、２次規制に対してＮＯｘの排出量を過度に低減する等の無駄が多く、ＮＯｘの排出量を効率よく低減することが困難な恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、エンジン燃費の向上を追求するとともに、舶用ディーゼルエンジンに要求される複数の排ガス規制についてＮＯｘの排出量を効率よく低減することができる舶用ＳＣＲシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、舶用ディーゼルエンジンから排出された排ガスに、前記排ガス中の窒素酸化物を低減するための還元剤を噴射する第１の噴射ノズルと、前記排ガスに、前記第１の噴射ノズルよりも多量の前記還元剤を噴射する第２の噴射ノズルと、前記排ガスに噴射される前記還元剤の流量を調整し、流量調整後の前記還元剤を前記第１の噴射ノズルまたは前記第２の噴射ノズルに供給する還元剤供給系統と、前記還元剤が噴射された前記排ガスと接触して前記窒素酸化物の還元反応を行わせる触媒層を有する反応器と、第１の排ガス規制の規制値以下に前記窒素酸化物の排出量を低減する第１の運転モードと、前記第１の排ガス規制よりも低い第２の排ガス規制の規制値以下に前記窒素酸化物の排出量を低減する第２の運転モードとを切換可能に指示する操作部と、前記第１の運転モードが指示された場合、前記還元剤を、前記第１の排ガス規制を満たすために必要な第１の流量に調整して前記第１の噴射ノズルに供給するように、前記還元剤供給系統を制御し、前記第２の運転モードが指示された場合、前記還元剤を、前記第２の排ガス規制を満たすために必要であって前記第１の流量よりも多い第２の流量に調整して前記第２の噴射ノズルに供給するように、前記還元剤供給系統を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記還元剤供給系統は、前記第１の噴射ノズルから前記排ガスに噴射される前記還元剤の流量を調整する第１の制御弁と、前記第１の制御弁よりも広い流量調整範囲を有し、前記第２の噴射ノズルから前記排ガスに噴射される前記還元剤の流量を調整する第２の制御弁と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記第１の噴射ノズルまたは前記第２の噴射ノズルに圧縮空気を供給する圧縮空気供給系統を備え、前記制御部は、前記第１の運転モードが指示された場合、所定の流量または圧力の前記圧縮空気を前記第１の噴射ノズルに供給するように前記圧縮空気供給系統を制御し、前記第２の運転モードが指示された場合、前記所定の流量または圧力よりも多い流量または高圧の前記圧縮空気を前記第２の噴射ノズルに供給するように前記圧縮空気供給系統を制御する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記反応器は、前記反応器における前記排ガスの入側から出側に向かって、複数段の前記触媒層を有する、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記反応器内に設けられた複数段の前記触媒層のうち、前記反応器における前記排ガスの入側から１段目の前記触媒層に、前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスまたは前記還元剤を含まない状態の前記排ガスを導入する導入管と、１段目の前記触媒層の後段に位置する２段目以降の前記触媒層に、前記第１の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスを散布する散布管と、前記導入管と前記散布管とに連通し、前記反応器に向けて前記排ガスを流通させる排ガス流通系統と、を備え、前記制御部は、前記第１の運転モードが指示された場合、前記還元剤を含まない状態の前記排ガスを前記導入管内に流通させるとともに、前記第１の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスを前記散布管内に流通させるように、前記排ガス流通系統を制御し、前記第２の運転モードが指示された場合、前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤を含む状態の前記排ガスを前記導入管内に流通させるように、前記排ガス流通系統を制御する、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記第１の噴射ノズルを有し、前記第１の噴射ノズルから噴射された前記還元剤と前記排ガスとを混合する第１の混合器と、前記第２の噴射ノズルを有し、前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤と前記排ガスとを混合する第２の混合器と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記第１の噴射ノズルと前記第２の噴射ノズルとを有し、前記第１の噴射ノズルまたは前記第２の噴射ノズルから噴射された前記還元剤と前記排ガスとを混合する混合器を備える、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムは、上記の発明において、前記第１の噴射ノズルは、前記混合器における前記排ガスの入側から出側に向かう方向について、前記第２の噴射ノズルの後段に配置される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る舶用ＳＣＲシステムよれば、エンジン燃費の向上を追求するとともに、舶用ディーゼルエンジンに要求される複数の排ガス規制についてＮＯｘの排出量を効率よく低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム一構成例を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステムの動作を運転モード別に説明するための図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステム一構成例を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステムの動作を運転モード別に説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステム一構成例を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステムの動作を運転モード別に説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る舶用ＳＣＲシステムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、同一構成部分には同一符号が付されている。
【００２１】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステムの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム一構成例を示す模式図である。本実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０は、船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガス中のＮＯｘを低減するものであり、図１に示すように、小噴射ノズル１、大噴射ノズル２と、排ガス流通系統３と、還元剤供給系統４と、圧縮空気供給系統５と、ＳＣＲ反応器６と、操作部８と、制御部９とを備える。
【００２２】
なお、図１において、排ガスまたは還元剤等の流体の配管は、実線矢印によって図示されている。電気信号線は、一点鎖線によって図示される。このことは、他の図面においても同様である。また、排ガスといえば、特に説明がない限り、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガスを意味する。
【００２３】
小噴射ノズル１および大噴射ノズル２は、各々、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガスに、この排ガス中のＮＯｘを低減するための還元剤を噴射するための噴射ノズルである。小噴射ノズル１（第１の噴射ノズルの一例）は、排ガス中のＮＯｘの排出量を規制する第１の排ガス規制を満たすために排ガスに還元剤を噴射する噴射ノズルとして、最適に設定されている。具体的には、本実施形態１において、小噴射ノズル１は、大噴射ノズル２よりも少量の還元剤を排ガスに噴射し得るように構成される。一方、大噴射ノズル２（第２の噴射ノズルの一例）は、上記第１の排ガス規制よりも排ガス中のＮＯｘの排出量を強く規制する第２の排ガス規制を満たすために排ガスに還元剤を噴射する噴射ノズルとして、最適に設定されている。具体的には、本実施形態１において、大噴射ノズル２は、小噴射ノズル１よりも多量の還元剤を排ガスに噴射し得るように構成される。例えば、大噴射ノズル２は、小噴射ノズル１よりも大口径のノズルによって構成される。
【００２４】
なお、上記第１の排ガス規制としては、例えば、一般海域を航行する船舶に適用される排ガス規制（２次規制等）が挙げられる。上記第２の排ガス規制としては、例えば、排出規制海域を航行する船舶に適用される排ガス規制（３次規制等）が挙げられる。
【００２５】
排ガス流通系統３は、舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガスを流通させるものである。図１に示すように、排ガス流通系統３は、混合器３ａと、排気管１１ａと、導入管１１ｂと、出口管１１ｃと、バイパス管１２と、バイパス弁１３とを備える。
【００２６】
混合器３ａは、小噴射ノズル１または大噴射ノズル２から噴射された還元剤と舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガスとを混合するものである。本実施形態１において、図１に示すように、混合器３ａには、排ガスの入側に排気管１１ａが接続され、排ガスの出側に導入管１１ｂが接続されている。また、混合器３ａは、小噴射ノズル１および大噴射ノズル２を内部に有する。例えば、小噴射ノズル１は、混合器３ａにおける排ガスの入側から出側に向かう方向について、大噴射ノズル２の後段に配置される。混合器３ａは、排気管１１ａから流入された排ガスと小噴射ノズル１または大噴射ノズル２から噴射された還元剤とを混合しながら、この還元剤を含む状態の排ガスを、ＳＣＲ反応器６に向けて導入管１１ｂ内に流通させる。
【００２７】
排気管１１ａは、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガスを混合器３ａに向けて流通させるための配管である。排気管１１ａは、入口端が舶用ディーゼルエンジン１００に通じるように構成されている。排気管１１ａの出口端は、混合器３ａの入側端に接続されている。舶用ディーゼルエンジン１００から排気管１１ａを介して混合器３ａに流入する排ガスとして、例えば、舶用ディーゼルエンジン１００の排気マニホールド（図示せず）から排出された排ガス（高圧状態の排ガス）、舶用ディーゼルエンジン１００の過給機タービン（図示せず）の回転に用いられた排ガス（低圧状態の排ガス）等が挙げられる。
【００２８】
導入管１１ｂは、還元剤が噴射された排ガスをＳＣＲ反応器６に導入するための配管である。図１に示すように、導入管１１ｂは、入口端が混合器３ａの出側に接続され且つ出口端がＳＣＲ反応器６の入側端に接続されている。導入管１１ｂは、小噴射ノズル１または大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを混合器３ａの出側からＳＣＲ反応器６の入側に導入する。
【００２９】
出口管１１ｃは、ＮＯｘが低減された排ガスをＳＣＲ反応器６から排出するための配管である。図１に示すように、出口管１１ｃの入口端は、ＳＣＲ反応器６の出側端に接続されている。また、出口管１１ｃは、出口端が船舶の煙突、またはボイラ等の廃熱回収装置（いずれも図示せず）に通じるように構成されている。出口管１１ｃは、ＳＣＲ反応器６によってＮＯｘが低減された排ガスを煙突または廃熱回収装置に向けて流通させる。
【００３０】
バイパス管１２は、圧損が生じているＳＣＲ反応器６を迂回して排ガスを煙突側または廃熱回収装置側（以下、これらを総称して「排出・回収側」と適宜いう）へ流通させるための配管である。図１に示すように、バイパス管１２は、入口端が排気管１１ａの中途部に接続され且つ出口端が出口管１１ｃの中途部に接続されている。また、図１に示すように、バイパス管１２には、バイパス弁１３が設けられている。バイパス弁１３は、バイパス管１２を開放または閉塞する駆動弁である。バイパス弁１３がバイパス管１２を開放している場合、バイパス管１２は、排気管１１ａからＳＣＲ反応器６等（本実施形態１では混合器３ａおよびＳＣＲ反応器６）を迂回して出口管１１ｃに排ガスを流通させる。一方、バイパス弁１３がバイパス管１２を閉塞している場合、バイパス管１２は、上記ＳＣＲ反応器６等を迂回しての排ガスの流通を停止させる。
【００３１】
還元剤供給系統４は、排ガスに噴射される還元剤の流量を調整し、流量調整後の還元剤を小噴射ノズル１または大噴射ノズル２に供給するものである。図１に示すように、還元剤供給系統４は、還元剤供給源４ａと、小制御弁４ｂと、大制御弁４ｃと、流量センサ４ｄと、開閉弁４ｅ、４ｆと、供給管１４ａ、１４ｄ、１４ｇとを備える。
【００３２】
還元剤供給源４ａは、特に図示しないが、還元剤を貯蔵するタンク、タンクから還元剤を圧送するポンプ、および還元剤の圧力を調整する圧力調整ユニット等によって構成される。還元剤供給源４ａは、液状の還元剤を所定の圧力に調整して、小噴射ノズル１側または大噴射ノズル２側に供給する。なお、還元剤供給源４ａから供給される還元剤として、例えば、尿素水、アンモニア水等が挙げられる。
【００３３】
小制御弁４ｂおよび大制御弁４ｃは、小噴射ノズル１または大噴射ノズル２から排ガスに噴射される還元剤の流量を調整するための制御弁である。小制御弁４ｂ（第１の制御弁の一例）は、上記第１の排ガス規制を満たすために排ガスに噴射される還元剤の流量（噴射量）を調整する制御弁として、最適に設定されている。具体的には、小制御弁４ｂは、大制御弁４ｃよりも狭い流量調整範囲を有する制御弁によって構成され、小制御弁４ｂの流量調整単位は、大制御弁４ｃよりも小さい。一方、大制御弁４ｃ（第２の制御弁の一例）は、上記第２の排ガス規制を満たすために排ガスに噴射される還元剤の流量を調整する制御弁として、最適に設定されている。具体的には、大制御弁４ｃは、小制御弁４ｂよりも広い流量調整範囲を有する制御弁によって構成され、大制御弁４ｃの流量調整単位は、小制御弁４ｂよりも大きい。本実施形態１において、小制御弁４ｂは、小噴射ノズル１から排ガスに噴射される還元剤の流量を調整する。大制御弁４ｃは、大噴射ノズル２から排ガスに噴射される還元剤の流量を調整する。
【００３４】
流量センサ４ｄは、小噴射ノズル１または大噴射ノズル２から排ガスに噴射される還元剤の流量を検出するためのセンサである。図１に示すように、流量センサ４ｄは、小制御弁４ｂおよび大制御弁４ｃの後段に配置される。本実施形態１において、流量センサ４ｄは、小制御弁４ｂまたは大制御弁４ｃによって調整された還元剤の流量を検出し、その都度、還元剤の流量検出結果を示す電気信号（以下、還元剤流量検出信号と適宜いう）を制御部９に送信する。
【００３５】
供給管１４ａは、還元剤供給源４ａと小制御弁４ｂおよび大制御弁４ｃとを連通する配管である。図１に示すように、供給管１４ａの入口端は、還元剤供給源４ａに接続されている。また、供給管１４ａは、入口端から出口端に向かって２つの分岐管１４ｂ、１４ｃに分岐するように構成される。供給管１４ａの一方の分岐管１４ｂは、小制御弁４ｂの入側端に接続されている。供給管１４ａの他方の分岐管１４ｃは、大制御弁４ｃの入側端に接続されている。
【００３６】
また、供給管１４ｄは、小制御弁４ｂおよび大制御弁４ｃと流量センサ４ｄとを連通する配管である。図１に示すように、供給管１４ｄの出口端は、流量センサ４ｄの入側端に接続されている。また、供給管１４ｄは、出口端から入口端に向かって２つの分岐管１４ｅ、１４ｆに分岐するように構成される。供給管１４ｄの一方の分岐管１４ｅは、小制御弁４ｂの出側端に接続されている。供給管１４ａの他方の分岐管１４ｆは、大制御弁４ｃの出側端に接続されている。
【００３７】
また、供給管１４ｇは、流量センサ４ｄと小噴射ノズル１および大噴射ノズル２とを連通する配管である。図１に示すように、供給管１４ｇの入口端は、流量センサ４ｄの出側端に接続されている。また、供給管１４ｇは、入口端から出口端に向かって２つの分岐管１４ｈ、１４ｉに分岐するように構成される。供給管１４ｇの一方の分岐管１４ｈは、小噴射ノズル１に接続されている。供給管１４ｇの他方の分岐管１４ｉは、大噴射ノズル２に接続されている。
【００３８】
この供給管１４ｇの各分岐管１４ｈ、１４ｉには、図１に示すように、開閉弁４ｅ、４ｆが各々設けられている。開閉弁４ｅは、小噴射ノズル１に通じる分岐管１４ｈを開放または閉塞する駆動弁である。開閉弁４ｆは、大噴射ノズル２に通じる分岐管１４ｉを開放または閉塞する駆動弁である。小噴射ノズル１から排ガスに還元剤が噴射される場合、開閉弁４ｅは分岐管１４ｈを開放し且つ開閉弁４ｆは分岐管１４ｉを閉塞する。大噴射ノズル２から排ガスに還元剤が噴射される場合、開閉弁４ｅは分岐管１４ｈを閉塞し且つ開閉弁４ｆは分岐管１４ｉを開放する。
【００３９】
圧縮空気供給系統５は、小噴射ノズル１または大噴射ノズル２に圧縮空気を供給するものである。図１に示すように、圧縮空気供給系統５は、圧縮空気供給源５ａと、開閉弁５ｂ、５ｃと、給気管１５ａとを備える。
【００４０】
圧縮空気供給源５ａは、エアーボンベ等によって構成される。圧縮空気供給源５ａは、排ガスに還元剤を噴射（詳細には噴霧）するための圧縮空気を、給気管１５ａを介して小噴射ノズル１または大噴射ノズル２に供給する。
【００４１】
給気管１５ａは、圧縮空気供給源５ａと小噴射ノズル１および大噴射ノズル２とを連通する配管である。図１に示すように、給気管１５ａの入口端は、圧縮空気供給源５ａの出側端に接続されている。また、給気管１５ａは、入口端から出口端に向かって２つの分岐管１５ｂ、１５ｃに分岐するように構成される。給気管１５ａの一方の分岐管１５ｂは、小噴射ノズル１に接続されている。給気管１５ａの他方の分岐管１５ｃは、大噴射ノズル２に接続されている。
【００４２】
また、給気管１５ａの各分岐管１５ｂ、１５ｃには、図１に示すように、オリフィス部１５ｄ、１５ｅが各々設けられている。オリフィス部１５ｄ、１５ｅは、各分岐管１５ｂ、１５ｃ内の圧縮空気の流量または圧力を調整するものである。オリフィス部１５ｄは、上記第１の排ガス規制を満たすべく排ガスに還元剤を噴射するための圧縮空気の流量または圧力を調整するものとして、最適に設定されている。オリフィス部１５ｅは、上記第２の排ガス規制を満たすべく排ガスに還元剤を噴射するための圧縮空気の流量または圧力を調整するものとして、最適に設定されている。詳細には、小噴射ノズル１に通じる分岐管１５ｂのオリフィス部１５ｄは、大噴射ノズル２に通じる分岐管１５ｃのオリフィス部１５ｅよりも開口が狭くなるように構成される。すなわち、開口が狭いオリフィス部１５ｄが設けられた分岐管１５ｂ内の圧縮空気の流量または圧力は、開口が広いオリフィス部１５ｅが設けられた分岐管１５ｃ内の圧縮空気の流量または圧力よりも少量に調整される。なお、オリフィス部１５ｄ、１５ｅは、減圧弁であってもよい。
【００４３】
また、この給気管１５ａの各分岐管１５ｂ、１５ｃには、図１に示すように、開閉弁５ｂ、５ｃが各々設けられている。開閉弁５ｂは、小噴射ノズル１に通じる分岐管１５ｂを開放または閉塞する駆動弁である。開閉弁５ｃは、大噴射ノズル２に通じる分岐管１５ｃを開放または閉塞する駆動弁である。還元剤を噴射するための圧縮空気が小噴射ノズル１に供給される場合、開閉弁５ｂは分岐管１５ｂを開放し且つ開閉弁５ｃは分岐管１５ｃを閉塞する。還元剤を噴射するための圧縮空気が大噴射ノズル２に供給される場合、開閉弁５ｂは分岐管１５ｂを閉塞し且つ開閉弁５ｃは分岐管１５ｃを開放する。
【００４４】
ＳＣＲ反応器６は、排ガス中のＮＯｘの還元反応によって当該ＮＯｘを低減（脱硝）するための反応器である。図１に示すように、ＳＣＲ反応器６は、還元剤が噴射された排ガスと接触してＮＯｘの還元反応を行わせる触媒層の一例として、複数段（本実施形態１では３段）の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃを有する。また、ＳＣＲ反応器６には、排ガスの入側に導入管１１ｂが接続され、排ガスの出側に出口管１１ｃが接続されている。触媒層６ａ、６ｂ、６ｃは、ＳＣＲ反応器６における排ガスの入側から出側に向かい、互いに離間した状態でＳＣＲ反応器６の内部に配置されている。本実施形態１において、触媒層６ａは、ＳＣＲ反応器６における排ガスの入側（導入管１１ｂ側）から１段目の触媒層である。触媒層６ｂは、この触媒層６ａの後段に位置する２段目の触媒層である。触媒層６ｃは、この触媒層６ｂの後段に位置する３段目（図１では最後段）の触媒層である。
【００４５】
また、図１に示すように、ＳＣＲ反応器６には、差圧計７が設けられる。差圧計７は、ＳＣＲ反応器６における排ガスの入側の内部圧力と出側の内部圧力との差圧を計測する。差圧計７は、時系列に沿って連続的または断続的に当該差圧を測定し、その都度、差圧の計測結果を示す電気信号（以下、差圧計測信号と適宜いう）を制御部９に送信する。この差圧計７は、予め設定された規定値以上の圧損がＳＣＲ反応器６に発生したか否かを判断するために用いられる。なお、ＳＣＲ反応器６の圧損は、ＳＣＲ反応器６における上記入側の内部圧力（例えば１段目の触媒層６ａの前段における内部圧力）が、触媒層６ａ、６ｂ、６ｃ（特に触媒層６ａ）の目詰まり等に起因して、上記出側の内部圧力に比べて大きくなる現象である。特に、ＳＣＲ反応器６の圧損が規定値以上（例えば上記差圧が規定値以上）である場合、ＳＣＲ反応器６における上記入側の内部圧力が上記出側の内部圧力に比べて過大である。
【００４６】
操作部８は、舶用ＳＣＲシステム１０の運転モードを操作するためのものである。本実施形態１において、操作部８は、舶用ＳＣＲシステム１０の運転モードを低脱硝ＳＣＲ運転モード（第１の運転モードの一例）と高脱硝ＳＣＲ運転モード（第２の運転モードの一例）とに切換操作できるように構成される。操作部８は、操作者の操作に応じて、運転モードの指示信号を制御部９に送信する。これにより、操作部８は、制御部９に対し、舶用ＳＣＲシステム１０の低脱硝ＳＣＲ運転モードと高脱硝ＳＣＲ運転モードとを切換可能に指示する。
【００４７】
ここで、低脱硝ＳＣＲ運転モードは、第１の排ガス規制の規制値以下に排ガス中のＮＯｘの排出量を低減するための運転モードである。高脱硝ＳＣＲ運転モードは、上記第１の排ガス規制よりも低い第２の排ガス規制の規制値以下に排ガス中のＮＯｘの排出量を低減するための運転モードである。
【００４８】
制御部９は、排ガス中のＮＯｘを低減するための排ガス流通系統３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５の各動作を、舶用ＳＣＲシステム１０の運転モード別に制御する。詳細には、低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部９は、第１の排ガス規制を満たすために必要な第１の流量に還元剤を調整して小噴射ノズル１に供給するように、還元剤供給系統４を制御する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部９は、第２の排ガス規制を満たすために必要であって上記第１の流量よりも多い第２の流量に還元剤を調整して大噴射ノズル２に供給するように、還元剤供給系統４を制御する。また、低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部９は、所定の流量または圧力の圧縮空気を小噴射ノズル１に供給するように、圧縮空気供給系統５を制御する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部９は、上記所定の流量よりも多い流量または上記所定の圧力よりも高圧の圧縮空気を大噴射ノズル２に供給するように、圧縮空気供給系統５を制御する。
【００４９】
また、制御部９は、舶用ＳＣＲシステム１０の運転モードによらず、差圧計７からの差圧計測信号をもとに、ＳＣＲ反応器６の圧損の程度を判断する。ＳＣＲ反応器６の圧損が規定値未満である場合、制御部９は、噴射された還元剤を含む排ガスがＳＣＲ反応器６内を流通するように排ガス流通系統３を制御する。この場合、制御部９は、バイパス弁１３を閉塞するように制御する。ＳＣＲ反応器６に規定値以上の圧損が発生した場合、制御部９は、排ガスがＳＣＲ反応器６を迂回して流通するように排ガス流通系統３を制御する。この場合、制御部９は、バイパス弁１３を開放するように制御する。これにより、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガスは、バイパス管１２内を通って出口管１１ｃ内に流入するようになる。
【００５０】
つぎに、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０の動作について説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステムの動作を運転モード別に説明するための図である。以下では、第１の排ガス規制として一般海域の排ガス規制（２次規制）を例示し、第２の排ガス規制として排出規制海域の排ガス規制（３次規制）を例示して、図１、２を参照しつつ、舶用ＳＣＲシステム１０の動作を運転モード別に説明する。
【００５１】
一般海域において、舶用ＳＣＲシステム１０は、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガス中のＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減する。この場合、舶用ＳＣＲシステム１０は、低脱硝ＳＣＲ運転モードで排ガス中のＮＯｘの脱硝を行う。
【００５２】
詳細には、操作部８は、操作者の操作に応じて、低脱硝ＳＣＲ運転モードを指示する指示信号を制御部９に送信し、これにより、低脱硝ＳＣＲ運転モードを制御部９に指示する。低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部９は、ＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減するために必要な流量（すなわち第１の流量）の還元剤が小噴射ノズル１から排ガスに噴射されるように、排ガス流通系統３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御する。
【００５３】
例えば、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、制御部９は、還元剤供給系統４に対し、以下のような制御を行う。すなわち、制御部９は、所定の圧力の還元剤を送出するように還元剤供給源４ａを制御する。また、制御部９は、大噴射ノズル２から噴射される還元剤の流量を調整するための大制御弁４ｃと、大噴射ノズル２に通じる供給管１４ｇの分岐管１４ｉの開閉弁４ｆとを閉塞するように制御する。一方、制御部９は、小噴射ノズル１に通じる供給管１４ｇの分岐管１４ｈの開閉弁４ｅを開放するように制御する。また、制御部９は、舶用ディーゼルエンジン１００の負荷（以下、エンジン負荷と適宜いう）に応じて小制御弁４ｂの開度を制御し、これにより、還元剤の流量を上記第１の流量に制御する。この際、制御部９は、流量センサ４ｄから還元剤流量検出信号を取得し、取得した還元剤流量検出信号をもとに、還元剤の流量が上記第１の流量となるようにフィードバック制御する。なお、エンジン負荷は、例えば、舶用ディーゼルエンジン１００の単位時間当たりのエンジン回転数と１サイクルの燃料噴射量とをもとに算出することができる。
【００５４】
また、制御部９は、上述した還元剤供給系統４の制御に並行して、圧縮空気供給系統５に対し、以下に示すような制御を行う。すなわち、制御部９は、小噴射ノズル１に通じる給気管１５ａの分岐管１５ｂの開閉弁５ｂを開放するように制御し、大噴射ノズル２に通じる給気管１５ａの分岐管１５ｃの開閉弁５ｃを閉塞するように制御する。また、制御部９は、排ガス流通系統３について、差圧計７からの差圧計測信号をもとにＳＣＲ反応器６の圧損が規定値以上発生していないことを判断しながら、バイパス弁１３を閉塞するように制御する。
【００５５】
上述したように制御部９が排ガス流通系統３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御することにより、低脱硝ＳＣＲ運転モードでは、排ガス中のＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減するための最適なＮＯｘの脱硝が行われる。
【００５６】
具体的には、図２に示すように、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、還元剤供給源４ａから供給管１４ａに送出された還元剤Ｌ１は、分岐管１４ｂを介して小制御弁４ｂに至る。小制御弁４ｂは、制御部９に開度制御されることによって、還元剤Ｌ１の流量を上記第１の流量に調整（微調整）する。小制御弁４ｂによって上記第１の流量に調整された還元剤Ｌ１（以下、還元剤Ｌ２という）は、小制御弁４ｂから供給管１４ｄの分岐管１４ｅを介して流量センサ４ｄを通過し、その後、供給管１４ｇの分岐管１４ｈを介して小噴射ノズル１内に供給される。これに並行して、圧縮空気供給源５ａから給気管１５ａに送出された圧縮空気Ｇ１１は、分岐管１５ｂを介してオリフィス部１５ｄに至る。オリフィス部１５ｄは、この圧縮空気Ｇ１１の流量または圧力を、小噴射ノズル１からの還元剤の噴射（詳細には噴霧）に適した流量または圧力に調整する。このように流量または圧力が調整された圧縮空気Ｇ１１（以下、圧縮空気Ｇ１２という）は、分岐管１５ｂを介して小噴射ノズル１内に供給される。小噴射ノズル１は、圧縮空気Ｇ１２の作用により、還元剤Ｌ２を混合器３ａ内に噴射する。
【００５７】
混合器３ａ内には、舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガスＧ１が、排気管１１ａを介して流入している。混合器３ａ内では、排気管１１ａから流入した排ガスＧ１と小噴射ノズル１から噴射された還元剤Ｌ２とが混ざり合う。例えば、還元剤Ｌ２が尿素水である場合、噴射によって微粒化された尿素水は、排ガスＧ１と混ざり合うとともに、この排ガスＧ１の熱によってアンモニアに変化する。このように還元剤Ｌ２が噴射された排ガスＧ１、すなわち、噴射された還元剤Ｌ２を含む状態の排ガスＧ２は、混合器３ａから導入管１１ｂを介してＳＣＲ反応器６内に導入される。ＳＣＲ反応器６内において、排ガスＧ２は、複数段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃと順次接触しながら、ＳＣＲ反応器６の出側へ流れる。この際、ＳＣＲ反応器６は、触媒層６ａ、６ｂ、６ｃの各々における触媒作用により、排ガスＧ２中のＮＯｘの還元反応を進行させる。これにより、ＳＣＲ反応器６は、排ガスＧ２中のＮＯｘを脱硝する。この脱硝により、排ガスＧ２中のＮＯｘの排出量は、２次規制の規制値以下に低減される。この排ガスＧ２は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【００５８】
一方、排出規制海域において、舶用ＳＣＲシステム１０は、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガス中のＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減する。この場合、舶用ＳＣＲシステム１０は、高脱硝ＳＣＲ運転モードで排ガス中のＮＯｘの脱硝を行う。
【００５９】
詳細には、操作部８は、操作者の操作に応じて、高脱硝ＳＣＲ運転モードを指示する指示信号を制御部９に送信し、これにより、高脱硝ＳＣＲ運転モードを制御部９に指示する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部９は、ＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減するために必要な流量（すなわち第２の流量）の還元剤が大噴射ノズル２から排ガスに噴射されるように、排ガス流通系統３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御する。
【００６０】
例えば、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、制御部９は、還元剤供給系統４に対し、以下のような制御を行う。すなわち、制御部９は、所定の圧力の還元剤を送出するように還元剤供給源４ａを制御する。また、制御部９は、小噴射ノズル１から噴射される還元剤の流量を調整するための小制御弁４ｂと、小噴射ノズル１に通じる供給管１４ｇの分岐管１４ｈの開閉弁４ｅとを閉塞するように制御する。一方、制御部９は、大噴射ノズル２に通じる供給管１４ｇの分岐管１４ｉの開閉弁４ｆを開放するように制御する。また、制御部９は、エンジン負荷に応じて大制御弁４ｃの開度を制御し、これにより、還元剤の流量を上記第２の流量に制御する。この際、制御部９は、流量センサ４ｄから還元剤流量検出信号を取得し、取得した還元剤流量検出信号をもとに、還元剤の流量が上記第２の流量となるようにフィードバック制御する。
【００６１】
また、制御部９は、上述した還元剤供給系統４の制御に並行して、圧縮空気供給系統５に対し、以下に示すような制御を行う。すなわち、制御部９は、大噴射ノズル２に通じる給気管１５ａの分岐管１５ｃの開閉弁５ｃを開放するように制御し、小噴射ノズル１に通じる給気管１５ａの分岐管１５ｂの開閉弁５ｂを閉塞するように制御する。また、制御部９は、排ガス流通系統３について、差圧計７からの差圧計測信号をもとにＳＣＲ反応器６の圧損が規定値以上発生していないことを判断しながら、バイパス弁１３を閉塞するように制御する。
【００６２】
上述したように制御部９が排ガス流通系統３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御することにより、高脱硝ＳＣＲ運転モードでは、排ガス中のＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減するための最適なＮＯｘの脱硝が行われる。
【００６３】
具体的には、図２に示すように、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、還元剤供給源４ａから供給管１４ａに送出された還元剤Ｌ１は、分岐管１４ｃを介して大制御弁４ｃに至る。大制御弁４ｃは、制御部９に開度制御されることによって、還元剤Ｌ１の流量を上記第２の流量に調整する。大制御弁４ｃによって上記第２の流量に調整された還元剤Ｌ１（以下、還元剤Ｌ３という）は、大制御弁４ｃから供給管１４ｄの分岐管１４ｆを介して流量センサ４ｄを通過し、その後、供給管１４ｇの分岐管１４ｉを介して大噴射ノズル２内に供給される。これに並行して、圧縮空気供給源５ａから給気管１５ａに送出された圧縮空気Ｇ１１は、分岐管１５ｃを介してオリフィス部１５ｅに至る。オリフィス部１５ｅは、この圧縮空気Ｇ１１の流量または圧力を、大噴射ノズル２からの還元剤の噴射（詳細には噴霧）に適した流量または圧力に調整する。このように流量または圧力が調整された圧縮空気Ｇ１１（以下、圧縮空気Ｇ１３という）は、分岐管１５ｃを介して大噴射ノズル２内に供給される。大噴射ノズル２は、圧縮空気Ｇ１３の作用により、還元剤Ｌ３を混合器３ａ内に噴射する。
【００６４】
混合器３ａ内には、舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガスＧ１が、排気管１１ａを介して流入している。混合器３ａ内では、排気管１１ａから流入した排ガスＧ１と大噴射ノズル２から噴射された還元剤Ｌ３とが混ざり合う。このように還元剤Ｌ３が噴射された排ガスＧ１、すなわち、噴射された還元剤Ｌ３を含む状態の排ガスＧ３は、混合器３ａから導入管１１ｂを介してＳＣＲ反応器６内に導入される。ＳＣＲ反応器６内において、排ガスＧ３は、複数段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃと順次接触しながら、ＳＣＲ反応器６の出側へ流れる。この際、ＳＣＲ反応器６は、触媒層６ａ、６ｂ、６ｃの各々における触媒作用により、排ガスＧ３中のＮＯｘの還元反応を進行させる。これにより、ＳＣＲ反応器６は、排ガスＧ３中のＮＯｘを脱硝する。この脱硝により、排ガスＧ３中のＮＯｘの排出量は、３次規制の規制値以下に低減される。この排ガスＧ３は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【００６５】
以上、説明したように、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０では、排ガス中のＮＯｘの排出量を第１の排ガス規制の規制値以下に低減する低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、排ガス中のＮＯｘを低減（脱硝）するための還元剤を、第１の排ガス規制を満たすために必要な第１の流量に調整して、小噴射ノズル１から排ガスに噴射し、排ガス中のＮＯｘの排出量を上記第１の排ガス規制よりも低い第２の排ガス規制の規制値以下に低減する高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、上記還元剤を、第２の排ガス規制を満たすために必要であって上記第１の流量よりも多い第２の流量に調整して、大噴射ノズル２から排ガスに噴射している。
【００６６】
このため、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおける排ガス中のＮＯｘの脱硝能力を低下させることなく、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおける排ガス中のＮＯｘの脱硝能力を無駄なく発揮させることができる。これにより、第１の排ガス規制の海域およびこれ以外の海域（すなわち第２の排ガス規制の海域）の各々について、規制値を満たし得るＮＯｘの脱硝能力を確保できるとともに、たとえ第１の排ガス規制の海域においてエンジン燃費を向上させたとしても、このエンジン燃費の向上に伴って増大するＮＯｘの排出量を、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおける排ガス中のＮＯｘの脱硝能力によって第１の排ガス規制の規制値以下に低減することができる。この結果、エンジン燃費の更なる向上を追求できるとともに、一般海域の２次規制や排出規制海域の３次規制等、舶用ディーゼルエンジンに要求される複数の排ガス規制について、ＮＯｘの排出量を効率よく低減することができる。
【００６７】
また、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０では、小噴射ノズル１から排ガスに噴射される上記還元剤の流量を、小制御弁４ｂによって調整し、大噴射ノズル２から排ガスに噴射される上記還元剤の流量を、小制御弁４ｂよりも広い流量調整範囲を有する大制御弁４ｃによって調整している。このため、大制御弁４ｃでは流量調整範囲が広すぎる（すなわち流量調整単位が大きすぎる）故に調整が困難な還元剤の上記第１の流量を、小制御弁４ｂによって簡易に調整することができる。且つ、小制御弁４ｂでは流量調整範囲が狭すぎる（すなわち流量調整単位が小さすぎる）故に調整が困難な還元剤の上記第２の流量を、大制御弁４ｃによって簡易に調整することができる。
【００６８】
また、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０では、上記低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、所定の流量または圧力の圧縮空気を小噴射ノズル１に供給し、上記高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、この所定の流量よりも多い流量または所定の圧力よりも高圧の圧縮空気を大噴射ノズル２に供給している。このため、上記低脱硝ＳＣＲ運転モードの際、上記第１の流量の還元剤を小噴射ノズル１から排ガス中に効率よく噴射することができる。且つ、上記高脱硝ＳＣＲ運転モードの際、上記第２の流量の還元剤を大噴射ノズル２から排ガス中に効率よく噴射することができる。
【００６９】
また、本発明の実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０では、小噴射ノズル１と大噴射ノズル２とを同一の混合器３ａ内に設けて、小噴射ノズル１または大噴射ノズル２から噴射された還元剤と排ガスとを混合器３ａ内で混合するようにし、また、小噴射ノズル１を、混合器３ａにおける排ガスの入側から出側に向かう方向について大噴射ノズル２の後段に配置している。このため、大噴射ノズル２の噴射口から混合器３ａの出口部までの距離を小噴射ノズル１よりも大きくすることができる。これにより、大噴射ノズル２からの還元剤の噴射範囲を小噴射ノズル１よりも広くすることができ、この結果、混合器３ａ内の排ガスと大噴射ノズル２から噴射された還元剤とを効率よく混合することができる。
【００７０】
（実施形態２）
つぎに、本発明の実施形態２について説明する。上述した実施形態１では、低脱硝ＳＣＲ運転モードおよび高脱硝ＳＣＲ運転モードによらず、還元剤が噴射された排ガスをＳＣＲ反応器６内の１段目から最終段までの各触媒層と接触させていたが、本実施形態２では、低脱硝ＳＣＲ運転モードの場合、還元剤が噴射された排ガスと接触させる触媒層を２段目以降の触媒層の中から選択できるようにしている。
【００７１】
図３は、本発明の実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステム一構成例を示す模式図である。図３に示すように、本実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステム２０は、上述した実施形態１に係る舶用ＳＣＲシステム１０の導入管１１ｂに代えて導入管２１を備え、排ガス流通系統３に代えて排ガス流通系統２３を備え、制御部９に代えて制御部２９を備える。また、舶用ＳＣＲシステム２０は、新たな構成として、散布管２２ａ、２２ｂを備える。その他の構成は実施形態１と同じであり、同一構成部には同一符号を付している。
【００７２】
導入管２１は、ＳＣＲ反応器６に排ガスを導入するための配管である。図３に示すように、導入管２１は、入口端が排ガス流通系統２３の開閉弁２５ｂに接続され且つ出口端がＳＣＲ反応器６の入側端に接続されている。導入管２１は、ＳＣＲ反応器６内に設けられた複数段の触媒層（本実施形態２では３段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃ）のうち、ＳＣＲ反応器６における排ガスの入側から１段目の触媒層６ａに、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスまたは還元剤を含まない状態の排ガスを導入する。なお、還元剤を含まない状態の排ガスとは、小噴射ノズル１および大噴射ノズル２のいずれからも還元剤が噴射されていない排ガスである。
【００７３】
散布管２２ａ、２２ｂは、還元剤が噴射された排ガスをＳＣＲ反応器６内に散布するための配管である。図３に示すように、散布管２２ａの入口端は、排ガス流通系統２３の開閉弁２５ｄに接続されている。散布管２２ａの出口側の配管部分には、複数（例えば４つ）の散布ノズル２２ｃが設けられる。この散布管２２ａの出口側の配管部分は、１段目の触媒層６ａと２段目の触媒層６ｂとの間の領域に延在するようにＳＣＲ反応器６内に配置される。この際、散布管２２ａは、これら複数の散布ノズル２２ｃを２段目の触媒層６ｂ側に向けた状態となっている。一方、図３に示すように、散布管２２ｂの入口端は、排ガス流通系統２３の開閉弁２５ｅに接続されている。散布管２２ｂの出口側の配管部分には、複数（例えば４つ）の散布ノズル２２ｄが設けられる。この散布管２２ｂの出口側の配管部分は、２段目の触媒層６ｂと３段目（本実施形態２では最後段）の触媒層６ｃとの間の領域に延在するようにＳＣＲ反応器６内に配置される。この際、散布管２２ｂは、これら複数の散布ノズル２２ｄを３段目の触媒層６ｃ側に向けた状態となっている。これらの散布管２２ａ、２２ｂは、ＳＣＲ反応器６内に設けられた複数段の触媒層（本実施形態２では３段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃ）のうち、１段目の触媒層６ａの後段に位置する２段目以降の触媒層に、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを散布する。詳細には、本実施形態２において、散布管２２ａは、２段目の触媒層６ｂに、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを散布する。散布管２２ｂは、３段目の触媒層６ｃに、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを散布する。
【００７４】
排ガス流通系統２３は、上述した導入管２１と散布管２２ａ、２２ｂとに連通し、ＳＣＲ反応器６に向けて排ガスを流通させるものである。図３に示すように、排ガス流通系統２３は、バイパス管２４ａと、出口管２４ｂと、流通管２４ｃと、開閉弁２５ａ〜２５ｅと、送風機２６とを備える。また、排ガス流通系統２３は、実施形態１と同様の混合器３ａと、排気管１１ａと、バイパス管１２と、バイパス弁１３とを備える。
【００７５】
バイパス管２４ａは、還元剤を含まない状態の排ガスをＳＣＲ反応器６に向けて流通させるための配管である。図３に示すように、バイパス管２４ａは、入口端が排気管１１ａの中途部に接続され且つ出口端が導入管２１の中途部に接続されている。バイパス管２４ａは、排気管１１ａから混合器３ａを迂回して導入管２１に合流する排ガスの迂回流路を形成する。
【００７６】
出口管２４ｂは、混合器３ａから送出された排ガスをＳＣＲ反応器６側へ流通させるための配管である。図３に示すように、出口管２４ｂは、入口端が混合器３ａの出側端に接続され且つ出口端が開閉弁２５ｂに接続されている。出口管２４ｂ内を流通する排ガスとしては、例えば、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガス、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスが挙げられる。
【００７７】
流通管２４ｃは、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを散布管２２ａ、２２ｂに向けて流通させるための配管である。図３に示すように、流通管２４ｃの入口端は、出口管２４ｂに接続されている。また、流通管２４ｃの出口端は、例えば、散布管２２ａ、２２ｂの配置数に対応して２つに分岐している。これら流通管２４ｃの各出口端は、開閉弁２５ｄ、２５ｅに接続されている。すなわち、流通管２４ｃは、出口管２４ｂから分岐し、開閉弁２５ｄ、２５ｅを介して散布管２２ａ、２２ｂに通じている。
【００７８】
また、図３に示すように、開閉弁２５ａは、バイパス管２４ａに設けられる。開閉弁２５ａは、バイパス管２４ａを開放または閉塞する駆動弁である。開閉弁２５ｂは、導入管２１と出口管２４ｂとを開閉可能に連通させる駆動弁である。開閉弁２５ｃは、流通管２４ｃの中途部（例えば出口端の近傍）に設けられる。開閉弁２５ｃは、流通管２４ｃを開放または閉塞する駆動弁である。開閉弁２５ｄは、散布管２２ａと流通管２４ｃとを開閉可能に連通させる駆動弁である。開閉弁２５ｅは、散布管２２ｂと流通管２４ｃとを開閉可能に連通させる駆動弁である。
【００７９】
送風機２６は、流通管２４ｃ内を流通する排ガスに圧力を付与するためのものである。図３に示すように、送風機２６は、流通管２４ｃの中途部であって開閉弁２５ｃと出口端（本実施形態２では各出口端に接続された開閉弁２５ｄ、２５ｅ）との間に設けられる。送風機２６は、出口管２４ｂ内から流通管２４ｃ内へ排ガスを吸引し、吸引した排ガスに圧力を付与する。この圧力は、流通管２４ｃを介して散布管２２ａ、２２ｂ内に流入した排ガスを各散布ノズル２２ｃ、２２ｄから噴射させ得る程度の圧力である。送風機２６は、このような圧力を付与した排ガスを、流通管２４ｃ内に沿って散布管２２ａ、２２ｂ側へ送出する。
【００８０】
制御部２９は、排ガスを流通させる排ガス流通系統２３の動作を舶用ＳＣＲシステム２０の運転モード別に制御する。詳細には、低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部２９は、還元剤を含まない状態の排ガスを導入管２１内に流通させるとともに、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを散布管２２ａ、２２ｂ内に流通させるように、排ガス流通系統２３を制御する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部２９は、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを導入管２１内に流通させるように、排ガス流通系統２３を制御する。なお、制御部２９は、このように排ガス流通系統２３を制御すること以外、上述した実施形態１と同じである。
【００８１】
つぎに、本発明の実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステム２０の動作について説明する。図４は、本発明の実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステムの動作を運転モード別に説明するための図である。以下では、第１の排ガス規制として一般海域の排ガス規制（２次規制）を例示し、第２の排ガス規制として排出規制海域の排ガス規制（３次規制）を例示して、図３、４を参照しつつ、舶用ＳＣＲシステム２０の動作を運転モード別に説明する。
【００８２】
一般海域において、舶用ＳＣＲシステム２０は、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガス中のＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減する。この場合、舶用ＳＣＲシステム２０は、低脱硝ＳＣＲ運転モードで排ガス中のＮＯｘの脱硝を行う。
【００８３】
詳細には、操作部８は、操作者の操作に応じて、低脱硝ＳＣＲ運転モードを指示する指示信号を制御部２９に送信し、これにより、低脱硝ＳＣＲ運転モードを制御部２９に指示する。低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部２９は、ＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減するために必要な流量（すなわち第１の流量）の還元剤が小噴射ノズル１から排ガスに噴射されるように、排ガス流通系統２３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御する。また、制御部２９は、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスとＳＣＲ反応器６内の２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃとを選択的に接触させるように、排ガス流通系統２３を制御する。なお、低脱硝ＳＣＲ運転モードでの制御部２９による還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５の制御は、上述した実施形態１と同じである。
【００８４】
例えば、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、制御部２９は、排ガス流通系統２３に対し、以下のような制御を行う。すなわち、制御部２９は、バイパス管２４ａの開閉弁２５ａと、流通管２４ｃの入口端側の開閉弁２５ｃと、流通管２４ｃの出口端側の開閉弁２５ｄ、２５ｅのうち少なくとも１つとを開放するように制御する。これに並行して、制御部２９は、出口管２４ｂと導入管２１との間の開閉弁２５ｂを閉塞するように制御する。また、制御部２９は、送風機２６を駆動させる。なお、制御部２９によるバイパス弁１３の制御は、上述した実施形態１と同じである。
【００８５】
ここで、制御部２９は、エンジン負荷に応じて、流通管２４ｃの出口端側の開閉弁２５ｄ、２５ｅのうち少なくとも１つを開放させる。例えば、制御部２９には、エンジン負荷について所定の閾値が予め設定されている。制御部２９は、エンジン負荷が所定の閾値未満である場合、開閉弁２５ｄ、２５ｅのうち、後段の開閉弁２５ｅを開放するように制御するとともに、前段の開閉弁２５ｄを閉塞するように制御する。一方、制御部２９は、エンジン負荷が所定の閾値以上である場合、開閉弁２５ｄのみ、または開閉弁２５ｄ、２５ｅの両方を開放するように制御する。なお、後段の開閉弁２５ｅは、２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃのうち、後段（本実施形態２では３段目）の触媒層６ｃに散布ノズル２２ｄを向けている散布管２２ｂに通じる開閉弁である。前段の開閉弁２５ｄは、２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃのうち、前段（本実施形態２では２段目）の触媒層６ｂに散布ノズル２２ｃを向けている散布管２２ａに通じる開閉弁である。
【００８６】
上述したように制御部２９が排ガス流通系統２３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御することにより、低脱硝ＳＣＲ運転モードでは、排ガス中のＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減するための最適なＮＯｘの脱硝が行われる。
【００８７】
具体的には、図４に示すように、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、舶用ディーゼルエンジン１００（図３参照）から排出された排ガスＧ１は、排気管１１ａを介して混合器３ａ内に流入するとともに、排気管１１ａからバイパス管２４ａを介して導入管２１内に流入する。混合器３ａ内では、上述した実施形態１と同様に、上記第１の流量に調整された還元剤Ｌ２が、圧縮空気Ｇ１２の作用によって小噴射ノズル１から噴射（噴霧）されている。混合器３ａ内に流入した排ガスＧ１は、小噴射ノズル１から還元剤Ｌ２が噴射されて、この還元剤Ｌ２と混ざり合う。このように還元剤Ｌ２が噴射された排ガスＧ１、すなわち、噴射された還元剤Ｌ２を含む状態の排ガスＧ２は、混合器３ａから出口管２４ｂ内に排出される。出口管２４ｂ内の排ガスＧ２は、送風機２６の作用により、流通管２４ｃ内に吸引されるとともに、所定の圧力を有した状態で流通管２４ｃ内をＳＣＲ反応器６側に向かって流通する。
【００８８】
ここで、エンジン負荷が所定の閾値未満である場合、開閉弁２５ｄは閉塞した状態であり、開閉弁２５ｅは開放した状態である。この場合、流通管２４ｃ内の排ガスＧ２は、開閉弁２５ｅを介して散布管２２ｂ内に流入する。散布管２２ｂは、複数の散布ノズル２２ｄからＳＣＲ反応器６内の３段目の触媒層６ｃに、この流入された排ガスＧ２（小噴射ノズル１から噴射された還元剤Ｌ２を含む状態の排ガス）を散布する。一方、エンジン負荷が所定の閾値以上である場合、開閉弁２５ｄのみが開放した状態、または、開閉弁２５ｄ、２５ｅの両方が開放した状態である。開閉弁２５ｄのみが開放した状態である場合、流通管２４ｃ内の排ガスＧ２は、開閉弁２５ｄを介して散布管２２ａ内に流入する。散布管２２ａは、複数の散布ノズル２２ｃからＳＣＲ反応器６内の２段目の触媒層６ｂに、この流入された排ガスＧ２を散布する。または、開閉弁２５ｄ、２５ｅの両方が開放した状態である場合、流通管２４ｃ内の排ガスＧ２は、開閉弁２５ｄを介して散布管２２ａ内に流入するとともに、開閉弁２５ｅを介して散布管２２ｂ内に流入する。散布管２２ａは、上述の場合と同様に、ＳＣＲ反応器６内の２段目の触媒層６ｂに排ガスＧ２を散布する。これに並行して、散布管２２ｂは、複数の散布ノズル２２ｄからＳＣＲ反応器６内の３段目の触媒層６ｃに、この流入された排ガスＧ２を散布する。
【００８９】
一方、排気管１１ａからバイパス管２４ａを介して導入管２１内に流入した排ガスＧ１は、導入管２１を介してＳＣＲ反応器６内に流入し、１段目の触媒層６ａに導入される。ここで、この排ガスＧ１は、排気管１１ａからバイパス管２４ａ内を通ることによって混合器３ａを迂回してＳＣＲ反応器６内に流入した排ガスである。すなわち、この排ガスＧ１は、還元剤Ｌ２を含まない状態の排ガスである。ＳＣＲ反応器６内に流入した排ガスＧ１は、１段目の触媒層６ａ内を通って流れる。この場合、排ガスＧ１は還元剤Ｌ２を含んでいないため、排ガスＧ１と１段目の触媒層６ａとが接触しても、この排ガスＧ１中のＮＯｘの脱硝（還元反応）は行われない。
【００９０】
１段目の触媒層６ａ内を通った排ガスＧ１は、２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃ内を順次通るように流れる。ここで、エンジン負荷が所定の閾値未満である場合、ＳＣＲ反応器６内の散布管２２ａ、２２ｂのうち、後段の散布管２２ｂのみから還元剤Ｌ２を含む状態の排ガスＧ２が散布される。この場合、排ガスＧ１は、１段目の触媒層６ａの場合と同様に、還元剤Ｌ２を含まない状態で２段目の触媒層６ｂ内を通って流れる。すなわち、２段目の触媒層６ｂにおいても、この排ガスＧ１中のＮＯｘの脱硝は行われない。続いて、排ガスＧ１は、２段目の触媒層６ｂから３段目の触媒層６ｃに向かって流れる。この際、排ガスＧ１は、散布管２２ｂの複数の散布ノズル２２ｄから散布された排ガスＧ２と混ざり合い、これにより、この排ガスＧ２中の還元剤Ｌ２を含む状態の排ガス（すなわち排ガスＧ２の一部）になる。このような排ガスＧ２は、還元剤Ｌ２を含む状態で３段目の触媒層６ｃ内に流入する。３段目の触媒層６ｃでは、排ガスＧ２中のＮＯｘの還元反応が触媒作用によって進行し、これにより、排ガスＧ２中のＮＯｘが脱硝される。この脱硝により、排ガスＧ２中のＮＯｘの排出量は、２次規制の規制値以下に低減される。その後、３段目の触媒層６ｃ内を通った排ガスＧ２は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【００９１】
一方、エンジン負荷が所定の閾値以上である場合、ＳＣＲ反応器６内の散布管２２ａのみ、または散布管２２ａ、２２ｂの両方から、還元剤Ｌ２を含む状態の排ガスＧ２が散布される。この場合、１段目の触媒層６ａ内を通った排ガスＧ１は、散布管２２ａの複数の散布ノズル２２ｃから散布された排ガスＧ２と混ざり合い、これにより、この排ガスＧ２中の還元剤Ｌ２を含む状態の排ガス（すなわち排ガスＧ２の一部）になる。または、１段目の触媒層６ａ内を通った排ガスＧ１は、散布管２２ａの複数の散布ノズル２２ｃから散布された排ガスＧ２と混ざり合い、続いて、散布管２２ｂの複数の散布ノズル２２ｄから散布された排ガスＧ２と混ざり合う。このようにして、当該排ガスＧ１は、これらの排ガスＧ２中の還元剤Ｌ２を順次含む状態の排ガス（すなわち排ガスＧ２の一部）になる。このような排ガスＧ２は、上述した何れの場合においても、還元剤Ｌ２を含む状態で２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃ内に順次流入する。２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃでは、排ガスＧ２中のＮＯｘの還元反応が触媒作用によって順次進行し、これにより、排ガスＧ２中のＮＯｘが脱硝される。この脱硝により、排ガスＧ２中のＮＯｘの排出量は、２次規制の規制値以下に低減される。その後、３段目の触媒層６ｃ内を通った排ガスＧ２は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【００９２】
一方、排出規制海域において、舶用ＳＣＲシステム２０は、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガス中のＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減する。この場合、舶用ＳＣＲシステム２０は、高脱硝ＳＣＲ運転モードで排ガス中のＮＯｘの脱硝を行う。
【００９３】
詳細には、操作部８は、操作者の操作に応じて、高脱硝ＳＣＲ運転モードを指示する指示信号を制御部２９に送信し、これにより、高脱硝ＳＣＲ運転モードを制御部２９に指示する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部２９は、ＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減するために必要な流量（すなわち第２の流量）の還元剤が大噴射ノズル２から排ガスに噴射されるように、排ガス流通系統２３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御する。なお、高脱硝ＳＣＲ運転モードでの制御部２９による還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５の制御は、上述した実施形態１と同じである。
【００９４】
例えば、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、制御部２９は、排ガス流通系統２３に対し、以下のような制御を行う。すなわち、制御部２９は、バイパス管２４ａの開閉弁２５ａと、流通管２４ｃの入口端側の開閉弁２５ｃと、流通管２４ｃの出口端側の開閉弁２５ｄ、２５ｅとを閉塞するように制御する。これに先立ち、制御部２９は、出口管２４ｂと導入管２１との間の開閉弁２５ｂを開放するように制御する。また、制御部２９は、送風機２６を停止させる。なお、制御部２９によるバイパス弁１３の制御は、上述した実施形態１と同じである。
【００９５】
上述したように制御部２９が排ガス流通系統２３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御することにより、高脱硝ＳＣＲ運転モードでは、排ガス中のＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減するための最適なＮＯｘの脱硝が行われる。
【００９６】
具体的には、図４に示すように、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、舶用ディーゼルエンジン１００（図３参照）から排出された排ガスＧ１は、排気管１１ａを介して混合器３ａ内に流入する。混合器３ａ内では、上述した実施形態１と同様に、上記第２の流量に調整された還元剤Ｌ３が、圧縮空気Ｇ１３の作用によって大噴射ノズル２から噴射（噴霧）されている。混合器３ａ内に流入した排ガスＧ１は、大噴射ノズル２から還元剤Ｌ３が噴射されて、この還元剤Ｌ３と混ざり合う。このように還元剤Ｌ３が噴射された排ガスＧ１、すなわち、噴射された還元剤Ｌ３を含む状態の排ガスＧ３は、混合器３ａから出口管２４ｂ内に排出される。出口管２４ｂ内の排ガスＧ３は、開閉弁２５ｂおよび導入管２１を介してＳＣＲ反応器６内に流入し、１段目の触媒層６ａに導入される。
【００９７】
ＳＣＲ反応器６内において、排ガスＧ３は、複数段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃと順次接触しながら、ＳＣＲ反応器６の出側へ流れる。ここで、排ガスＧ３は、大噴射ノズル２から噴射された還元剤Ｌ３を含む状態の排ガスである。ＳＣＲ反応器６は、触媒層６ａ、６ｂ、６ｃの各々における触媒作用により、この排ガスＧ３中のＮＯｘの還元反応を進行させる。これにより、ＳＣＲ反応器６は、排ガスＧ３中のＮＯｘを脱硝する。この脱硝により、排ガスＧ３中のＮＯｘの排出量は、３次規制の規制値以下に低減される。３段目の触媒層６ｃ内を通った排ガスＧ３は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【００９８】
以上、説明したように、本発明の実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステム２０では、ＳＣＲ反応器６内に、排ガスの入側から出側に向かって複数段の触媒層を設け、低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、還元剤を含まない状態の排ガスを複数段の触媒層のうち１段目の触媒層に導入するとともに、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを複数段の触媒層のうち２段目以降の触媒層に散布し、高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを複数段の触媒層のうち１段目の触媒層６ａに導入するようにし、その他を実施形態１と同様に構成している。
【００９９】
ここで、これら複数段の触媒層のうち、１段目の触媒層は、還元反応によって脱硝されるＮＯｘの量が２段目以降の触媒層の各々よりも多くなる。それ故、ＮＯｘの還元反応に伴う１段目の触媒層の劣化速度は、２段目以降の触媒層よりも速くなり、これら複数段の触媒層間に劣化のムラが生じる恐れがある。これに対し、本実施形態２の構成によれば、上述した実施形態１と同様の作用効果を享受することができるとともに、排ガス中のＮＯｘの低減（脱硝）すべき量に応じて、これら複数段の触媒層の中から、ＮＯｘの還元反応に必要な触媒層を選択することができる。これにより、第２の排ガス規制（例えば３次規制）よりもＮＯｘの低減すべき量が少ない第１の排ガス規制の海域（例えば一般海域）において、ＮＯｘの還元反応に伴う触媒の劣化速度が１段目の触媒層よりも遅い２段目以降の触媒層を、当該還元反応を行わせる触媒層として積極的に用いることができる。この結果、１段目の触媒層の劣化速度を低下できることから、これら複数段の触媒層間での劣化のムラを抑制できるとともに、これら複数段の触媒層を当該還元反応に効率よく使用することができる。
【０１００】
（実施形態３）
つぎに、本発明の実施形態３について説明する。上述した実施形態２では、小噴射ノズル１と大噴射ノズル２とを単一の混合器３ａ内に配置していたが、本実施形態３では、小噴射ノズル１と大噴射ノズル２とを各々別体の混合器内に配置している。
【０１０１】
図５は、本発明の実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステム一構成例を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステム３０は、上述した実施形態２に係る舶用ＳＣＲシステム２０の導入管２１に代えて導入管３１を備え、排ガス流通系統２３に代えて排ガス流通系統３３を備え、制御部２９に代えて制御部３９を備える。その他の構成は実施形態２と同じであり、同一構成部には同一符号を付している。
【０１０２】
導入管３１は、ＳＣＲ反応器６に排ガスを導入するための配管である。図５に示すように、導入管３１は、入口端が排ガス流通系統３３の出口管３４ａに接続され且つ出口端がＳＣＲ反応器６の入側端に接続されている。導入管３１は、ＳＣＲ反応器６内に設けられた複数段の触媒層（本実施形態３では３段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃ）のうち、ＳＣＲ反応器６における排ガスの入側から１段目の触媒層６ａに、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスまたは還元剤を含まない状態の排ガスを導入する。
【０１０３】
排ガス流通系統３３は、上述した導入管３１と散布管２２ａ、２２ｂとに連通し、ＳＣＲ反応器６に向けて排ガスを流通させるものである。図５に示すように、排ガス流通系統３３は、実施形態２における単一の混合器３ａに代えて互いに別体の混合器３３ａ、３３ｂを備え、実施形態２における出口管２４ｂに代えて出口管３４ａを備える。また、排ガス流通系統３３は、実施形態２と同様に、排気管１１ａと、バイパス管１２と、バイパス弁１３と、流通管２４ｃと、開閉弁２５ｃ、２５ｄ、２５ｅと、送風機２６とを備える。
【０１０４】
混合器３３ａは、小噴射ノズル１から噴射された還元剤と舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガスとを混合するもの（第１の混合器の一例）である。図５に示すように、混合器３３ａは、小噴射ノズル１を内部に有し、流通管２４ｃの中途部であって送風機２６と開閉弁２５ｄ、２５ｅとの間に設けられる。混合器３３ａは、流通管２４ｃを介して流入された排ガスと小噴射ノズル１から噴射された還元剤とを混合しながら、この還元剤を含む状態の排ガスを、ＳＣＲ反応器６に向けて流通させる。
【０１０５】
混合器３３ｂは、大噴射ノズル２から噴射された還元剤と舶用ディーゼルエンジン１００からの排ガスとを混合するもの（第２の混合器の一例）である。図５に示すように、混合器３３ｂには、排ガスの入側に排気管１１ａが接続され、排ガスの出側に出口管３４ａが接続されている。また、混合器３３ｂは、大噴射ノズル２を内部に有する。混合器３３ｂは、排気管１１ａから流入された排ガスと大噴射ノズル２から噴射された還元剤とを混合しながら、この還元剤を含む状態の排ガスを、ＳＣＲ反応器６に向けて出口管３４ａ内に流通させる。
【０１０６】
出口管３４ａは、混合器３３ｂから送出された排ガスをＳＣＲ反応器６側へ流通させるための配管である。図５に示すように、出口管３４ａは、入口端が混合器３３ｂの出側端に接続され且つ出口端が導入管３１の入口端に接続されている。また、出口管３４ａの出口端は、流通管２４ｃの入口端に接続されている。すなわち、出口管３４ａは、出口端側が導入管３１と流通管２４ｃとに分岐するように構成されている。出口管２４ｂ内を流通する排ガスとしては、例えば、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガス、還元剤を含まない状態の排ガス（大噴射ノズル２から還元剤が噴射されていない排ガス）が挙げられる。
【０１０７】
制御部３９は、排ガスを流通させる排ガス流通系統３３の動作を舶用ＳＣＲシステム３０の運転モード別に制御する。詳細には、低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部３９は、還元剤を含まない状態の排ガスを導入管３１内に流通させるとともに、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを散布管２２ｂ内のみ、または散布管２２ａ、２２ｂ内の両方に流通させるように、排ガス流通系統３３を制御する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部３９は、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスを導入管３１内に流通させるように、排ガス流通系統３３を制御する。なお、制御部３９は、上記の制御以外、上述した実施形態２と同じである。
【０１０８】
つぎに、本発明の実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステム３０の動作について説明する。図６は、本発明の実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステムの動作を運転モード別に説明するための図である。以下では、第１の排ガス規制として一般海域の排ガス規制（２次規制）を例示し、第２の排ガス規制として排出規制海域の排ガス規制（３次規制）を例示して、図５、６を参照しつつ、舶用ＳＣＲシステム３０の動作を運転モード別に説明する。
【０１０９】
一般海域において、舶用ＳＣＲシステム３０は、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガス中のＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減する。この場合、舶用ＳＣＲシステム３０は、低脱硝ＳＣＲ運転モードで排ガス中のＮＯｘの脱硝を行う。
【０１１０】
詳細には、操作部８は、操作者の操作に応じて、低脱硝ＳＣＲ運転モードを指示する指示信号を制御部３９に送信し、これにより、低脱硝ＳＣＲ運転モードを制御部３９に指示する。低脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部３９は、ＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減するために必要な流量（すなわち第１の流量）の還元剤が小噴射ノズル１から排ガスに噴射されるように、排ガス流通系統３３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御する。なお、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、制御部３９は、排ガス流通系統３３のバイパス弁１３、開閉弁２５ｃ、２５ｄ、２５ｅおよび送風機２６と、還元剤供給系統４と、圧縮空気供給系統５とを、上述した実施形態２と同様に制御する。
【０１１１】
上述したように制御部３９が排ガス流通系統３３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御することにより、低脱硝ＳＣＲ運転モードでは、排ガス中のＮＯｘの排出量を２次規制の規制値以下に低減するための最適なＮＯｘの脱硝が行われる。
【０１１２】
具体的には、図６に示すように、低脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、舶用ディーゼルエンジン１００（図５参照）から排出された排ガスＧ１は、排気管１１ａを介して混合器３３ｂ内に流入する。ここで、低脱硝ＳＣＲ運転モードでは、上述した実施形態２と同様に、大噴射ノズル２から還元剤は噴射されていない。したがって、混合器３３ｂ内の排ガスＧ１は、還元剤と混合されることなく、混合器３３ｂから出口管３４ａ内に排出される。出口管３４ａ内の排ガスＧ１は、導入管３１内に流入するとともに、送風機２６の作用によって流通管２４ｃ内に吸引され、所定の圧力を有した状態で流通管２４ｃから混合器３３ａ内に流入する。
【０１１３】
混合器３３ａ内では、上述した実施形態２と同様に、上記第１の流量に調整された還元剤Ｌ２が、圧縮空気Ｇ１２の作用によって小噴射ノズル１から噴射（噴霧）されている。混合器３３ａ内に流入した排ガスＧ１は、小噴射ノズル１から還元剤Ｌ２が噴射されて、この還元剤Ｌ２と混ざり合う。このように還元剤Ｌ２が噴射された排ガスＧ１、すなわち、噴射された還元剤Ｌ２を含む状態の排ガスＧ２は、混合器３３ａの出側から流通管２４ｃ内に排出される。流通管２４ｃ内に排出された排ガスＧ２は、上述した実施形態２と同様に、散布管２２ａ、２２ｂのうちの少なくとも１つからＳＣＲ反応器６内に散布される。
【０１１４】
一方、混合器３３ｂから出口管３４ａを介して導入管３１内に流入した排ガスＧ１は、導入管３１を介してＳＣＲ反応器６内に流入し、１段目の触媒層６ａに導入される。続いて、この排ガスＧ１は、１段目の触媒層６ａ内を通って流れる。この排ガスＧ１は還元剤Ｌ２を含んでいないため、上述した実施形態２と同様に、１段目の触媒層６ａにおいて、この排ガスＧ１中のＮＯｘの還元反応による脱硝は行われない。
【０１１５】
１段目の触媒層６ａ内を通った排ガスＧ１は、２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃ内を順次通るように流れる。この場合、排ガスＧ１は、上述した実施形態２と同様に、散布管２２ａ、２２ｂのうち少なくとも１つから散布された排ガスＧ２中の還元剤Ｌ２と混ざり合って、還元剤Ｌ２を含む状態の排ガスＧ２となり、ＮＯｘの還元反応によって脱硝される。この脱硝により、排ガスＧ２中のＮＯｘの排出量は、２次規制の規制値以下に低減される。その後、この排ガスＧ２は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【０１１６】
一方、排出規制海域において、舶用ＳＣＲシステム３０は、舶用ディーゼルエンジン１００から排出された排ガス中のＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減する。この場合、舶用ＳＣＲシステム３０は、高脱硝ＳＣＲ運転モードで排ガス中のＮＯｘの脱硝を行う。
【０１１７】
詳細には、操作部８は、操作者の操作に応じて、高脱硝ＳＣＲ運転モードを指示する指示信号を制御部３９に送信し、これにより、高脱硝ＳＣＲ運転モードを制御部３９に指示する。高脱硝ＳＣＲ運転モードが指示された場合、制御部３９は、ＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減するために必要な流量（すなわち第２の流量）の還元剤が大噴射ノズル２から排ガスに噴射されるように、排ガス流通系統３３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御する。なお、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、制御部３９は、排ガス流通系統３３のバイパス弁１３、開閉弁２５ｃ、２５ｄ、２５ｅおよび送風機２６と、還元剤供給系統４と、圧縮空気供給系統５とを、上述した実施形態２と同様に制御する。
【０１１８】
上述したように制御部３９が排ガス流通系統３３、還元剤供給系統４および圧縮空気供給系統５を制御することにより、高脱硝ＳＣＲ運転モードでは、排ガス中のＮＯｘの排出量を３次規制の規制値以下に低減するための最適なＮＯｘの脱硝が行われる。
【０１１９】
具体的には、図６に示すように、高脱硝ＳＣＲ運転モードにおいて、舶用ディーゼルエンジン１００（図５参照）から排出された排ガスＧ１は、排気管１１ａを介して混合器３３ｂ内に流入する。混合器３３ｂ内では、上述した実施形態２と同様に、上記第２の流量に調整された還元剤Ｌ３が、圧縮空気Ｇ１３の作用によって大噴射ノズル２から噴射（噴霧）されている。混合器３３ｂ内に流入した排ガスＧ１は、大噴射ノズル２から還元剤Ｌ３が噴射されて、この還元剤Ｌ３と混ざり合う。このように還元剤Ｌ３が噴射された排ガスＧ１、すなわち、噴射された還元剤Ｌ３を含む状態の排ガスＧ３は、混合器３３ｂから出口管３４ａ内に排出される。出口管３４ａ内の排ガスＧ３は、導入管３１を介してＳＣＲ反応器６内に流入し、１段目の触媒層６ａに導入される。
【０１２０】
ＳＣＲ反応器６内において、排ガスＧ３は、複数段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃと順次接触しながら、ＳＣＲ反応器６の出側へ流れる。ここで、排ガスＧ３は、大噴射ノズル２から噴射された還元剤Ｌ３を含む状態の排ガスである。ＳＣＲ反応器６は、上述した実施形態２と同様に、触媒層６ａ、６ｂ、６ｃの各々における触媒作用により、この排ガスＧ３中のＮＯｘの還元反応を進行させて、排ガスＧ３中のＮＯｘを脱硝する。この脱硝により、排ガスＧ３中のＮＯｘの排出量は、３次規制の規制値以下に低減される。この排ガスＧ３は、ＳＣＲ反応器６から出口管１１ｃを介して排出・回収側へ排出される。
【０１２１】
以上、説明したように、本発明の実施形態３に係る舶用ＳＣＲシステム３０では、混合器３３ａ内に小噴射ノズル１を配置して、小噴射ノズル１から噴射された還元剤と排ガスとを混合器３３ａ内で混合し、混合器３３ａとは別体の混合器３３ｂ内に大噴射ノズル２を配置して、大噴射ノズル２から噴射された還元剤と排ガスとを混合器３３ｂ内で混合するようにし、その他を実施形態２と同様に構成している。このため、上述した実施形態２と同様の作用効果を享受することができるとともに、実施形態２における排ガス流通系統２３に比べて、排ガスの流通経路を切り換えるための配管およびは開閉弁を減らすことができる。これにより、排ガス中のＮＯｘの低減（脱硝）すべき量に応じて、ＳＣＲ反応器６内の複数段の触媒層の中から、ＮＯｘの還元反応に必要な触媒層を選択するための排ガス流通系統３３を、簡易に構成することができる。さらには、この排ガス流通系統３３の制御を簡易に行うことができる。
【０１２２】
なお、上述した実施形態１〜３では、大噴射ノズル２を小噴射ノズル１よりも大口径の噴射ノズルとしていたが、本発明は、これに限定されない。本発明において、大噴射ノズル２は、小口径（例えば小噴射ノズル１以下の口径）の噴射ノズルの集合体によって構成されてもよい。また、小噴射ノズル１と大噴射ノズル２とを一体化した噴射ノズルを小口径の噴射ノズルの集合体によって構成し、この集合体のうちのｍ個の噴射ノズルを小噴射ノズル１とし、残りｎ個（但しｎ＞ｍ）の噴射ノズルを大噴射ノズル２としてもよい。あるいは、小噴射ノズル１および大噴射ノズル２は、噴射量を調整可能な１つ以上の可変型噴射ノズルによって構成されてもよい。
【０１２３】
また、上述した実施形態１〜３では、ＳＣＲ反応器６における排ガスの入側から出側に向かう方向（すなわち排ガスの流通方向）に沿って配置される複数段の触媒層の一例として、３段の触媒層６ａ、６ｂ、６ｃを例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、ＳＣＲ反応器６内に配置される触媒層の数（段数）は、２つ以上であってもよい。また、実施形態１においては、当該触媒層の数は、１つ以上であってもよい。
【０１２４】
また、上述した実施形態２、３では、ＳＣＲ反応器６内に２つの散布管２２ａ、２２ｂを配置していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、還元剤を含む状態の排ガスを散布する散布管は、ＳＣＲ反応器６内の複数段の触媒層のうち２段目以降の触媒層の数に応じて必要数（例えば同数）、配置されていてもよい。
【０１２５】
また、上述した実施形態１、２では、小噴射ノズル１および大噴射ノズル２を単一の混合器３ａ内に配置していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、小噴射ノズル１および大噴射ノズル２は各々別体の混合器内に分けて配置されてもよい。
【０１２６】
また、上述した実施形態２、３では、低脱硝ＳＣＲ運転モードの際に、還元剤を含まない状態の排ガスをＳＣＲ反応器６内の１段目の触媒層６ａに導入し、小噴射ノズル１から噴射された還元剤を含む状態の排ガスをＳＣＲ反応器６内の２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃのうち少なくとも一つに導入（散布）していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、低脱硝ＳＣＲ運転モードのみならず、高脱硝ＳＣＲ運転モードの際に、還元剤を含まない状態の排ガスをＳＣＲ反応器６内の１段目の触媒層６ａに導入し、大噴射ノズル２から噴射された還元剤を含む状態の排ガスをＳＣＲ反応器６内の２段目以降の触媒層６ｂ、６ｃのうち少なくとも一つに導入してもよい。
【０１２７】
また、上述した実施形態１〜３により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施形態１〜３に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【０１２８】
１  小噴射ノズル
２  大噴射ノズル
３  排ガス流通系統
３ａ  混合器
４  還元剤供給系統
４ａ  還元剤供給源
４ｂ  小制御弁
４ｃ  大制御弁
４ｄ  流量センサ
４ｅ、４ｆ  開閉弁
５  圧縮空気供給系統
５ａ  圧縮空気供給源
５ｂ、５ｃ  開閉弁
６  ＳＣＲ反応器
６ａ、６ｂ、６ｃ  触媒層
７  差圧計
８  操作部
９、２９、３９  制御部
１０、２０、３０  舶用ＳＣＲシステム
１１ａ  排気管
１１ｂ  導入管
１１ｃ  出口管
１２  バイパス管
１３  バイパス弁
１４ａ、１４ｄ、１４ｇ  供給管
１４ｂ、１４ｃ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｈ、１４ｉ  分岐管
１５ａ  給気管
１５ｂ、１５ｃ  分岐管
１５ｄ、１５ｅ  オリフィス部
２１  導入管
２２ａ、２２ｂ  散布管
２２ｃ、２２ｄ  散布ノズル
２３  排ガス流通系統
２４ａ  バイパス管
２４ｂ  出口管
２４ｃ  流通管
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ  開閉弁
２６  送風機
３１  導入管
３３  排ガス流通系統
３３ａ、３３ｂ  混合器
３４ａ  出口管
１００  舶用ディーゼルエンジン
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３  排ガス
Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３  圧縮空気
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  還元剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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