Special Feature 【特集】 海から地球を守る 「K-ECOS」 の貢献 海から地球を守る取り組みが本格化している。 IMO（国際海事機関）による船からの各種の排出ガス規制、 特にNOx３次規制が2016年からスタートしたからだ。 技術的なハードルが高い課題に、いち早く回答を示したのが 川崎重工の複合低環境負荷システム「K‐ECOS」である。 アメリカ一国分を上回る 排出量 ２ ０ １ ６ 年 ２ 月 。最 新 鋭 の 自 動 車 運 搬 船 が 横 浜 港 大 さ ん 橋 に 姿 を 見 せ た 。川 崎 汽 船 の﹁ DR I VE GR EEN H IGHWAY ﹂。 川 崎 汽 船 の 環 境 ビ ジ ョ ン を 基 に 、細 部 に ま で エコ 技 術 を 施 し た 世 界 最 先 端 の 環 境対応フラッグシップだ。総トン数７万６ ０ ０ ０ ト ン 。積 載 で き る 自 動 車 は 約 ７ ５ ２ ００台と従来船より１５００台も多い。 ％ 以 上 、Ｓ Ｏ ｘ︵ 硫 黄 酸 化 物 ︶は ％ ％、 ＮＯｘ ︵窒素酸化物︶ に も か か わ らず 船から排 出されるＣＯ は ︵二酸化炭素︶は ＮＯｘは ％で世界最大の排出国であるア 排出量の約３％でドイツ一国分に相当し、 る船から排 出されるＣ Ｏ ２は、世 界 全 体の ものになっている。世界中で運航されてい 近 年 、海 で の 自 然 破 壊 が 見 過 ご せ な い ルも並んでいる。 軒分に相当する電力を生む太陽光発電パネ 以上削減している。 甲板には一般家庭３００ 90 25 メリカの１・３倍に相当する 。 13 高い規制がＮＯｘの削減だ。 年からは３ 種の規制を導入。なかでも技術ハードルの この 事 態 に 国 際 海 事 機 関︵ ＩＭＯ ︶は 各 * 次 規 制 が 始 ま り 、﹁ 排 出 規 制 海 域︵ ＥＣＡ ︶ 16 を通航する船舶は、 年の１次規制の基 準 値よりも ％ 削 減 ﹂し な け れ ば な ら ない。 00 年１月以後に建造に着手 16 だ。 ％削減とはそれほど重い数値であ な け れ ば ３ 次 規 制 値 を ク リ ア で き ないの 全 体 を 見 直 し 、新 た な 稼 働 手 法 を 確 立 し ドルは格段に高い。船のエンジンシステム た 。し か し 、３ 次 規 制 値 を ク リ ア す るハー ミング 調 整 な どで 規 制 値 を ク リア して き き た 。た だ し こ れ ま で は 、燃 料 噴 射 の タ イ １ 次 、２ 次 と Ｎ Ｏ ｘ 規 制 は 強 化 さ れ て 燃 費 を 維 持 しな が ら 厳 しい 規 制をクリア 規制への適応を急がなければならない。 する船舶から適用﹂とはいえ多くの船主が る。 規制値は、﹁ 送 で 運 ば れ る 荷 の ３ 割 が 北 米 発・着 で あ ２００海里域であるからだ。世界の海上輸 指 定 さ れ ているの が 北 米 大 陸 の 東 西 沿 岸 この 規 制 の 影 響 は 大 きい 。現 在 、Ｅ Ｃ Ａ に 80 DRIVE GREEN 関 係 に あ り 、こ れ を 解 消 し な け れ ば 船 主 の 維 持 と Ｎ Ｏ ｘの 削 減 は ト レ ー ド オ フ の い て 発 生 量 が 増 え る 。﹁ つ ま り 、燃 費 効 率 が よい 状 態 の 時 ほ ど 酸 素 と 窒 素 が 結 び 付 必 然 的 に 減 る 。し か し Ｎ Ｏｘは 、燃 費 効 率 せる。Ｃ Ｏ ２は 燃 費 がよく なれば 発 生量は よ く 燃 え 、効 率 よ く エ ネ ル ギ ー を 取 り 出 酸 素 が 十 分 に あ り 高 温・高 圧 で あ る ほ ど これ に は 説 明 が 必 要 だ 。燃 料︵ 重 油 ︶は 、 にあります﹂と強調する。 憲 課 長 は 、﹁ Ｋ Ｅ ‐Ｃ Ｏ Ｓの 最 大 の 特 徴 は 、 燃 費 維 持 と Ｎ Ｏｘ 削 減 を 両 立 さ せ た こ と 発 プ ロ ジェク ト の リ ー ダ ー で あ る 東 田 正 各 種 の 装 置 と 制 御 シ ス テ ム か ら な る 。開 Ｋ Ｅ ‐Ｃ Ｏ Ｓ は 、従 来 か ら あ る 舶 用 ２ サ イ ク ルエン ジ ン に 新 た に 取 り 付 け ら れ る ﹂に 採 用され、抜 群の環 境 性 能 HIGHWAY を実証したのもＫ Ｅ ‐ＣＯＳである。 ステム ﹁Ｋ Ｅ だ。﹁ ‐ＣＯＳ﹂ 発 し たのが 川 崎 重 工の 複 合 低 環 境 負 荷 シ く ３ 次 規 制 値 を ク リア す るシステムを 開 の 世 界 初の 技 術 も 盛 り 込 み な が ら 、 いち 早 複 数の 環 境 技 術 を 組 み 合 わ せ 、 いくつも が ここに あ る 。 り 、船 主 が 危 機 感 を 募 ら せ る 最 大 の 理 由 80 04 Kawasaki News 183 Kawasaki News 183 05 N O x 50 ＊シップ・アンド・オーシャン財団 「船舶排ガスの地球環境への影響と防止技術の調査研究報告書」 （1999年） やOECD統計などから本誌試算 【図Ⅰ】K-ECOSのセクション図 1 水エマルジョン燃料 5 K-ECOS制御システム 舶用で世界初の実用化 「 司令部」 K-ECOS の「頭脳」 燃料 （重油） と清水を混ぜて乳化させたのが水エマルジョン燃料。燃焼の際に燃料に含 まれる水分子が蒸発してシリンダ内の熱を奪い、NOx の発生を低減する。EGRと併せ、 NOx3 次規制をクリアする中核的な技術だ。水エマルジョン燃料は、ボイラなどでは実 用化されているが、舶用のディーゼルエンジンに本格的に長期利用するのは世界初。 K-ECOS の各セクションの状況を常に把握し、その連携に より燃費とNOx 削減の最適制御を実現する統合制御シス テム。各種の制御のなかでも機関停止中にしか行えなかっ た過給機の稼働・休止を運転中に自動で行えるようにした のが大きな特徴だ。つまりノンストップ運航による効率性 （故障モードと影響 の向上が図られる。システムは、FMEA （潜在危険性の洗い出しと評価、対策） など 分析） 、HAZOP の手法に則り、極限まで安全性を追求。さまざまな運航パ ターンを想定したシステム設計を実現した。 2 過給機カットシステム 世界初 の運航中の 自動稼働・停止を実現 ＊ シリンダ内に送る空気を圧縮することで、より大きな出 力を得られる。その空気圧縮装置が過給機だ。K-ECOS では、主と副の 2 種類の過給機を備える。従来は主機の 運転中に副過給機を稼働・停止することはできなかった。 川崎重工は、副過給機の稼働・停止を自動的に行うシー ケンシャル過給機制御システムの開発に成功。これによ り船の EGR 運転の有無に応じた最適な圧縮空気量を実 現し、燃費を向上させられる。 4 廃水処理システム 動力不要で省電力、省スペース化を追求 EGR のスクラバからの廃水を処理するシステムで、動力不要の「傾斜管沈殿 槽」 方式を採用している。廃水は、沈殿槽および遠心分離機の2つの分離装置 によりスラッジ （汚泥） と水に分かれ、水はEGR の洗浄水として再利用される。 省エネ、省スペース、高性能な経済的に優れたシステムとなっている。 ＊船舶に搭載される2サイクルディーゼル主機において 3 EGR（排気ガス再循環装置） 独自開発のスクラバが威力を発揮 の期待に応えることはできませんし、 ま ず 重 油 と水 を 混 ぜて乳 化 させた水 ↑ ↑ 地 球 に 貢 献 で き る 技 術 と も 言 え ないの エマルジョン燃料をつくる ︵図Ⅰ ①- ︶ 。燃 料がシリンダ内で燃えると水分が蒸発し で す ﹂︵ 東 田 課 長 ︶。 水添加 制御部 生 を 抑 え る の だ 。こ れ だ け で Ｎ Ｏ ｘ は EGR 制御部 て熱を奪う。 つまり、 高温でのＮＯｘの発 過給機 制御部 25 ％削減され、 燃料消費率に変化はない。 制御装置 複 合 環 境 技 術を統 合 制 御する 〝 執 念の仕 事 〟 廃水 処理装置 排ガスエネルギーを利 用し、高 圧の吸 掃気 入空気︵掃 気︶をつくるのが過給 機だ︵図 ブロワ 過給機 ② 過 給 機 カ ッ ト シ ス テ ム 、③ Ｅ Ｇ Ｒ︵ 排 冷却装置 燃料供給部 E G R Ⅰ ②︶ 。 Ｋ ＥＣＯＳでは主過給機と副過 ‐ 給機 ︵メインターボとサブターボ︶ の２機 スクラバ Ｋ Ｅ ‐Ｃ Ｏ Ｓ は 、５ つ の セ ク シ ョ ン か ら な っ て い る 。① 水 エ マ ル ジ ョ ン 燃 料 、 燃料 生成部 排気 廃水処理 制御部 燃料 排気弁 排気 大気 水 気 ガ ス 再 循 環 装 置 ︶、④ 廃 水 処 理 シ ス テ 制御装置には、過 給機制御部、EGR 制御部、廃水処理制御部、水添 加制 御 部 など が 納 められており、それぞ れの 装 置 に付 けられてい るセン サーなどからの情報を得て統合的な制御方法を決 定する。 があり、 最適な空気量を調整するだけ 左よりガスタービン・機械カンパニー 機械ビジネスセンター 舶用機械営業部 国内営業課 池田稔基幹職、 ディーゼル部 見積・計画課 東田正憲課長、製造部 組立課 山本繁樹基幹職 【図Ⅱ】K-ECOSのシステム概念図 ム、⑤ Ｋ Ｅ ‐ＣＯＳ 制 御 システム、だ 。 でなく 、従 来は運航 中にはできなかっ た過給 機の稼働・停止を自動で行えるよ う にした。水エマルジョン燃 料 との併 用 ８グラム減らせる。 では燃料を従来より ・時間当たり最大 燃焼ガス ︵排 気︶ の一部を浄化して再び 掃気として使えるようにするのがＥＧＲ ︵図Ⅰ ③- ︶ 。 活躍するのがスクラバ ︵排ガス 清浄装置︶ で、 脱塵・脱硫された燃焼ガスを シリンダに戻すことで酸素濃度の低い状 態での燃焼が起こり、 この仕組みによって も燃焼温度が低下してＮＯｘの生成が抑 ＥＧＲのスクラバの洗浄水を処理する 制される。 のが廃水処理システム ︵図Ⅰ ④- ︶ 。 Ｋ Ｅ ‐Ｃ ＯＳの場合、 動力が小さく、 その処理水を 再びＥＧＲの洗浄水として再利用できる。 そして、 一連のセクションの 動 き を と ら え て 最 適 な 燃 焼 状 態 をつ く る の が Ｋ ‐ 個 別 技 術の開 発 も チャレンジング な も ら最適解を探しました 。各 セク ションの の で し た が 、統 合 制 御 シ ス テ ム の 開 発 ＥＣＯＳ制御システムだ ︵図Ⅰ ⑤- ︶ 。 エン ジンは、積 荷の量、時 化などの海の状況、 港湾への出入りなど、さまざまな条 件下 は〝 執 念 の 仕 事 〟 と 言 え る ほ ど 困 難 な ものでし た ﹂︵ 東 田 課 長 ︶。 多 く の 経 済 メ リット を もたらす で 負 荷 が 変 わ る 。そ の た め 統 合 制 御 は 、 膨大なパターンの組み合わせとなる。水 エマルジョン燃料を生成す る際の重油と水の混合率、 副 過 給 機 の 稼 働 停 止 、燃 焼 08 ガスの濃度に応じたＥＧＲ 率の制御などが連動する。 Ｋ Ｅ ‐ＣＯＳの開発は、 年にスタート した。本社部門の技術開発本部に小型モ デルでの実証実験を依頼。 年には神戸 工場にフルスケールのテストエンジンを 設 けて 実 際 に 船 に 搭 載 す るための 検 証 と開発作業が進められた。 Ｋ Ｅ ‐ＣＯＳの 過給機やＥＧＲは、 エンジンに貼り付く Kawasaki News 183 ﹁ 燃 費 効 率 と Ｎ Ｏｘ発 生 量 るための最適な組み合わ のトレードオフを解消す せ と は どの よ う な も の な の か 。膨 大 な 数 の 状 況 を 想 定 し、 一つひとつ検証しなが 07 10 kW EGRは、排気ガスを清浄して燃焼用空気として再利用する装置。排ガス の再利用により酸素濃度を下げ、熱容量を大きくして燃焼温度を下げ ることでNOx の排出量を低減する。ただEGR 単体で使うと燃費の悪化 ・・ やすすの増加などの問題があるが、水エマルジョン燃料や過給機カット システムとの連携によりこれらの問題を解決している。また排気ガス中 ・・ のすすや硫黄成分を除去する 「スクラバ （排ガス清浄装置） 」 を独自に開 発。関連コストを低減できるメリットも大きい。 Kawasaki News 183 06 時 代を 切 り拓 く 初期段階から製造を担う部門も開発に ように取り 付けられる。そのため設 計の らかにし、溶 接できるかできないかなど て は 本 末 転 倒 だ 。﹁ 各 種 の 制 限 事 項 を 明 維 持 で き る こ と は 、船 主 に 燃 料 代 の 削 た 。本 来 、悪 化 す る は ず の 燃 費 効 率 を ると自負しています。 N O x 削 減 技 術 と は 異 な り 、高 価 な り 、多 くの 船 が 3 次 規 制 に 対 応 す る 必 要 が ありま す 。そ の な か で 「 K-ECOS 」は、船主の皆様から最も熱い視線が注がれている製品であ 減 と い う メ リ ッ ト を も た ら す 。ま た 、他 格 化してくると予 測しています。北 米 大陸 沿岸が 規制区域になってお 水冷 4ストローク４気筒エンジン（1498cc) に 、低 回 転 域 から 高 い 過 給 圧 を 発 生 する ルーツ式スーパーチャージャーを搭載。最高 出力は245馬力。3人乗りのウルトラスポー ツモデル。 の IMO の NOx３次規制に対応した新船の建造は、2018 年ごろから本 合わせを重ねました﹂︵山本基幹職︶。 たれるお客様のご要望にもお応えできる体制を整えつつあります。 JET SKI ULTRA 250X の製造課題も考えながら設計者と擦り に、 「K-ECOS」の新バージョンの開発を始めており、初期費用に関心を持 加わっていた。 初期費用に関心を持たれるお客様が増えるのも事実です。私たちはすで 13 触媒の定期交換や還元剤が不要であ とができるのです。一方で、燃料価格が下がるとランニングコストよりも 製造を担った山本繁 樹基幹職は、﹁Ｋ ‐ り、船の航行距離が長くなればなるほど、お客様にメリットをもたらすこ ＥＣＯＳの全 体 像 を捉 えながら、エンジ 剤を使用していないため、メンテナンスコストの低減が可能です。つま り 、ラ ン ニ ン グ コ ス ト に お い て 非 常 に 減が可能で、燃費コストの削減をもたらします。また、高価な触媒や還元 この間、 年９月には ﹁ DRIVE GREEN 2007 NOx3 次規制対応技術に比べ、燃費性能を悪化することなくNOxの削 期間は数 年ですので、以後の収 益性も高 98 年モデルから適用された米国環境規制に 対応すべく開発された2ストローク、ダイレク ト・インジェクション（燃料直噴 方式）エン ジンの搭載モデル。規制値を大きくクリアし、 既存機種の販売継続にも貢献した。 航コスト全般を削 減でき、その費用回収 JET SKI 1100 STX D.I. 「K-ECOS」の最大のセールスポイントも、やはりそこにあります。他の 優 れ た 経 済 性 を 発 揮 す る 。﹁つま り 、運 2000 それが燃費効率の維持とNOxの削減の両立であったのです。 ﹂ への採用が決定した。 営業担 HIGHWAY 当の池田稔基幹職は、﹁川崎汽船様では、 の視点が擦り合わされ、めざすべき開発の目標点を明確にできました。 同 型のフラッグ シップ を ４ 隻 造 る 計 画 体になって開発されたことです。私たちが持つ専門的な視点と、お客様 注 ぎ ま し た 。ま た 、従 来 に は な い 構 造 物 もう一つ、川崎重工らしさがあります。最終ユーザーである船主様と一 ンの 組 立 工 程 に ど の よ う に Ｋ Ｅ ‐ＣＯＳ の 構 成 機 器 を 組 み 込 んでいく か に 力 を 合の思想が今、 結実しているのです。 であり 、製 造上の安 全性と製 品としての JET SKIの2ストロークエンジン史上最強の 145馬力を発生する強力パワーユニットを 搭載した2シータースポーツ。強力な加速と 水面を切り裂くような旋回性能はまさに異 次元のものだった。 境規制への対応のキーワードになると考えていました。そうした協力、複 いのです﹂︵池田基 幹 職 ︶ 。 Ultra150 どの基礎研究を進めてきました。当時から「複合」が年々厳しさを増す環 で、 その一番船にＫ Ｅ ‐ＣＯＳが採用され ました。環境を重視するお客 様の戦略に その運動性能の高さからJET SKI の世界的なブームの火付け役に。 1 人 乗りの立ち乗りタイプ で、世 界 20 万台以上を販 売した不朽の ベスト＆ロングセラーモデル。 当社は1990 年代初頭から水エマルジョン燃料とEGRの組み合わせな 安 全性を確 保する方 策も詰めなくては JS550 1999 このような協力はできなかったでしょう。 海から地球を守る取り組みに大きな 1982 十分にお応えでき、経 済 的なメリットも の実現をめざしてきたのです。総合技術力のある川崎重工でなければ、 なりませんでした。﹂と語る。 ざまな蓄積をベースに、各カンパニー、ビジネスセンターが協力して技術 前 提 を 示 し た 川 崎 重 工 。そ の 優 れ た 実 「K-ECOS」の開発は、川崎重工らしい仕事でした。技術開発本部のさま JET SKIとしては初めて３気筒エンジンを 搭載したラグジュアリーモデル。最高出力 100馬力。船底も全面塗装され、レッドと ライムグリーンの２カラーが用意された。 証 成 果 は 、そ の ま ま 地 球 環 境 の 明 日 の 900ZXi 技術シナジーを結集した 川崎重工ならではの 複合低環境負荷システム「K-ECOS」 高いとの評 価をいただきました﹂と振り 初代 モデル 返る。 1995 Hideaki Sakurai Ｋ Ｅ ‐ＣＯＳが 取 り 付 け られてエンジ ン全 体が大きくなり 、そのために他のス 川崎重工が世界で初めて開発し、 まったく新しいレジャースタイルを提案した 「JET SKI （ジェットスキー） 」 それは、新しいライフスタイルを創造する乗り物だった。 桜井 秀明 希 望 へ と つ な が る も の だっ た 。 JET SKI® ペースが 削 られるな ど、トレードオフの 川崎重工業株式会社 ガスタービン・機械カンパニー 機械ビジネスセンター 理事 副センター長 Ｋ Ｅ ３次規制海域における ‐ＣＯＳは、 燃費効率の維持とＮＯｘ削 減 を 両 立 し 【vol.009】 解消が別の経済効率の低下につながっ Leader’s Voice Epoch Maker 完成後に行われる試験運転（左） 神戸工場のエンジン組立ライン。 自走式のラインで 8 日毎に完成する（下）。 翌 73 年には世界初となる商用機「400」を発売。アメ リカを中心にPWC（パーソナル・ウォーター・クラフト）と 呼ばれる新市場が誕生する。水の上を自由に動き回れる PWCは、またたく間にレジャーとして定着し、早くも78 年 には競技団体が設立された。川崎重工は「JET SKI」を登 録商標。 今やJET SKIが PWCの一般名詞にもなっている。 当初は、立ち乗りタイプが主流だったが、90 年代になると 座ったまま運転するタイプ（ランナバウト）へとシフト。初号機は 排気量 398cc 、26 馬力のスノーモービルのエンジンを流用したも のだったが、90 年代以降は厳しい環境規制をクリアしながら大排 1 な記事が載った。「その小型艇にまたがり、バイクのようなハン ジンが主力だ。 ドルの後ろに陣取り、新型のウォータースクーターのように水面を ジェットスキーの歴史や生活への影響を分析した著作のタイトルの 進む」。これが米発明家ジェイコブソンのアイデアから川崎重工が 副題に、 『Life, Liberty, and the Small-Bore Engine』 とあるように 試作したジェットスキーだった。 川崎重工のジェットスキーは、 新しいライフスタイルを創造したのである。 972 年10月、米地方紙『サン・ディエゴ・ユニオンズ』に次のよう 気量・高馬力化が進展。今や4ストローク1498cc 、310 馬力のエン ※「 JET SKI 」、 「 JET SKI ULTRA 」 は、川崎重工業株式会社の登録商標です。 09 Kawasaki News 183 ※「 K-ECOS 」 は、川崎重工業株式会社の登録商標です。 Kawasaki News 183 08
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