(57)【要約】【課題】船舶に搭載される乾式の除去装置の交換タイミングを適切に予測する。【解決手段】計測値取得部は、除去装置の吸着剤のうち、前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度の計測値を取得する。予測部は、計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着剤の交換タイミングを予測する。【選択図】図２
2020058982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の排ガス管に設置され、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸着する吸着剤の交換タイミングを予測する予測装置であって、
前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度の計測値を取得する計測値取得部と、
前記計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着剤の交換タイミングを予測する予測部と
を備える予測装置。
【請求項２】
前記船舶の運航情報を取得する運航情報取得部をさらに備え、
前記予測部は、前記運航情報に基づいて前記交換タイミングを予測する
請求項１に記載の予測装置。
【請求項３】
前記運航情報に基づいて、前記吸着剤の交換を実施可能な複数の交換施設のうち、前記交換タイミングより前に到達可能な交換施設を特定する施設特定部
をさらに備える請求項２に記載の予測装置。
【請求項４】
船舶の排ガス管に設置され、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸着する吸着剤の交換タイミングを予測する予測方法であって、
前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度を計測するステップと、
前記濃度の計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着剤の交換タイミングを予測するステップと
を備える予測方法。
【請求項５】
コンピュータに、
船舶の排ガス管に設置され、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸着する吸着剤を内蔵する除去装置の前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度の計測値を取得するステップと、
前記計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着剤の交換タイミングを予測するステップと
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスから硫黄酸化物を除去する除去装置の交換タイミングを予測する予測装置、予測方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に搭載されている舶用エンジンには、燃料として硫黄分を含む重油が広く用いられている。このため、舶用エンジンから排出される排ガスには、硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている。近年、大気汚染防止の観点から、硫黄酸化物の排出量を低減することが求められるようになっている。
【０００３】
本対策のため、船舶に排ガス中の硫黄酸化物量を低減する脱硫装置を配置する対応が広く行われている。脱硫装置には、大別して、硫黄酸化物を吸収する液体に排ガス接触させる湿式方式、および硫黄酸化物を吸着する活性炭などの固体（吸着剤）に排ガスを接触させる乾式方式がある（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１４８６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
乾式方式で用いられる固体は硫黄酸化物の吸着に伴い脱硫性能が低下する。このため、一定期間毎に前記個体の交換を行う必要がある。従来、この交換タイミングは、経験的に設定されている。
特に船舶に搭載した脱硫装置においては、重油の硫黄含有量が使用する重油毎に異なること、運行に伴う天候変化等により同一航路であっても燃料消費量、ひいては硫黄酸化物の排出量も変化することから、交換タイミングは経験的な設定に対して充分な余裕を加味して行われている。
このため従来の固体（吸着剤）の交換タイミングの設定方法は、経済的観点からは、必ずしも最適化されていない可能性がある。
本発明の目的は、船舶に搭載される乾式の除去装置の交換タイミングを適切に予測する予測装置、予測方法、およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、予測装置は、船舶の排ガス管に設置され、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸着する吸着剤の交換タイミングを予測する予測装置であって、前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度の計測値を取得する計測値取得部と、前記計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着剤の交換タイミングを予測する予測部とを備える。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る予測装置が、前記船舶の運航情報を取得する運航情報取得部をさらに備え、前記予測部は、前記運航情報に基づいて前記交換タイミングを予測するものであってよい。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様に係る予測装置が、前記運航情報に基づいて、前記除去装置の交換を実施可能な複数の交換施設のうち、前記交換タイミングより前に到達可能な交換施設を特定する施設特定部をさらに備えるものであってよい。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、予測方法は、船舶の排ガス管に設置され、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸着する吸着剤の交換タイミングを予測する予測方法であって、前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度を計測するステップと、前記計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着材の交換タイミングを予測するステップとを備える。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、船舶の排ガス管に設置され、排ガスに含まれる硫黄酸化物を吸着する吸着剤を内蔵する除去装置の前記吸着剤の中間部分における硫黄酸化物の濃度の計測値を取得するステップと、前記計測値、中間部分の位置および予め定めた排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度値に基づき、前記吸着剤の交換タイミングを予測するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１１】
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、予測装置は、船舶に搭載される乾式の除去装置の交換タイミングを適切に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る船舶脱硫システムの構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る船舶の構造を示す概略図である。
【図３】吸着剤の各部における運転時間と硫黄酸化物濃度との関係の例を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る予測装置の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る船舶脱硫システムの構成を示す概略図である。
船舶１００は、所定の航路Ｒに基づいて航行する。航路Ｒ上には、後述する硫黄酸化物を除去するための除去装置１４０の交換を行うことができる複数の交換施設Ｆが設けられる。交換施設Ｆは、港湾、海洋構造物（海洋プラットフォーム）、または補助船に設けられる。除去装置１４０の交換は、除去装置１４０のメンテナンスの一例である。
【００１４】
図２は、第１の実施形態に係る船舶の構造を示す概略図である。
船舶１００は、船体１１０、主機関１２０、排ガス管１３０、除去装置１４０および予測装置１５０を備える。
【００１５】
主機関１２０は、船体１１０の内部の機関室に設けられる。主機関１２０は、例えば、ディーゼルエンジンである。主機関１２０の主軸は、船尾のプロペラ１１１を回転させる。主機関１２０の燃料は、重油（例えばＣ重油）である。重油には硫黄分が含まれるため、主機関１２０の排ガスには硫黄酸化物が含まれる。主機関１２０には、出力の大きさを計測するパワーメータ１２１が設けられる。
排ガス管１３０は、主機関１２０が生成する排ガスを船体１１０の外部へ排出する管状部材である。
【００１６】
除去装置１４０は、排ガス管１３０を通る排ガスに含まれる硫黄酸化物を除去する乾式の脱硫装置である。除去装置１４０は、排ガス管１３０に脱着可能に取り付けられるカートリッジである。例えば、除去装置１４０は、排ガス管１３０の出口を覆いかぶせるように設けられる。除去装置１４０は、多孔質の吸着剤１４１と、硫黄酸化物の濃度を計測するＳＯｘセンサ１４２とを備える。吸着剤１４１は、例えば活性炭である。吸着剤１４１は、表面の細孔に硫黄酸化物を取り込むことで排ガスから硫黄酸化物を除去する。図２において、排ガスは、吸着剤１４１を下方から上方へ通過する。つまり、吸着剤１４１の下部は排ガス入口部分であり、吸着剤１４１の上部は排ガス出口部分である。
図３は、吸着剤の各部における運転時間と硫黄酸化物濃度との関係の例を示す図である。吸着剤が吸着可能な硫黄酸化物量は、使用する吸着剤の特性により上限がある。吸着量が一定量に達した吸着剤では、以降の硫黄酸化物の除去が行なえない（以降、この状態を飽和と呼ぶ）。本実施形態のように吸着剤１４１に対して片側（排ガス入口部分）から排ガスを通過させた場合、吸着剤１４１における飽和現象は、図３に示すように、排ガス入口部分から排ガス出口部分に向けて進行する。
【００１７】
ＳＯｘセンサ１４２は、吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度を検出する。なお、「中間部分」は、排ガス入口部分と排ガス出口部分との間であればよく、吸着剤１４１における排ガス入口部分と排ガス出口部分の中央位置とは限らない。吸着剤１４１の飽和現象の進行により、中間部分における硫黄酸化物濃度は徐々に一定値に近づく。本硫黄酸化物濃度が一定値（例えば６００ｐｐｍ）になった場合、排ガス出口部分における硫黄酸化物の濃度は一定値（６００ｐｐｍ）以下となる。
【００１８】
除去装置１４０の交換は、交換施設Ｆにおいて、クレーンによって排ガス管１３０から除去装置１４０を取り外し、新たな除去装置１４０をクレーンによって排ガス管１３０に取り付けることにより行われる。取り外された除去装置１４０は、再生施設において洗浄および乾燥がなされる。これにより除去装置１４０の脱硫機能が再生される。なお、本再生は、除去装置の加熱など、他の手段によるものでも構わない。
【００１９】
図４は、第１の実施形態に係る予測装置の構成を示す概略ブロック図である。
予測装置１５０は、除去装置１４０の交換タイミングを予測する。予測装置１５０は、コンピュータ２００、測位装置１５１、出力装置１５２を備える。測位装置１５１は、ＧＮＳＳを用いた衛星航法に基づいて船舶１００の位置を測位する。出力装置１５２は、コンピュータ２００による硫黄酸化物を除去する除去装置１４０の交換タイミングの予測結果を出力する。出力装置１５２の例としては、ディスプレイおよびスピーカなどが挙げられる。
【００２０】
コンピュータ２００は、プロセッサ２１０、メインメモリ２２０、ストレージ２３０、インタフェース２４０を備える。
ストレージ２３０には、船舶１００の航行計画を示す計画情報、船舶１００の航路Ｒを含む区域の地図であって、交換施設Ｆの位置を含む地図情報、および予測計算を実行するためのプログラムが記憶される。ストレージ２３０の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ２３０は、コンピュータ２００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース２４０または通信回線を介してコンピュータ２００に接続される外部メディアであってもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ２３０は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【００２１】
プロセッサ２１０は、プログラムをストレージ２３０から読み出してメインメモリ２２０に展開することで、計測値取得部２１１、計画取得部２１２、速度特定部２１３、関係特定部２１４、予測部２１５、施設特定部２１６、出力部２１７として機能する。また、プロセッサ２１０は、プログラムに従って、履歴記憶部２２１に対応する記憶領域をメインメモリ２２０に確保する。なお、プログラムは、通信回線によってコンピュータ２００に配信され、配信を受けたコンピュータ２００が当該プログラムをメインメモリ２２０に展開してもよい。
【００２２】
計測値取得部２１１は、パワーメータ１２１が計測した主機関１２０の出力値、ＳＯｘセンサ１４２が計測した硫黄酸化物濃度、測位装置１５１が計測した位置情報を取得する。計測値取得部２１１は、主機関１２０の出力値、硫黄酸化物濃度および測位装置１５１が計測した位置情報を、時刻に関連付けて履歴記憶部２２１に記録する。出力値、硫黄酸化物濃度、および位置情報の時系列は、船舶１００の運航の履歴を表す履歴情報である。履歴情報は船舶１００の運航情報の一例であり、計測値取得部２１１は、運航情報取得部の一例である。
【００２３】
計画取得部２１２は、ストレージ２３０から船舶１００の航行計画を示す計画情報を取得する。計画情報は船舶１００の運航情報の一例であり、計画取得部２１２は、運航情報取得部の一例である。
【００２４】
速度特定部２１３は、履歴記憶部２２１が記憶する履歴情報に基づいて、吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度の増加速度を特定する。
関係特定部２１４は、速度特定部２１３が特定した中間部分における硫黄酸化物濃度の増加速度と、履歴記憶部２２１が記憶する履歴情報とに基づいて、吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度の増加速度と、吸着剤１４１（除去装置１４０）の交換以降の使用時間との関係を特定する。
【００２５】
予測部２１５は、計画取得部２１２が取得した計画情報に基づいて、次に交換施設Ｆで除去装置１４０を交換するまでにおける主機関１２０の総出力を予測する。予測部２１５は、関係特定部２１４が特定した関係と予測した主機関１２０の総出力とに基づいて、除去装置１４０の交換タイミングを予測する。予測部２１５は、吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度の計測値と、予測した総出力から導出される硫黄酸化物の増加速度とに基づいて、中間部分における硫黄酸化物濃度が所定の濃度閾値に達するタイミングを特定する。この特定は、具体的には吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度の経時変化を示す曲線と、吸着剤１４１の排ガス出口部分に硫黄酸化物濃度の経時変化を示す曲線とが相似形であることを利用してなされる。例えば、中間部分が吸着剤１４１における排ガス入口部分と排ガス出口部分の中央位置であり一定出力で船舶１００を運転する場合、排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度は中間部分における硫黄酸化物濃度の半分と推定される。この関係から、中間部分における硫黄酸化物濃度の計測値が排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度の所定値（例えば、法的制限値）に至った際、除去装置１４０の交換タイミングはそれまでの除去装置１４０の使用時間とほぼ同一であると予測することができる。
【００２６】
施設特定部２１６は、船舶１００の現在の位置情報と、計画情報と、地図情報とに基づいて、予測部２１５が予測した交換タイミングまでに船舶１００が到達しうる交換施設Ｆを、除去装置１４０を交換すべき交換施設Ｆの候補として評価する。その上で、この候補から除去装置１４０を交換すべき交換施設Ｆとして特定する。本特定は、最も遠方に位置する交換施設Ｆを除去装置１４０を交換すべき交換施設Ｆとする、候補に係る各交換施設Ｆの混雑状況に基づいて特定するなど、別途定める方法により行うものとする。
【００２７】
出力部２１７は、予測した除去装置１４０の交換タイミング、および除去装置１４０を交換すべき交換施設Ｆを表す表示情報を出力装置１５２に出力する。
【００２８】
このように、第１の実施形態に係る予測装置１５０は、吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度を取得し、当該中間部分の硫黄酸化物濃度に基づいて除去装置１４０の交換タイミングを予測する。具体的には、これにより、予測装置１５０は、船舶１００に搭載される乾式の除去装置１４０の交換タイミングを適切に予測することができる。
【００２９】
吸着剤１４１の中間部分における硫黄酸化物濃度は、除去装置１４０の利用開始から一定時間経過後までに所定の濃度まで増加する。したがって、第１の実施形態に係る予測装置１５０は、除去装置１４０の利用開始から交換タイミングまでの任意のタイミングにおいて、交換タイミングを精度よく予測することができる。
【００３０】
また第１の実施形態に係る予測装置１５０は、船舶１００の運航情報に基づいて交換タイミングを予測する。これにより、予測装置１５０は、船舶１００の運転内容に応じた吸着剤１４１への硫黄酸化物の吸着状況を考慮した交換タイミングを予測することができる。
【００３１】
また第１の実施形態に係る予測装置１５０は、交換タイミングと運航情報とに基づいて、複数の交換施設Ｆのうち、除去装置１４０を交換すべき交換施設Ｆを特定する。これにより、予測装置１５０は、除去装置１４０をより効率的に使用した上で、当該除去装置１４０を交換することができる。
【００３２】
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
【００３３】
第１の実施形態においては、除去装置１４０が交換施設Ｆにおいて交換されるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、船舶１００が予備の除去装置１４０を積んでいてもよく、この場合には交換タイミングに任意の場所において、除去装置１４０の交換を行ってもよい。
【００３４】
また、第１の実施形態においては、交換施設Ｆは船舶１００と別に設けられているが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、船舶１００が自ら交換施設Ｆを兼ね備えるものであってもよい。この場合、例えば船舶１００が除去装置１４０を移動させるためのクレーンを備える。この場合、取り外した除去装置１４０および取り付ける除去装置１４０は、少なくとも一時的に、船舶１００内に載置することになる。
【００３５】
また、第１の実施形態においては、除去装置１４０の再生は再生施設で行うが、これに限られない。船舶１００が除去装置１４０の再生設備を備えていてもよい。この場合、交換タイミングおよび再生に要する時間を考慮しながら任意の場所において、除去装置１４０の再生を行ってもよい。除去装置１４０の再生は、メンテナンスの一例である。
【００３６】
また、第１の実施形態に係る交換は、除去装置１４０自体を交換するが、これに限られない。除去装置１４０に備えられた吸着剤１４１のみを交換してもよい。また、この吸着剤１４１は単体でもよいし、複数のユニットから構成されてもよい。更に、他の実施形態に係る交換には、複数のユニットからなる吸着剤のうち、一部のユニットのみを交換するものであってもよい。
また、第１の実施形態に係る除去装置１４０は、排ガス管１３０の出口を覆いかぶせるように設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る除去装置１４０は、排ガス管１３０の出口と主機関１２０の排気口の間に設けられるものであってもよい。
また、図３は吸着剤の各部における運転時間と硫黄酸化物濃度との関係の一例である。本関係は、吸着剤の特性（材質、形状、比表面積、気孔率等）や使用条件（排ガス温度、排ガス中における不純物等の種類・量、使用履歴等）などに応じて変化し得る。
また、第１実施形態においてＳＯｘセンサ１４２が設けられる中間部分は、１ヶ所のみを対象としているが、これに限らない。排ガス入口部分と排ガス出口部分との間の複数個所にＳＯｘセンサ１４２が設置されてもよい。上述のように吸着剤１４１が複数のユニットから構成される場合、各ユニットの交換タイミングの見極めに有効である。他の実施形態においては、ＳＯｘセンサ１４２は同一中間部分（排ガス入口部分と排ガス出口部分の間で排ガス入口部分からの距離が同一の位置）に複数設置されてもよい。この場合、中間部分の硫黄酸化物濃度は、中間部分に設置された各ＳＯｘセンサ１４２による検出結果からノイズ、センサ故障等による異常データを除去した上で、平均化等の計算により特定される。
【００３７】
また、第１実施形態に係る計測値取得部２１１は、主機関１２０の出力値、硫黄酸化物濃度、位置情報を取得するが、これに限らない。例えば、計測値取得部２１１は、燃料消費量や図示しない燃料噴霧インジェクタの作動速度の頻度積分値などを取得したもよい。
第１実施形態に交換施設Ｆの一例として補助船を挙げた。本補助船は除去装置の交換以外の機能を持つものであってもよい。例えば、補助線は、船舶１００への燃料補給機能をさらに備えていてもよい。
【００３８】
また、第１実施形態に係る計測値取得部２１１は、除去装置１４０の交換タイミングの特定に際して、中間部分と排ガス出口部分とにおいて硫黄酸化物濃度の経時変化を示す曲線が相似形となると仮定して、中間部分の硫黄酸化物濃度と排ガス出口部分における硫黄酸化物濃度の所定値との比較から直接判断をするが、これに限らない。例えば、他の実施形態に係る計測値取得部２１１は、中間部分の硫黄酸化物濃度が所定値のＮ倍に至る時点を判断基準として、中間部分の曲線と対比することで特定してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１００  船舶
１１０  船体
１１１  プロペラ
１２０  主機関
１２１  パワーメータ
１３０  排ガス管
１４０  除去装置
１４１  吸着剤
１４２  ＳＯｘセンサ
１５０  予測装置
１５１  測位装置
１５２  出力装置
２００  コンピュータ
２１０  プロセッサ
２１１  計測値取得部
２１２  計画取得部
２１３  速度特定部
２１４  関係特定部
２１５  予測部
２１６  施設特定部
２１７  出力部
２２０  メインメモリ
２２１  履歴記憶部
２３０  ストレージ
２４０  インタフェース
Ｆ  交換施設
Ｒ  航路
【図１】
2020058982.tif 000003
【図２】
2020058982.tif 000004
【図３】
2020058982.tif 000005
【図４】
2020058982.tif 000006