(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＮＧの冷熱を用いた船舶のエンジンからの排気ガス中のＣＯ２を固化して分離・捕捉し貯蔵する方法および装置を提供する。【解決手段】船舶のエンジンからの排気ガスの冷却には、ＬＮＧから得られる冷熱量のみではＣＯ２を分離させるには不足するので、所要の冷熱を装置内部の圧縮機６と膨張タービン２０との組み合わせで作り出し、合わせてその冷熱は循環させて装置内で回収してエネルギーの節約を図る。その際に大きな熱負荷となる排ガス中に含まれる水分を先ずは全熱交換器５で取り除き、蓄積される水及び氷を内部の循環ガスで融解して除去し、融解熱は回収されて排ガス中の水分の除去に利用する。これらの数段階の水分除去を経て含有水分の熱負荷を大きく低減する。排ガスの状態はＣＯ２を固化した上で、ＣＯ２粒子を分離し、タンク２５に貯蔵する。ＬＮＧの漏洩時には装置の停止と同時に海水によるＬＮＧの気化を行って主機燃料の供給を継続する。【選択図】図２
2014100696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧを燃料とする船舶のエンジンからの排気ガスを、利用可能なＬＮＧの流量、或いは所要のＣＯ２回収量に応じて部分的に分岐し、その排ガスをＬＮＧの冷熱と装置内部で生成した冷熱を組み合わせて所定の温度・圧力にし、同時に排ガス中の水分を除去して、排ガス中のＣＯ２成分を固体ＣＯ２の形で分離・捕捉し貯蔵することを特徴とする排ガス中ＣＯ２の分離・捕捉方法。
【請求項２】
請求項目１において、船内に貯蔵した固体ＣＯ２をタンクのまま、或いは固体ＣＯ２のみを陸揚げし、或いは液体ＣＯ２に変換してポンプによって陸揚げし、陸上設備に繋いでＣＯ２を地層内に圧入するＣＣＳシステム（ＣＯ２の捕捉と地中埋蔵システム）と繋いだ船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉方法。
【請求項３】
請求項目１において、ＣＯ２を分離・捕捉するのにＬＮＧの冷熱のみでは不足する冷熱量を装置内の圧縮機と膨張タービンとの組み合わせ、およびＣＯ２を分離後の低温排ガスの循環（以下循環ガスと称する）によって生成し、タービンの軸出力は圧縮機の動力として有効利用する船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉方法。
【請求項４】
請求項目１において、常温の排ガスを循環ガスおよびＬＮＧによって冷却する際に、排ガス管内面に凝縮し更に氷結した氷を管外に流す窒素ガス或いは循環ガスによって昇温、融解して水に戻し、系外に排出すると同時に、窒素ガス或いは循環ガスによって氷の昇温と融解に伴う冷熱を回収し、そのガスを海水冷却器と全熱回収器の間に設けた脱湿器に、脱湿器の排ガス管の表面温度が０℃を下回らないように流量調整してファンによって循環させ、脱湿器内の排ガス管の内表面に凝縮した水分を水として排出する船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉装置。
【請求項５】
請求項目１において、請求項４の循環ガスによる排ガスの冷却装置を２個並列に設け、適当な時間間隔で循環ガスによる冷却と、循環ガス或いは窒素ガスによる氷の融解とを弁操作によって交互に切り替えて排ガスの冷却と排ガス管内の氷の昇温顕熱と融解熱の回収とを交互に行う船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉装置。
【請求項６】
請求項目１において、ＬＮＧ冷却器を請求項５の循環ガス冷却装置の前流側に置き、常温の排ガスをＬＮＧによって冷却し、同時に排ガス中の水分の凝縮を行って、水として外部に排出し、ＬＮＧ管に氷が付着する場合には本ＬＮＧ冷却器を２個並列に設けて適当な時間間隔で弁操作によって交互に切り替えて、氷の融解を行い、ＬＮＧがないときにはＬＮＧ冷却器を通常の冷凍機方式の冷却器に置き換えることにより冷却操作を行う船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉装置。
【請求項７】
請求項目１において、請求項４の脱湿器と圧縮機の間に、高湿度の排ガスとＣＯ２回収後の低温で且つ低湿度の循環ガスとを、熱と湿度とを同時に交換する全熱交換器に通して排ガスに含まれる水分の除去を行う船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉装置。
【請求項８】
請求項目１において、請求項６のＬＮＧ冷却器の排ガス側に漏洩ＬＮＧガスを検知するセンサーを設け、漏洩の場合には排ガスの供給を停止し、ＬＮＧの気化と昇温とを直ちに高圧の海水によるシステムに変換してエンジン運転を止めることなく運行が出来るように排ガスと海水の切替機構を持った船内排ガスのＣＯ２分離・捕捉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＬＮＧの冷熱を用いた船舶のエンジンからの排気ガス中のＣＯ２を固化して分離・捕捉し貯蔵する方法および装置に関する。
【背景技術】図面を用いる。【０００２】  船舶ではエンジン（以下主機と称する）からの排気ガスに関しては、地球環境上有害となる窒素酸化物や硫黄酸化物に関しては捕捉し除外するための装置が設けられることがあるが、ＣＯ２ガスに関しては捕捉されることはなく、そのまま大気に放出されているために大気中の温暖化ガスの増加にそのまま寄与しているために何らかの除外措置が求められている。【０００３】  例えば陸上の発電所等の諸エネルギー生産基地では燃焼ガスの中のＣＯ２を捕捉して、それを地下に埋蔵させるＣＣＳシステムが既に稼動しており、船舶の運航形態をこのシステムに繋ぐことができれば船舶からの排出ＣＯ２のある一定部分を半永久的に閉じ込めて、大気放出せずにすむ。
（例えば、文献１）【０００４】  船舶においてＬＮＧを燃料とする主機は最近の地球環境を考慮した国際的な規制によって採用の拡大が見込まれており、或いは既に採用されている。この場合エンジンへの燃料供給のために必要な常温のＬＮＧガスを得るために、ＬＮＧを水蒸気、海水、或いは空気によって気化し、さらに昇温を行っており、ＬＮＧが保有していた冷熱は無駄に捨てられている。【０００５】  主機の排気ガスをＣＯ２の分離・捕捉に必要な所定の温度まで冷却する場合に、船舶の高効率エンジンではＬＮＧ流量が比較的に少量のために、排気ガス量に対してＬＮＧから得られる冷熱量が不足しており、何らかの形で不足分の冷熱を補う必要がある。その場合に外部の冷却装置に依存しないで、本体装置内でその冷却のためのエネルギーを賄うことは省エネルギーと装置の簡素化のために重要である。ＬＮＧの供給量に見合う冷熱分のＣＯ２回収であればわずかな回収量となり、ＣＯ２分離の意義が薄れる。
（例えば、特許文献４、特許文献６および特許文献７）【０００６】  主機の排ガス中には燃焼に伴い発生する相当量の水分が含まれており、排ガスを冷却する場合にこの水分は水蒸気から常温の水への凝縮熱、水から０℃の氷点までの冷却顕熱、水から氷への凝固熱、更に氷の温度低下に伴う顕熱の総合計として大きな冷却負荷となる。また装置内で凝固した氷は機器の閉塞を生じ運転不能に陥る恐れも生じる。従って排ガス中の水分を最小のエネルギーによって装置内で除去することはシステム全体の効率向上のために重要である。他に事前に液体窒素の冷熱を利用するか或いは大掛かりな装置を用いて除湿を行う方法が考えられるが、コスト的、所要エネルギーの点から実用的でない。
（例えば、文献２、文献３および特許文献５）【０００７】  前項に関して水分の除去の場合、排ガス中の水分が低温の氷に至るまでに吐き出した熱を有効に回収できれば、冷熱としての利用が可能となり、装置全体の効率向上に寄与することが出来る。その場合には排ガスと氷との直接接触を避けることで、ガスと水とを分離して扱い、凝縮水の排水を容易にすることが望ましい。
（例えば、特許文献６）【０００８】  船舶で多用されるエンジンは２サイクルのディーゼル方式が多く、その場合燃料ＬＮＧは３０ＭＰａ程度の超高圧の状態でエンジンに供給されるために、ＬＮＧとの熱交換を行う場合には熱交換器内でのＬＮＧガスの漏洩に対する安全策、並びに漏洩検知時にエンジンをとめることなくガス化したＬＮＧ燃料を供給できることが船体運航上重要になってくる。
【文献１】
八木靖幸他：ＣＯ２の分離・回収と貯留・隔離技術、ＮＴＳ、２００９、ＰＰ．１０５−１２４
【文献２】
大楽正則、徳政賢治：ＴＳＳ法による炭酸ガス分離の研究（第１報）中国電力技研時報、第８３号、１９９４
【文献３】
渡部清、ＴＳＳ法を用いたＣＯ２回収システムの高効率化研究、中国電力エネルギア総合研究所レビュー第２１号、ＶＯＬ．３ｐｐ６−９、２０１０
【特許文献４】
特開２０００−３１７３０２号公報
【特許文献５】特開２００４−１４１８５８号公報
【特許文献６】特開平８−１０５５２号公報
【特許文献７】特開平８−１２３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  船舶のエンジン燃料としてのＬＮＧを利用するＬＮＧ輸送船は船舶全体に対する割合が少ないために、ＬＮＧの冷熱を利用することの意義が薄かった。今般海事関連の国際機関によって、地球環境の保全並びに航海海域の大気汚染防止のために、広範囲な排ガス制限海域において、船種を問わない全ての船舶に対して燃料として低環境負荷のＬＮＧを使用することが義務付けられる。かかるＬＮＧ燃料船の急増といった海洋輸送環境の変化に対応してＬＮＧ燃料の冷熱利用によって、排ガス中の温暖化ガスであるＣＯ２を捕捉して、大気中への放出を削減する環境対応船舶の意義は今後大きくなる。【０００１０】  国際海運の船舶からの温暖化ガスＣＯ２の排出量は全世界の総排出量のおよそ３％を占め、地球環境保全の点から船舶は大きな責任を担わされている。このため船舶からのＣＯ２排出を削減することは海事部門に課せられた国際的な課題として認識されており、これに関連する、日本政府、船主、荷主および造船所はこの認識の下に当面は３０％の削減を目標に諸技術開発を進めている。一つにはエンジンの燃焼効率の改善による燃料消費量の削減による排出される排ガス量全体の削減である。もう一つの方法として陸上の発電所設備などで行われている排ガス中のＣＯ２を分離・捕捉さらに圧縮して地下の地層に貯留し、封じ込めてしまう、ＣＣＳと呼ばれる方法に繋ぐ手法である。【０００１１】  船舶と陸上ＣＣＳの方法とを連結できれば、船舶内で航行中に排ガス中のＣＯ２ガスを何らかの方法で捕捉・分離して適当な形で貯蔵し、貯蔵されたＣＯ２を受け入れ設備を持つ港で陸揚げして、ＣＣＳを行っているサイトに輸送・地下圧入・永久貯留のスキームが成立し、結果として船舶から大気へのＣＯ２ガス排出を抑えることが出来る。【０００１２】  現状の船舶では燃料は一般に重油が用いられているために、このままのエンジンおよび燃料のシステム形態において既存の技術による排ガスからのＣＯ２ガス分離は技術的に不可能ではないが装置が大掛かりになること、および多大の動力とエネルギーを必要として、運航採算上問題が大きい。【０００１３】  先述の地球環境の観点から国際的な規制によって、エンジン燃料としてＬＮＧを利用する船舶においては、排ガスからＣＯ２を抽出・捕捉する手段としてＬＮＧの超低温の冷熱を活用することが考えられる。すなわちＬＮＧの低温を有効に利用することによって、排ガスからＣＯ２ガスのみを分離し、且つそれを合理的に貯蔵できる形にすることが装置上およびコスト上より合理的に可能となる。【０００１４】  然しながら船舶のエンジンには主に２サイクルの低速ディーゼルエンジンが用いられるが、この熱効率は５０％前後と高く、燃料の消費量は比較的少ない。一方供給空気は理論消費空気量の２〜３倍と大きい。このために燃料供給量に対する排ガスの総量が相対的に大きく、ＣＯ２を分離する場合にはＬＮＧの冷熱だけでは不足である。【０００１５】  前項で述べる理由により排ガス中のＣＯ２濃度は相対的に小さくなるために、低濃度の対象ガスを、相対的に少ないＬＮＧの冷熱を活用して効率よく捕捉・分離する方法が必要になる。【０００１６】  排ガス中には燃焼時に生じる大量の水分を含んでおり、この存在��冷却時に水および氷への状態変化を伴い、相変化時の凝縮潜熱および凝固潜熱、更には温度変化に伴う顕熱が大きい。これらはシステム全体への大きな熱負荷となる。また水や氷の生成は装置の閉塞を引き起こす恐れがあるために包含する水分を予め除外すること、或いは排ガス中に残留した水分の潜熱や顕熱を回収する等の解決策はシステム全体の熱効率および円滑な運転を考える上で重要である。【０００１７】  エンジンへの燃料供給は２サイクルの低速ディーゼルエンジンの場合にはＬＮＧの臨界圧力を超える３０ＭＰａ程度の高圧でなされることが多い。このために船舶の安全な航行のためにはＬＮＧの供給管系においてＬＮＧの漏洩に対する安全策と、漏洩時においても主機を停止することがないように主機へのＬＮＧの流れを一定時間、例えば次の寄港地までは維持できるための措置が重要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００１８】  以上の課題を解決するために、請求項目１にかかわる発明では、排ガスのうち所定の割合を流量分岐によって取り出し、残りはそのまま大気へと放出する一方、取り出した方のガスは低湿度の循環ガスによって全熱交換を行って水分を除去し、さらに燃料となるＬＮＧの超低温の冷熱、および内部で圧縮機とタービンとで生成した低温ガスからＣＯ２を取り出した残りの循環ガスの冷熱とによって排ガスを冷却し、ＣＯ２を固化して分離する。【０００１９】  請求項目２にかかわる発明では、船内に固化状態で捕捉・貯蔵したＣＯ２を一旦圧縮した上で固体のまま、或いは液体に変換して液体ＣＯ２の形で、或いはタンクと一緒に陸上設備に移送して、陸上のＣＣＳシステムに繋いだ運航形態をとる。【０００２０】  請求項目３にかかわる発明では、脱湿器および全熱交換器を通り更に脱湿された排ガスは一旦圧縮機によって圧縮され、海水で冷却後に、更にＬＮＧによって冷却し、それをＣＯ２を分離回収した後の低温循環ガスで更に冷却と脱湿を行った上でタービンに導いて、ＣＯ２が固化する温度圧力まで断熱膨張させて、固体ＣＯ２を生成すると同時に低温ガスを得る。【０００２１】  請求項目４にかかわる発明では、ＬＮＧ冷却器の交流にＣＯ２を回収した後の低温循環ガスによって排ガスを冷却する熱交換器を設け、その熱交換器内で、排ガスを冷却することによって、包含される水分を凝縮し、更に凝固して氷を生成することで排ガスの脱湿を行う。一定の氷厚さに成長したら、排ガスの供給を停止し、熱交換器には窒素ガス或いは内部に残る循環ガスをファンによって脱湿器に導き、循環させる。【０００２２】  請求項目５にかかわる発明では、前述の循環ガス冷却器を２個設け、一定時間間隔で、或いは氷の厚さを自動で検知したら窒素ガス或いは循環ガスによる氷の融解を行うと同時に、該窒素ガス或いは循環ガスをファンによって脱湿器との間を循環させる。かかる排ガス冷却と氷の融解の操作を、交互に切り替えて行う。【０００２３】  請求項目６にかかわる発明では、循環ガス冷却装置の前流にＬＮＧの冷熱を回収するための冷却器を２個並列に置き、常温の排ガスをＬＮＧによって冷却し、同時に排ガス中の水分の凝縮を行って、水として外部に排出し、ＬＮＧ管に氷が付着する場合には本ＬＮＧ冷却器を適当な時間間隔で弁操作によって交互に切り替えて、氷の融解を行う。ＬＮＧがない場合にＬＮＧ冷却器の代わりに通常の冷凍機方式の冷却器を用いるときにも同様の操作を行う。【０００２４】  請求項目７にかかわる発明では、脱湿器氷と圧縮機の間に、高湿度の排ガスとＣＯ２回収後の低温で且つ低湿度の循環ガスの熱と湿度とを同時に交換する全熱交換器を設置し、排ガスに含まれる水分の除去を行う。全熱交換器に代わって高温排ガスから得られた高温空気による再生を行う回転式の除湿機を組み合わせることもある。【０００２５】  請求項目８にかかわる発明では、熱交換器の内部の排ガス側にＬＮＧガスの検知端を設置し、常時ＬＮＧガスの漏洩検知を行う。同時に熱交換器には海水ラインを繋ぎ、漏洩時には排ガスの供給を停止して、直ちに海水の供給に切り替える配管とする。常時検知することでＬＮＧ配管の欠陥の即時把握と、把握時には即排ガス供��を停止し、同時に海水ラインを開にすることで、海水によるＬＮＧの蒸発と昇温を継続する。
【発明の効果】
【０００２６】  請求項目１にかかわる発明では、船舶主機の燃料であるＬＮＧの冷熱と、それのみでは不足する分を装置の内部で生成する冷熱とによって所定割合の排ガス中のＣＯ２成分を固化し、排ガスから分離後に回収してタンクに貯蔵し、大気へのＣＯ２の放出を軽減する。その間排ガス冷却時の熱負荷となる水分を外部の機器によらずに装置内部の機器と、自ら生成する低温且つ低湿度のガスのみによって排除し、装置全体の熱効率を上げて、省エネルギー化を図る。【０００２７】  請求項目２にかかわる発明では、船舶から出る排ガス中のＣＯ２ガスを必要な割合だけを捕捉・分離することが可能となり、さらに陸上のＣＣＳシステムに繋ぐことでＣＯ２の地下貯蔵が可能となり、船舶からのＣＯ２ガスの大気放出を抑制し、温暖化抑制に貢献する。【０００２８】  請求項目３にかかわる発明では、圧縮機で高圧に昇圧した排ガスを冷却後に、膨張タービンで断熱膨張させることで低温ガスを得る。この過程で排ガス中のＣＯ２の濃度によって決まる大気圧下におけるＣＯ２の固化温度まで排ガス全体を冷却することによって、排ガス中のＣＯ２の固化を行い、排ガス中からＣＯ２のみを選択的に固体の形で分離することが可能となる。圧縮後の海水冷却によって第３次の脱質を行う。【０００２９】  請求項目４にかかわる発明では、循環ガス冷却器内の排ガス管の内壁面には循環ガスによって冷却された結果、水分が凝縮、更には凝固することで装置内での第５次の排ガスの脱湿が行われる。一定時間経過後に循環ガスの流れを停止し、この循環ガス或いは窒素ガスをファンで循環させることによって管内の氷点下の氷を昇温し、融解することによって低温化した該循環ガス或いは窒素ガスを該ファンによって脱湿器に導き、ここでの排ガスの第１次の脱質を行い、凝縮した水を系外に排出する。脱湿器では水の凝固が起きないように温度調節をするためにファン制御によって該循環ガス或いは窒素ガスの流量を調節する。以上の操作によって循環ガス冷却器での排ガスの冷却と脱湿を行い、更に凝固した水の潜熱と顕熱とを回収して排ガスの脱質を行って、排ガスの冷却と、脱質による水の冷却負荷の軽減を外部機器によらずに内部の操作のみによって行うことで装置全体の熱効率の向上を図る。【０００３０】  請求項目５にかかわる発明では、前項の循環ガス冷却器を２個並列に設けることで、一定の時間間隔で弁操作による配管の切り替えで、通常の排ガスの冷却機能と、排ガス管内の氷の昇温・融解とそれによる顕熱・潜熱回収機能とを交互に実施し、ＣＯ２捕捉のための連続した装置の運転が可能となる。【０００３１】  請求項目６にかかわる発明では、ＬＮＧ冷却器によってＬＮＧの蒸発潜熱および常温までの顕熱を回収して排ガスを冷却し、同時に排ガス中の水分を凝縮して系外に排出して第４次の脱質を行う。ＬＮＧはこの過程で気化し、更に常温のガスに昇温されて主機燃料として利用される。この間排ガスの温度はＬＮＧの流量と、排ガスの流量との関係から決まるが、通常の場合には水の凝固点を上回るためにＬＮＧ管の外面に水が凝固することはないために水分は凝縮水として回収されて系外に排出できる。何らかの状態で水の凝固が生じた場合には２個設けたＬＮＧ冷却器を弁操作によって冷却と氷の融解機能とを交互に切り替えることで連続した運転が可能となる。ＬＮＧ冷却器を通常の冷凍機方式の冷却器に置き換える場合も同様の操作を行う【０００３２】  請求項目７にかかわる発明では、脱湿器によって第１次の除湿を行った排ガスは全熱交換器を通ることによって、低湿度・常温の循環ガスとの間で相互に温度と湿度との交換を行い、排ガス中の水分の除去が行われる。即ち外部の機器によらずに、内部の循環ガスの活用によって第２次の脱湿がなされて、低露点の排ガスがＬＮＧ冷却器に送られることになる。回転式の除湿機を用いる場合には除湿を行うと同時に排ガスの高温を利用した空気で除湿機能の再生がなされて連続した運転が行われる。【０００３３】  請求項目８にかかわる発明では、ＬＮＧ冷却器に、或いはその後流に設けたガス検知器によって該冷却器内でのＬＮＧガスの漏洩が検知された場合には、まず排ガス供給の停止と、同排ガス系統のラインの閉鎖を行い、次に弁操作によってＬＮＧ冷却器の排ガスラインに海水を流し、この海水によってＬＮＧの蒸発と昇温を行うことによって、微量な漏洩ガスは安全に海水と共に系外に放出されると共に、本船主機への常温のＬＮＧガスの継続した供給が可能となり、本船の運航が停滞なく行われる。
【発明を実施するための形態】
【０００３４】  以下、本発明の実施形態を、図１に基づいて説明する。図１は、装置の全体系統を示す。同図においてＴ字状およびＬ字状に交差するラインは全て繋がっていることを示す。一方十字状に交差するラインは全て相互に繋がっていないことを示す。
【０００３５】  図１によって排ガスの冷却機能について説明する。
主機の排ガスから必要量を分岐された排ガス１は先ず海水冷却器２によって常温まで冷却されて、脱湿器３に入り、循環ガス１７および循環ファン１８からなる低温ガスでさらに数度℃まで冷却され、さらに全熱交換器５で循環ガス２７との温度交換で０℃近くまで冷却されて圧縮機６に入る。
【０００３６】  圧縮機で昇圧された結果高温化した排ガスは海水冷却器７で常温まで冷却されて、ＬＮＧ冷却器９ＡまたはＬＮＧ冷却器９Ｂに入り、ＬＮＧとの熱交換によって冷却されて循環ガス冷却器１５Ａまたは循環ガス冷却器１５Ｂに入り、循環ガス２２によって必要な温度まで冷却された後、膨張タービン２０に入る。
【０００３７】  排ガスは膨張タービン２０による断熱膨張によってほぼ大気圧まで減圧されて、外部仕事を行うことによってＣＯ２の固化温度まで冷却される。この間に排ガス中のＣＯ２分子は固体のＣＯ２となり、排ガス中に微粒子状に分散した状態でサイクロン２３に導かれる。この間にＣＯ２の凝固に伴う潜熱分の発熱のために排ガスの温度上昇があるが、予めその分を見込んだタービンでの１次圧力の設定を行う。サイクロンでＣＯ２を分離された排ガスは前の流れに遡り、低温且つ低湿度の循環ガス２２として冷却と脱湿のために利用される。
【０００３８】  図１によって排ガスの脱湿機能について説明する。
排ガスは海水冷却器２によって常温に冷却された脱湿器３で、循環ガス冷却器１５Ａまたは同１５Ｂの排ガス管１４Ａまたは同１４Ｂ内に凝固した氷を０℃まで昇温し、さらに融解した顕熱と潜熱とによって低温化した循環ガス或いは新たに外部から導入された窒素ガスによって冷却されて包含する水分が凝縮して水となって、排水管４から外部に除去される。以上によって先ず第１次の脱湿が行われる。その後、全熱交換器５に入る。循環ガス或いは新たに外部から導入された窒素ガスの循環は循環ファン１８によって行われる。
【０００３９】  全熱交換器５に入った排ガスは、循環ガス冷却器１５Ａまたは同１５Ｂから得られる低温で低湿度の循環ガス２７との間で温度と湿度の交換を行い、両ガスの平衡点で決まる湿度まで除湿されて、第２次の脱湿がなされた後に圧縮機６に流れていく。全熱交換器５で除湿された水分は循環ガス２７によって大気へと放出される。
【０００４０】  排ガスは圧縮機６で昇圧後、海水冷却器７によって常温に冷却されて、上昇した圧力に相当する飽和水蒸気圧まで除湿されて、ここで第３次の脱質が行われた後に、ＬＮＧ冷却器９Ａまたは同９Ｂに入り、ここでＬＮＧの蒸発と温度上昇に伴う潜熱および顕熱とによって冷却されると同時に第４次の脱質が行われる。その後循環ガス冷却器１５Ａまたは同１５Ｂへと流れる。凝縮した水は排水管１０Ａ或いは同１０Ｂによって系外へ放出される。
【０００４１】  循環ガス冷却器１５Ａまたは同１５Ｂに流れた排ガスはＣＯ２を分離した後の低温の循環ガス２２によって更に冷却されて、排ガス内部の水分は排ガス管１４Ａ或いは同１４Ｂの内部で凝縮し、更に凝固する。この結果第５次の脱質が行われる。
【０００４２】  適当な時間間隔で或いは内部の氷の成長を検知した後に、作動している系統の排ガスの供給を停止して、該循環ガス冷却器を閉の状態にして内部の循環ガス或いは外から導入する窒素ガスを、循環ファン１８によって脱湿器３との間で回すことで氷の昇温と融解とがなされて、その結果出てくる水は排水管１６Ａ或いは同１６Ｂによって系外へ放出される。
【０００４３】  図１によって内部冷熱生成機能について説明する。
排ガスは圧縮機６によって所定の圧力まで昇圧されて、ＬＮＧ冷却器９Ａまたは同９Ｂおよび循環ガス冷却器１５Ａまたは同１５Ｂのそれぞれによって所定の温度まで冷却された後、膨張タービン２０に至る。このときのタービン入口での圧力と温度はタービン出口のガス状態で先ず圧力がほぼ１気圧、一方温度はその時のＣＯ２蒸気圧に対応したレベルまで下げることがＣＯ２を固化する条件となる。また膨張仕事の温度にはタービン内部でのＣＯ２の固化潜熱も考慮する必要がある。以上の圧力と温度とが得られるように圧縮機の吐出圧力並びに先の２つの冷却器での冷却度が決められる。膨張タービン２０の軸出力は圧縮機６に繋ぎ、動力の加勢を行う。
【０００４４】  図１によってＣＯ２の固化と捕捉機能について説明する。
膨張タービン２０での出口の温度および圧力条件がＣＯ２の固化条件を満たすように調整されることによって、出口ではＣＯ２の固体が粒子状または雪状となって吐出される。固体ＣＯ２粒子を含んだ吐出ガスは排ガス管２１を経由してサイクロン２３に導かれて、ここで遠心力を利用したガスと固体との分離作用によって、ＣＯ２粒子２４は直下に置かれたＣＯ２タンク２５に重力によって堆積しほぼ大気圧の状態で貯蔵される。一方ＣＯ２を分離された排ガスはサイクロンから取り出されて循環ガス２２として前段階の循環ガス冷却器１５Ａ或いは同１５Ｂへと導かれる。
【０００４５】  図１によって冷熱の回収機能について説明する。
ＣＯ２を回収した後の循環ガス２２は低温状態にあり、この冷熱の大部分は循環ガス冷却器１５Ａ或いは同１５Ｂによって回収されて、排ガスの冷却に消費される。更に全熱交換器５に導かれて全熱交換をすることによって余剰の冷熱は全て無駄なく回収されて、消費される。一方循環ガス冷却器１５Ａ或いは同１５Ｂ内の排ガス管１４Ａ或いは同１４Ｂ内の低温氷は昇温と融解に伴う冷熱を循環ファン１８によって脱湿器３に導かれて排ガス中の水の凝縮を促す形で回収される。
【０００４６】  図１によって装置の連続運転機能について説明する。
循環ガス冷却器１５Ａ或いは同１５Ｂにおいては時間とともに排ガス管１４Ａ或いは  同１４Ｂの内部には氷の生長が生じる。氷の厚さが一定の大きさに達したあとはその系統への排ガスの供給を止めて、管の両端弁を閉鎖し、先に述べた循環ファン１８による氷の融解除去を行う一方、他方の系統では循環ガスを流す通常の操作を行い、これを順繰りに繰り返して、全体の系統を止めることなく操作を続けることが出来る。同様にＬＮＧ冷却器９Ａまたは同９ＢにおいてはＬＮＧ管８Ａ或いは同８Ｂの外面に氷の発生が見られる場合にはその系統を止めて氷の融解を促す。
【０００４７】  図１によってＬＮＧ漏洩時の安全機能について説明する。
ＬＮＧ冷却器９Ａまたは同９ＢにおいてＬＮＧ管８Ａまたは同８Ｂに欠陥が生じその結果ＬＮＧの漏洩が生じた場合にはガス検知器１３Ａ或いは同１３Ｂによって検知され、直ちに排ガスの供給を停止し、排ガスに替えて海水管１２から海水を供給することでＬＮＧの蒸発と昇温の機能を停止することなく継続し、主機の停止を免れる。漏洩ＬＮＧは海水とともに排水管１０Ａ或いは同１０Ｂを経由して外に放出されて、次の寄港地まで航行を継続する。
【０００４８】  図１によってＣＯ２収量の制御機能について説明する。
船舶運行時においてはエンジンの負荷、ＬＮＧ流量、空気量等の多くのエンジン運転の変動要因が存在し、それに伴って排ガスの量、その性状およびＣＯ２濃度は変化する。そのような変動状態において本装置の消費エネルギーの最小化を図りつつＣＯ２の回収量を一定の割合で確保するためには分岐する排ガス１の量調節、圧縮機６と膨張タービン２０における回転数とガイドベーン等を本システム独自の運転アルゴリズムによって制御して、最適化して運転することによる流量と圧力の連続制御による最適運転を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００４９】
【図１】装置の全体系統を示す。同図においてＴ字状およびＬ字状に交差するラインは全て繋がっていることを示す。一方十字状に交差するラインは全て相互に繋がっていないことを示す。また弁類については機能を表す最低限のものを記し、補助的な弁類は記載を省略する。
【図２】装置の基本的な機能を表すために、２系統に設けている機器類を、一方を外し、簡略化したものである。
【符号の説明】
【０００５０】１：排ガス
２：海水冷却器
３：脱湿器
４：排水管
５：全熱交換器
６：圧縮機
７：海水冷却器
８Ａ：ＬＮＧ管
８Ｂ：ＬＮＧ管
９Ａ：ＬＮＧ冷却器
９Ｂ：ＬＮＧ冷却器
１０Ａ：排水管
１０Ｂ：排水管
１１：ＬＮＧ管
１２：海水管
１３Ａ：ガス検知器
１３Ｂ：ガス検知器
１４Ａ：排ガス管
１４Ｂ：排ガス管
１５Ａ：循環ガス冷却器
１５Ｂ：循環ガス冷却器
１６Ａ：排水管
１６Ｂ：排水管
１７：循環ガス或いは窒素ガス行き
１８：循環ファン
１９：循環ガス或いは窒素ガス戻り
２０：膨張タービン
２１：排ガス管
２２：循環ガス
２３：サイクロン
２４：ＣＯ２粒子
２５：ＣＯ２タンク
２６：ＬＮＧ管
２７：循環ガス
【図１】
2014100696.tif 000003
【図２】
2014100696.tif 000004