(57)【要約】  船舶推進システムは、燃料を燃焼させるための燃焼室（１１ａ、１１ｂ）を有する少なくとも１つの内燃機関（１０ａ、１０ｂ）と、内燃機関（１０ａ、１０ｂ）の吸気管（１２ａ、１２ｂ）内にコンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）を有するターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）とを含む。船舶推進システムは、さらに、コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側に添加されて内燃機関（１０ａ、１０ｂ）に導かれる水素および酸素ガスを生成する電気分解装置（２０）を含む。さらに、コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側には、チャージエアに水およびアルコールを添加するための水タンク（３１）およびアルコールタンク（３０）が接続されている。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶推進システムの改造方法であって、
前記船舶推進システムは、
燃料を燃焼させるための燃焼室（１１ａ、１１ｂ）と、
前記燃焼室（１１ａ、１１ｂ）に新鮮な空気を供給するための吸気管（１２ａ、１２ｂ）と、
前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）にコンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）を備えたターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）と、を備える、少なくとも１つの内燃機関（１０ａ、１０ｂ）を含み、
水素および酸素ガスを生成するように構成された電気分解装置（２０）を、前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）に水素および酸素ガスを供給するための前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側に接続する工程と、
前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）に水およびアルコールを供給するための前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側に水タンク（３１）およびアルコールタンク（３０）を接続する工程とを備えることを特徴とする、方法。
【請求項２】
燃料を燃焼させるための燃焼室（１１ａ、１１ｂ）と、
前記燃焼室（１１ａ、１１ｂ）に新鮮な空気を供給するための吸気管（１２ａ、１２ｂ）と、
前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）にコンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）を備えたターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）と、を備える、少なくとも１つの内燃機関（１０ａ、１０ｂ）と、
前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）のための水素および酸素ガスを生成するための電気分解装置（２０）と、
前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）にアルコールを供給するためのアルコールタンク（３０）と、を含み、
水タンク（３１）が設けられ、
前記水タンク（３１）および前記アルコールタンク（３０）は、前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）に水およびアルコールの供給のための前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側に接続され、
前記電気分解装置（２０）は、前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）に水素および酸素ガスを供給するための前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側に接続されることを特徴とする、船舶推進システム。
【請求項３】
前記水タンク（３１）および前記アルコールタンク（３０）は、混合容器（３４）を介して前記ターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）の圧力側に接続され、
前記混合容器（３４）および前記ターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）の圧力側の間に圧力ポンプ（３５）が設けられ、前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力よりも高い圧力を発生させるように構成されることを特徴とする、請求項２に規定される船舶推進システム。
【請求項４】
制御ユニット（５）が備えられ、かつ
前記混合容器（３４）内の水とアルコールの混合比を可変的に設定し、
前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）に供給される前記電気分解ガスならびに水およびアルコールとの割合を可変的に設定するように構成され、
前記制御ユニット（５）は、前記内燃機関に供給されている燃料の種類を示す燃料信号を受信するためのデータインターフェースを含み、
前記制御ユニット（５）は、前記燃料信号に応じて、前記電気分解ガスならびに水およびアルコールの間の割合を変化させるように構成されることを特徴とする、請求項３に規定される船舶推進システム。
【請求項５】
排ガス温度センサ（１６ａ、１６ｂ）が設けられ、
制御ユニット（５）が、
排気ガス温度に応じて前記電気分解ガスならびに水およびアルコールの割合を変化させ、特に排気ガス温度が高い場合にはアルコールおよび水の添加量を多くするように構成されることを特徴とする、請求項４に規定される船舶推進システム。
【請求項６】
前記電気分解装置（２０）は、前記水素ガスおよび酸素ガスが別々の電気分解ガスライン（２３）を介して搬送されるように設計され、
前記制御ユニット（５）はまた、前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）に供給される前記水素ガスおよび酸素ガスの割合を可変的に設定するように構成されていることを特徴とする、請求項３から５のいずれか１項に規定される船舶推進システム。
【請求項７】
チャージエアクーラが備えられ、
前記制御ユニット（５）は、前記ターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）の圧力側のアルコールおよび水の添加量に反比例して、前記チャージエアクーラの冷却出力を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項４または５に規定される船舶推進システム。
【請求項８】
前記混合容器（３４）と前記ターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）の圧力側とを接続する水およびアルコール供給管（３６）が、外側金属管と内側管とで二重壁に形成されており、
保護ガスは、前記外側金属管と前記内側管との間に配置され、その圧力は大気圧よりも高く、前記制御ユニット（５）は、前記水およびアルコール供給管（３６）内の圧力が前記保護ガスの圧力よりも少なくとも１バール高くなるように前記圧力ポンプ（３５）を制御することを特徴とする、請求項３から７のいずれか１項に規定される船舶推進システム。
【請求項９】
制御ユニット（５）が、
前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）の指示された現在の出力をデータインターフェースを介して受信し、
前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）への供給用に設定された水素ガスおよび酸素ガスの量を、前記指示された現在の出力の大きさに比例して増加させるように構成され、
前記電気分解装置（２０）は、前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）の全負荷運転の７０％から９０％の間にある部分負荷を指定する発電出力閾値で、前記制御ユニット（５）が既に水素ガスおよび／または酸素ガスの少なくとも１つの最大生産可能量を設定するように寸法づけられていることを特徴とする、請求項３から８のいずれか１項に規定される船舶推進システム。
【請求項１０】
制御弁（２２）は、酸素および／または水素ガスの少なくとも１つのための前記電気分解装置（２０）の出口に接続され、前記制御弁（２２）は、前記電気分解装置（２０）内の圧力が設定可能な開口圧力を超えたとき、前記ターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）の圧力側への接続を開き、
前記制御ユニット（５）は、前記ターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）の後のチャージエア圧力に応じて、前記開口圧力を設定するように構成されていることを特徴とする、請求項３から９のいずれか１項に規定される船舶推進システム。
【請求項１１】
前記船舶の主機関および補助機関である複数の内燃機関（１０ａ、１０ｂ）が備えられ、
前記電気分解装置（２０）および前記混合容器（３４）は、前記主機関および前記補助機関の両方に接続され、
前記制御ユニット（５）が、
前記主機関および／または前記補助機関に前記水素ガス、酸素ガス、水、およびアルコールを供給するかどうかを可変的に設定し、
供給される前記水素ガス、酸素ガス、水、およびアルコールの割合を、前記主機関または前記補助機関のどちらに供給されているかに応じて変更するように構成されていることを特徴とする、請求項３から１０のいずれか１項に規定される船舶推進システム。
【請求項１２】
前記複数の内燃機関（１０ａ、１０ｂ）のターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）は、異なるチャージ圧力を提供し、
前記制御ユニット（５）は、最高チャージ圧力に応じて前記制御バルブ（２２）の開口圧力を設定するように構成され、
電解ガスライン（２３）は、前記制御弁（２２）の下流で前記複数の内燃機関（１０ａ、１０ｂ）の圧力領域に分岐し、設定可能なスロットルがそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項１１に規定される船舶推進システム。
【請求項１３】
燃料を燃焼させるために少なくとも１つのボイラ（４０）が備えられ、
ボイラライン（４１）は、前記電気分解装置（２０）を前記ボイラ（４０）に接続し、
前記制御ユニット（５）は、後者が燃料を燃焼し、水素ガスおよび酸素ガスの最大生産可能量が前記少なくとも１つの内燃機関（１０ａ、１０ｂ）にまだ割り当てられていない場合に、前記ボイラ（４０）に水素ガスおよび酸素ガスを供給するように構成されていることを特徴とする、請求項３から１２のいずれか１項に規定される船舶推進システム。
【請求項１４】
前記ボイラライン（４１）は、酸素ラインおよびそれから分離した水素ラインを含み、
前記制御ユニット（５）は、前記ボイラ（４０）で現在燃焼している燃料に応じて、前記ボイラ（４０）に供給される前記酸素ガスおよび水素ガスの間の割合を設定するように構成されることを特徴とする、請求項１３に規定される船舶推進システム。
【請求項１５】
内燃機関（１０ａ、１０ｂ）の燃焼室（１１ａ、１１ｂ）で燃料を燃焼させる工程と、
吸気管（１２ａ、１２ｂ）を介して前記燃焼室（１１ａ、１１ｂ）に新鮮な空気を供給する工程と、
前記吸気管（１２ａ、１２ｂ）内のターボチャージャ（１３ａ、１３ｂ）のコンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）によって前記新鮮な空気を圧縮する工程と、
電気分解装置（２０）を用いて前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）用の水素および酸素ガスを生成する工程と、
アルコールタンク（３０）から前記内燃機関（１０ａ、１０ｂ）にアルコールを供給する工程と、を含み、
前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側にある水タンク（３１）から前記アルコールおよび水を供給し、
前記コンプレッサ（１４ａ、１４ｂ）の圧力側に前記電気分解装置（２０）の水素および酸素ガスを供給することにより特徴づけられる、船舶推進システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルによる船舶推進装置の改造方法に関する。本発明はさらに、請求項２のプレアンブルによる船舶推進システムおよび請求項１５のプレアンブルによる船舶推進システムの運転方法に関する。
【０００２】
船舶推進システムは、一般的に主機関と補助機関を含み、燃料、例えば重油、ディーゼル、ガスオイル、またはガスなどを燃焼させる。環境基準の向上に伴い、この燃料の燃焼時に発生する排出ガスの規制はますます厳しくなっている。また、有害排気物質の低レベル化の追求に加えて、船舶の推進システムの効率を向上させて、できるだけ経済的で燃料経済的な運転を可能にすることも一般的な目標となっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の改造方法は、燃料を燃焼させるための燃焼室と、燃焼室に新鮮な空気を供給するための吸気管と、吸気管内にコンプレッサを含むターボチャージャとを含む少なくとも１つの内燃機関を含む船舶推進システムに関する。１または複数の内燃機関は、主機関、補助機関またはそれらの一部を構成し得る。
【０００４】
従って、本発明に基づく一般的な船舶推進システムは、燃料を燃焼させるための燃焼室を有する少なくとも１つの内燃機関と、燃焼室に新鮮な空気を供給するための吸気管と、吸気管内にコンプレッサを含むターボチャージャとを含む。本出願人が開発した船舶推進システムは、例えばＥＰ３１２４７８１Ｂ１に記載されており、さらに、内燃機関のための水素および酸素ガスを生成するための電気分解装置と、内燃機関にアルコールを供給するためのアルコールタンクとを含む。水素および酸素ガス、ならびにアルコール化合物を添加することで、燃料の燃焼過程に有利な影響を与えることができ、特にススの発生が少なく、より完全な燃焼が可能になる。
【０００５】
同様に、船舶推進システムを運転するための一般的な方法は、以下の工程を含む：
（内）燃焼機関の燃焼室で燃料を燃焼させること、
吸気管を介して燃焼室に新鮮な空気を供給すること、
吸気管内のターボチャージャのコンプレッサで新鮮な空気を圧縮すること、
電気分解装置を用いて内燃機関用の水素および酸素ガスを生成すること、および
アルコールタンクから内燃機関にアルコールを供給すること。
【０００６】
ＥＰ２４３８９８２Ａ１は、メタノールと水の混合物を内燃機関の吸気に導入するシステムを記載する。電気分解により得られた水素ガスを用いてメタノールを製造する。ＤＥ２０２００７０１１２１４Ｕ１は、燃料と水から生成された混合物が燃焼室に噴射される内燃機関を記載する。
【０００７】
本発明の目的は、特に効率的で低エミッションの船舶推進を可能にする、船舶推進システム、その運転方法、および船舶推進システムの改造方法と考えられ得る。
【０００８】
この目的は、請求項２の特徴を有する船舶推進システムと、請求項１から１５の特徴を有する方法によって達成される。
【０００９】
本発明による船舶推進システムおよび本発明による方法の有利な改変は、従属請求項の対象であり、また、以下の説明で明らかにされる。
【００１０】
本発明に従って、上述の船舶推進システムの改造方法において、ターボチャージャ／コンプレッサの圧力側に接続された水素および酸素ガスを生成するための電気分解装置が設けられる。また、ターボチャージャ／コンプレッサの圧力側に接続された水タンクおよびアルコールタンクがさらに設けられる。
【００１１】
同様に、上述の一般的な船舶推進システムは、本発明に従って、水タンクを含む、水タンクおよびアルコールタンクは、この時点で水とアルコールを供給できるようにターボチャージャ／コンプレッサの圧力側に接続される。また、電気分解装置も、ターボチャージ／コンプレッサの圧力側に接続される。
【００１２】
これに対応して、上述の船舶推進システムの運転方法において、前コンプレッサの圧力側の水タンクからアルコールおよび水を供給することは、本発明に従って提供される。また、コンプレッサの圧力側には、電気分解装置の水素ガスおよび酸素ガスが供給される。
【００１３】
ターボチャージャの下流側の吸気管に液状の水（または水タンクからの水溶液）およびアルコールを導入することで、吸気を冷却する。このようにして、より大量の空気を燃焼室に運ぶことができる。また、サイクルの早い段階で着火が起こり、持続時間が長くなるため、発電出力が増加する。燃焼プロセスが有利に影響し、ススの発生が少なくなる。
【００１４】
ターボチャージャの後に水素ガス、酸素ガス、およびアルコールを添加することで、ターボチャージャの前に添加した場合に比べて安全性が向上する：燃焼室からの逆噴射でこれら添加剤が発火して炎が広がることがある。添加剤を先にターボチャージャの圧力側に添加しておけば、ターボチャージャのコンプレッサを超えて炎が広がることはまずない。さもなくば、炎はコンプレッサを超えて新鮮な空気を取り入れるために、しっかりとした壁で遮蔽されていないエンジンルームの周囲に広がる可能性がある。（内）燃焼機関が停止した場合、吸気管の圧力領域に導入された全ての添加剤が凝縮する前に燃焼室に運ばれるため、可燃性ガスが吸気管内にほとんど残らないという事実が、さらなる安全上の利点となる。さらに、ターボチャージャの圧力側に導入された水素および酸素ガスは、顕著な旋回を受けるため、ターボチャージャに続く全てのモーターユニットまたはシリンダへの完全な混合および均一な分配が可能になる。
【００１５】
水タンクおよびアルコールタンクは、混合容器を介してターボチャージャの圧力側に接続され得る。このようにして、水およびアルコールとの混合物が生成され、次いでこの混合物は、ターボチャージャの下流側の圧力ポンプで吸気管内に注入される。先に混合物を形成することで、圧力ポンプが１台で済む。その結果、圧力ポンプおよびアルコールタンクは一般的に防爆構造であり、より高い安全基準を満たす必要があるため、大幅なコスト削減につながる。圧力ポンプは、ターボチャージャの圧力よりも高い圧力を生成するように構成され得る。これは、水およびアルコールの混合物をターボチャージャの後の圧力領域に注入することができるようにするために好都合である。また、原則として、水タンクおよびアルコールタンクは、水およびアルコールの混合物、特にエマルジョンが保持されている共通のタンクによって形成され得る。しかし、混合容器に通じる個別のタンクは、水およびアルコールの混合比率を変化させることができるという利点がある。また、混合容器を用いることにより、エマルジョンの長期安定性の問題を回避することができる。
【００１６】
（電子）制御ユニットを提供し、混合容器内の水およびアルコール混合比を可変的に設定するように構成することができ、すなわち、混合容器内に導入された、水タンクからの水の量と、アルコールタンクからのアルコールの量を可変的に設定することができる。
【００１７】
代替的または追加的に、制御ユニットは、内燃機関に供給される電気分解ガスならびに水およびアルコールの間の比率を可変的に設定するように構成され得る。電気分解装置の設計にもよるが、酸素ガスおよび水素ガスを電気分解ガスとして（互いに一定の割合で）併用したり、または酸素ガスおよび水素ガスを別々に電気分解装置から吸引して、両者の割合を変化させ得る。
【００１８】
制御ユニットは、現在内燃機関に供給されている燃料の種類を示す燃料信号を受信するためのデータインターフェースを含み得る。燃料に関しては、例えば、重油、ガスオイル、ガス、またはディーゼルの間で区別され得る。船舶が航行している海域によっては、燃料の交換を行い得る。電気分解ガス、水、およびアルコールを供給する割合および量は、現在燃焼中の燃料に依存して供給される。制御ユニットは、結果的に、燃料信号に応じて、電気分解ガスならびに水およびアルコールの間の割合を変化させるように構成され得る。
【００１９】
代替的または追加的に、制御ユニットが電気分解ガスならびに水およびアルコールの間の割合を変更するかに応じて、データインターフェースを介してさらなるパラメータが受信され得る。特に、排気ガス温度センサを設けることができ、制御ユニットは、測定された排気ガス温度に応じて、電気分解ガスならびに水およびアルコールの間の割合を変化させる。排ガス温度が高いほど、チャージエア（ターボチャージャで圧縮された空気）をより多く冷却できることを示す。したがって、制御ユニットは、特に、より高い排気温度の場合に、より多くのアルコールおよび／または水を添加するように構成され得る。さらに温度センサを使用することで、より細かな調整が可能である。例えば、内燃機関が配置されているエンジンルーム内の温度を考慮し得る。
【００２０】
また、水素ガスおよび酸素ガスとを同一配管を介して引き込んで搬送するように、電気分解装置を低コストで設計し得る。これは、より詳細に説明するように、船舶の防爆構造領域でのパイプ供給ラインに関する高い安全性の要件を考慮すると、関連するコストメリットを表し得る。あるいは、電気分解装置は、水素ガスおよび酸素ガスが別々のラインを介して搬送されるように設計され得る。この場合、有利には、ある制御ユニットまたは前記制御ユニットはさらに、内燃機関に供給される水素ガスおよび酸素ガスとの間の割合を可変的に設定するように構成され得る。
【００２１】
ターボチャージャの圧力側のチャージエアを冷却するチャージエアクーラを設け得る。原理的には、チャージエアクーラによる冷却の代わりに、アルコールおよび水の混合物の添加による冷却を行うと、より良い結果が得られ得る。ある制御ユニットまたは前記制御ユニットは結果的に、アルコールおよび水の添加量に依存して、特に逆比例してチャージエアクーラの冷却出力を制御するように構成され得る。チャージエアクーラの制御は、例えば、発電出力の関数としてスロットルを行う制御弁を介して、またはチャージエアクーラのポンプの速度制御を介して行い得る。また、内燃機関に水およびアルコール混合物が供給されていない場合にのみ、最大冷却出力で動作するようにしたチャージエアクーラを備え得る。これは、例えば、メンテナンスのために水およびアルコール供給に必要な部品が使用不能になっている場合にも適用できる。内燃機関の動作温度も、エンジン内での結露の危険性があるため、低くなりすぎないようにしなければならない。このために冷却出力を低下させたい場合は、水およびアルコール供給ではなく、チャージエアクーラを停止させることを条件とし得る。
【００２２】
船舶では高い安全性が要求されるため、引火点の低い物質には単壁パイプの使用は認められていない。しかし、二重壁金属パイプは、特に湾曲した二重壁パイプ部分がある場合には、かなりの追加コストがかかる。混合容器とターボチャージャの圧力側を接続する水およびアルコール供給管を、外側金属管と内側管の二重壁とすることで、かなりのコスト削減が可能となる。同様にまたはこれに代えて、アルコールタンクからの供給管と、電気分解ガスのための１または複数の供給管とをこのように形成することができる。管は、プラスチックまたは他の非金属材料で作られ得る。フレキシブルで柔軟性があるので、外側金属管への導入が容易に行える。外側金属管と内側管との間に真空または負圧を発生させることができ、圧力センサは、圧力が変化した場合に管の漏れを推測することができる。対照的に、外側金属管と内側管との間に保護ガス（例えば窒素）を使用することも有利であり得、その圧力は特に大気圧よりも高い。制御ユニットは、水およびアルコール供給管内の圧力が保護ガスの圧力よりも所定の最小値、例えば少なくとも１バール高くなるように圧力ポンプを制御し得る。負圧と比較して、保護ガスは管に対して逆圧を与え、それによって後者の透過性を低下させる。さらに、保護ガスのより高い圧力は、任意の透過性の水およびアルコール混合物の凝縮を促進し、これは、より低いキャッチ領域またはサイフォンで凝縮した形態で収集され、検出され得る。これは、潜在的に圧力センサよりも信頼性が高い可能性がある。
【００２３】
内燃機関で燃焼される燃料（例えば重油）が多いほど、電気分解ガスを多く添加する必要がある。電気分解装置のサイズは経済的に重要であるため、供給される内燃機関（複数可）のための理想的なサイズの電気分解装置を提供する必要がある。原理的には、内燃機関の全負荷運転に応じて増加する量の電気分解ガスを生成して添加することができるように、電気分解装置の寸法を決定し得る。しかし、船舶の内燃機関は、一般的に安全上の理由から、通常の状況で必要とされる発電出力を大幅に上回る発電出力を生成し得る。そのため、船舶の推進システムが最大発電出力（全負荷）の８５％超で運転されることは非常に稀である。したがって、内燃機関（複数可）に供給される電気分解ガスの最大発電出力が、最大発電出力の８５％（またはより一般的には７０％から９０％の間の値）に既に達するように、電気分解装置の寸法を構成することで十分である。このようにすれば、通常の運転中に効率が低下することなく、電気分解装置の小型化を図ることができる。この実施形態では、制御装置は、そのデータインターフェースを介して内燃機関の現在の発電出力の指示を受信し、指示された現在の発電出力の大きさに比例して、内燃機関に供給される水素ガスおよび酸素ガスの量のための設定を増加させるように構成され得る。電気分解装置の寸法は、内燃機関の全負荷運転の７０％から９０％の間にある部分負荷を指定する、発電出力閾値に達したときに、制御ユニットが既に水素ガスおよび／または酸素ガスの最大生産可能量を設定するようにここでは構成されている。
【００２４】
補助ディーゼルエンジンの場合、指示された発電出力は、一般的にエンジンで直接知ることができる。主機関の場合、プロペラシャフトの水中への動力伝達量をセンサで記録する。主機関のシャフト発電機による発電出力の知識と合わせて、内燃機関の現在の負荷運転を算出することができる。
【００２５】
電気分解装置からの水素および酸素ガスをターボチャージャ後の圧力領域に導入するためには、水素および酸素ガスの圧力が圧力領域のチャージエア圧よりも高くなければならない。しかし、このための圧力ポンプは、水素ガスの可燃性のために防爆構造ポンプの使用しか認められていないため、非常にコストがかかる。このように、本発明の電気分解装置は、圧力をビルドアップするために使用することが好ましい場合がある。このようにして、電気分解装置またはそのセルは、圧力室として、すなわち、生成された電気分解ガスが圧力を上昇させる閉鎖容器として形成される。少なくとも１つの制御弁は、酸素および／または水素ガスのための電気分解装置の出口に接続することができ、ここで、制御弁は、電気分解装置内の圧力が設定可能な開口圧力を超えたときにのみ、ターボチャージャの圧力側への接続を開く。制御装置は、ターボチャージャの後のチャージエア圧力の関数として、例えば、常に、開口圧力が閾値（例えば０．５バール）分チャージエア圧力よりも高くなるように、開口圧力を設定することができる。
【００２６】
典型的には、船舶の主機関および／または１もしくは複数の補助機関であり得る複数の内燃機関が提供される。主機関と補助機関とのどちらをより広い範囲まで運転するかは、例えば領域によって変動するので、電気分解装置と水およびアルコール供給が、主機関または補助機関に選択的に役立つ場合に有利であり得る。そのような実施形態の改変では、電気分解装置および混合容器（または水タンクおよびアルコールタンク）は、主機関および補助機関の両方に接続される。あるまたは前記制御ユニットは、主機関および／または補助機関に水素ガス、酸素ガス、水およびアルコールを供給するか否かを可変的に設定することができ、ここで、供給される水素ガス、酸素ガス、水およびアルコールの割合は、主機関または補助機関が供給されているかに応じて可変する。特に、主機関と補助機関とが異なる燃料で運転されるのが一般的であるという事実を考慮すると、制御ユニットが、どちらの内燃機関に供給されるかに応じて、供給される物質の割合と量とを変更すると、より良好な燃焼結果が得られ得る。
【００２７】
対応するターボチャージャが異なるチャージ圧力を発生させることは、異なる内燃機関で可能である。このシナリオでは、制御ユニットは、制御弁の開口圧力を最高チャージ圧力の関数として設定するように構成されてもよく、その結果、開口圧力もまた、所定の最小値分最高チャージ圧力よりも大きくなる。電気分解ガスラインは、制御弁の下流側を複数の内燃機関の圧力領域に分岐することができ、それぞれ、電気分解ガスの圧力を当該チャージ圧力に適した値まで減少させることにより設定可能なスロットルを有する。
【００２８】
吸気管は、燃焼室に空気を導くラインまたは供給ラインシステムとして理解され得る。共通の吸気管は、１または複数の燃焼室または内燃機関に空気を供給することができる。供給される空気は、新鮮な空気、すなわち周囲の空気を含み、さらに構成成分を含み得る。ターボチャージャは、吸気管内の空気圧を上昇させるコンプレッサを含み、ターボチャージャの下流から燃焼室までの全域を圧力側と呼ぶ。ターボチャージャはさらに、内燃機関の排気ガス圧によって駆動され、この手段によってコンプレッサを駆動する排気ガスタービンを含む。ここではターボチャージャの正確な運転方法は重要ではないので、ターボチャージャの代わりにコンプレッサも吸気管に使用し得る。電気エネルギーを使用して出発物質を分解する任意の設計の装置は、電気分解装置とみなし得る。ここでの出発物質は水であってもよく、これによって水溶液が理解される。電気分解により、水素と酸素ガスが生成される。これらの電気分解ガスは、ターボチャージャの圧力側、すなわち吸気管内または直接燃焼室に導入される。燃焼室を形成するシリンダの構造的な変更は複雑で一般的に高価である；しかし、デュアルフューエルエンジンでは、一部のオペレータが燃料を供給するために使用しない余分なポートを提供する。この場合、デュアルフューエルエンジンのシリンダカバーの余分なポートを再利用して電気分解装置に接続し得る。大幅な改造をせずに電気分解ガスを任意のエンジンに供給できるようにするためには、吸気管の空気供給管に電気分解ガスを導入する方が経済的であり得る。原則として任意のアルコール、例えばメタノールおよび／またはエタノールを入れた容器は、アルコールタンクと理解される。アルコールを最初に水と混合する場合、混合に必要なのは、吸気管への単一の圧力ポンプと単一のノズルだけである。内燃機関のシリンダがさらに離れている場合、例えば、それは主機関では頻繁にそうであるが、水およびアルコール混合物のための複数のノズル／入口ポイント、および吸気管内への電気分解ガスのための複数のノズルが備えられ得る。さらなる添加剤を可変的に添加するために、さらなるタンクを混合容器に接続することもできる。さらに、水タンクおよびアルコールタンクにさらに添加剤を添加することも可能である。
【００２９】
船舶は一般的に、主機関または補助機関の内燃機関の排熱を、例えば、部屋または水を加熱する目的で使用する。主機関および補助機関は通常、特に港湾運転中は低速で運転されるため、十分な量の廃熱が発生する。このため、暖房用の燃料を燃やすボイラを設けることができる。燃料は、燃料タンクから燃料ラインを介して導入され、例えば、重油、船舶用ディーゼル、ガスオイル、またはガスを用いることができる。この燃焼は、一般的にススが大量に発生し、環境面で不利なだけでなく、ボイラ内に堆積し、生産可能な熱出力が落ち込むという問題がある。このように、一般的にボイラは必要以上に大きく設計されており、定期的な清掃や交換が必要となる。原理的には、添加剤を用いてボイラの燃焼プロセスを改善することは可能であるが、船舶の安全規制が高いため、例えば、少量の水素ガスを添加するボイラの電気分解装置は、過度に複雑に保護されなければならない。追加費用はそのような使用を禁止する。本発明の一態様では、主／補助機関とボイラは一般的に一緒に使用されるのではなく、むしろ交互に使用されるという洞察を利用する。外洋では、主機関はほとんどが高速で運転され、十分な排熱を発生させてボイラを停止させないようにする。主機関は逆に港湾操業中に停止するのが一般的で、ボイラが必要になる。従って、上述で説明したものと同様の電気分解装置を、ボイララインを介してボイラに接続することも可能である。電気分解装置は、通常、ボイラにも同様に供給できるように、より大きく設計される必要はない。このシナリオでは、電気分解装置の周囲に単一の防爆構造領域を形成する必要があり、例えば、個別の電気分解装置のための個別の保護領域を形成する必要はない。前記制御ユニットは、後者が燃料を燃焼していて、生産可能な最大量の水素ガスおよび酸素ガスが少なくとも１つの内燃機関にまだ割り当てられていない場合、ボイラに水素ガスおよび／または酸素ガスを供給し得る。ボイララインは、酸素ラインとそれから分離した水素ラインを含み得る。このようにして、制御ユニットは、ボイラで現在燃焼している燃料に応じて、ボイラに供給される酸素ガスおよび水素ガスの間の割合を設定し得る。
【００３０】
船舶推進システムの追加の特徴として説明された本発明の特徴は、意図されたように実装された場合、本発明による方法の改変ももたらす。本発明による改造方法の改変は、オプションとして説明された本発明による船舶推進システムのそれらの特徴を追加することによってもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のさらなる利点および特徴は、添付の概略図を参照して以下で説明される。
【００３２】
【図１】本発明による船舶推進システムの例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明による船舶推進システム１００の例示的な実施形態を示す。船舶推進システム１００は、それぞれの燃料ライン１８ａ、１８ｂを介して（化石）燃料が供給される１または複数の内燃機関１０ａ、１０ｂを含む。内燃機関１０ａ、１０ｂは、例えば、主機関のユニット、主機関と１もしくは複数の補助機関のユニット、または船舶推進システム１００の１または複数の補助機関のユニットであってもよい。
【００３４】
各内燃機関１０ａ、１０ｂは、少なくとも１つの燃焼室１１ａ、１１ｂと、新鮮な空気が燃焼室１１ａ、１１ｂ内に導かれる吸気管１２ａ、１２ｂとを含む。さらに、排気ガスタービン１５ａ、１５ｂとコンプレッサ１４ａ、１４ｂとを含むターボチャージャ１３ａ、１３ｂがそれぞれ設けられている。排気ガスタービン１５ａ、１５ｂは、燃焼室１１ａ、１１ｂでの燃料の燃焼によって生成される排気ガスの圧力によって駆動される。排気ガスタービン１５ａ，１５ｂは、吸気管１２ａ、１２ｂ内で新鮮な空気が圧縮されるように、それぞれのコンプレッサ１４ａ、１４ｂを駆動する。これをチャージエアという。
【００３５】
燃料の燃焼プロセスは、可能な限り効率的な方法で行われ、排出物／汚染物質の発生が少ないことが望ましい。このためには、以下でより詳細に説明するように、電解生成された水素ガスおよびや酸素ガスの他に、水およびアルコール（例えばメタノール）が供給される。さらに、本発明による設計によって、高い安全性の要求がコスト効率の良い方法で尊重される。
【００３６】
水タンク３１およびアルコールタンク３０から水およびアルコールを取り出し、混合容器３４で混合する。圧力ポンプ３５は、その後、水およびアルコール供給管３６を介して混合物を吸気管１２ａ、１２ｂ内、すなわちコンプレッサ１４ａ、１４ｂの下流側の圧力領域に搬送する。コンプレッサ１４ａ、１４ｂの後の導入は、コンプレッサ１４ａ、１４ｂの前の導入と比較して、給気がよりよく冷却され、その結果、コンプレッサ１４ａ、１４ｂがより大量の空気を運ぶことができるという利点を有する。より低い燃焼温度は、燃焼によって生成される窒素酸化物の低減をさらに助長する。
【００３７】
水およびアルコール用に別々のタンク３０、３１を設けることにより、混合比を可変的に変え得る。水およびアルコールのエマルジョンが限られた長期安定性を有するという問題は、混合容器３４によっても回避される。さらなる利点は、混合容器３４のために、単一の圧力ポンプ３５のみが必要であることである。アルコールタンク３１、供給ライン、およびアルコールを搬送するポンプは、アルコールの高い可燃性のために高い安全性が要求されるため、単一の圧力ポンプ３５で十分であるという事実は、関連するコスト削減を表す。
【００３８】
原則として、電気分解装置２０は、電気エネルギーを用いて水または水溶液を特に水素ガスおよび酸素ガスに分解する任意の数の電気分解セルを有し得る。生成された電気分解ガス（水素ガス、酸素ガス）は、電気分解ガスライン２３を介して吸気管１２ａ、１２ｂに供給され、同様にコンプレッサ１４ａ、１４ｂの後の圧力領域に供給される。
【００３９】
コンプレッサ１４ａ、１４ｂの下流側に水およびアルコール混合物だけでなく、電気分解ガスを添加することで、より高い安全性が得られる。例えば、欠陥または損傷の場合、燃焼室１１ａ、１１ｂから吸気管１２ａ、１２ｂへの逆火が起こり得る。アルコールおよび水素ガスは引火性が高いため、炎がさらに広がり得る。吸気管１２ａ、１２ｂは、例えば、人がいる可能性があるエンジンルームに関連して、新鮮な空気の吸気のために開いている。可燃性の水素およびアルコールを介してエンジンルームに火炎が広がる危険性は、これらの物質の導入が燃焼室の直前にのみ発生し、コンプレッサ１４ａ、１４ｂによるエンジンルームからの分離もあるという事実を考慮して、大幅に低減されている。アンチバックファイアバルブを追加することで、さらなる保護を図ることができる。
【００４０】
また、安全性を考慮して、アルコール水配管３６と電気分解ガスライン２３は二重壁配管が必要となる。金属壁が２重になっている二重壁のパイプは、高額な費用がかかる。ただし、アルコールに水を添加することで特に可燃性が低下するため、外壁を金属で形成し、内壁を主に非金属材料で管状に形成したものであれば十分である。
【００４１】
電気分解ガスを搬送するための圧力ポンプの多大なコストを回避するために、電気分解装置２０を圧力室として設計し得る。制御弁２２が設けられており、生成されたガスによって電気分解装置２０内の開口圧力に達した場合にのみ、電気分解ガスの排出口を開くようになっている。
【００４２】
電気分解ガスである酸素および水素は、単一の供給ラインでオキシ水素ガスとして一緒に搬送し得る。あるいは、電気分解装置２０は、酸素ガスと水素ガスとを別々の線を介して別々に引き込むように構成してもよい。この場合、供給ラインごとに制御弁を設けることができる。酸素ガスおよび水素ガスを別々に添加することで、両者の割合を可変的に設定することができる。
【００４３】
酸素ガス、水素ガス、アルコール、水を添加することで、燃焼効率を高めることができる。ここでは、これらの添加物の割合とその総量が関係する。これらの変数の理想的な値は、異なるパラメータに依存する。その結果、前記添加物の割合と量を可変的に設定する制御ユニット５が設けられる。この目的のために、制御ユニットは、電気分解装置２０、特に水の供給および／または電気分解装置２０の電力消費量を制御するとともに、圧力ポンプ３５および少なくとも１つの制御弁２２を制御する。制御ユニット５は、燃焼室１１ａ、１１ｂで現在どのような燃料が燃焼されているかを示す燃料信号を受信する。また、燃料の交換が行われた場合には、制御ユニット５は、前記添加剤の割合を変更する。さらに、排ガス温度センサ１６ａ、１６ｂを介して排ガス温度が登録される。排ガス温度が高いほど、冷却目的で吸気管内に水および／またはアルコールを注入することができる。さらに、制御ユニット５は、内燃機関１０ａ、１０ｂのうちのどれがどれだけ添加剤を供給されるかを可変的に設定することができる。内燃機関１０ａ、１０ｂはそれらの構造に関して異なり得るので、様々な内燃機関の異なる内燃機関が運転されるとき、添加剤の割合を変更することも意味をなし得る。
【００４４】
任意の追加の実施形態では、ボイラ４０の燃焼プロセスも改善される。ボイラ４０には、供給ライン４２を介して、例えば重油、船舶用ディーゼルオイルまたはガスオイルなどの燃料が供給される。水素ガスおよび酸素ガスを添加することにより、より完全な燃焼が可能になり、ススの発生が少なくなる。ボイラ４０のための別個の電気分解装置は、ボイラの限定された使用のために、そして安全要件のために電気分解装置の高いコストのために、ほとんど実行可能ではない。ただし、内燃機関１０ａ、１０ｂに設けられた電気分解装置２０は、ボイラ４０と共用することができる。制御ユニット５は、生成された電気分解ガスを内燃機関１０ａ、１０ｂおよびボイラ４０に配分する割合を設定することができる。また、ボイラ４０の運転が内燃機関１０ａ、１０ｂの運転の低下に比例して増加することが多いことに鑑みれば、特に魅力的である。これは、内燃機関１０ａ、１０ｂから十分な排熱が得られない場合には、特にボイラ４０が必要となることを説明したものである。このように、ボイラ４０は、結果として電気分解装置２０のより大きなまたは著しく高価な構成が必要とされることなく、電気分解ガスの供給を共有することができる。
【００４５】
変形実施形態は、破線で示された線２３ａによって示されている。電気分解ガスは、吸気管内に導入されるのではなく、ライン２３ａを介して直接燃焼室１１ａ内に導くことができる。これは、内燃機関１０ａ、１０ｂのシリンダカバーにその他の未使用のポートが設けられている場合に特に意味があり、これは、２つのポートの１つだけが燃料供給に使用されるデュアルフューエルエンジンの場合に当てはまり得る。そうでなければ、吸気管内への導入は、従来の燃焼室１１ａ、１１ｂの構造的な変更を必要としないという利点を有し得る。これにより、既存の一般的な船舶推進システムを安価にアップグレードすることができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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