(57)【要約】【課題】脱硝用還元剤としてアンモニアを生成する際に必要な電気エネルギーを低い消費エネルギーで供給する。【解決手段】水から水素を製造する水素製造部８１、及び、空気から窒素を製造する窒素製造部８３を有し、水素製造部８１によって製造された水素および窒素製造部８３によって製造された窒素からアンモニアを生成するアンモニア生成器２と、舶用推進用メインエンジン３の排ガス通路に設けられ、アンモニア生成器２によって生成されたアンモニアとともに排ガス脱硝を行うＳＣＲ触媒部４とを備えている。パワーマネジメントシステム７２は、メインエンジン３の排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を、メインエンジン３の負荷に基づいて制御する。パワーマネジメントシステム７２によって制御された電力の一部がアンモニア生成器２に供給される。【選択図】図１
2012047094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水から水素を製造する水素製造部、及び、空気から窒素を製造する窒素製造部を有し、前記水素製造部によって製造された水素および前記窒素製造部によって製造された窒素からアンモニアを生成するアンモニア生成器と、
舶用推進用のメインエンジンの排ガス通路に設けられ、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアとともに排ガス脱硝を行う脱硝触媒部と、
を備えた舶用脱硝システムにおいて、
前記メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を、前記メインエンジンの負荷に基づいて制御する発電出力制御部を備え、
該発電出力制御部によって制御された電力の少なくとも一部が前記アンモニア生成器に用いられることを特徴とする舶用脱硝システム。
【請求項２】
前記アンモニア生成器によって生成されるアンモニアの目標アンモニア生成量を、前記メインエンジンの負荷に応じて演算する目標アンモニア生成量演算手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の舶用脱硝システム。
【請求項３】
前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニア生成量を取得するアンモニア生成量取得手段を備え、
該アンモニア生成量取得手段によって取得された取得アンモニア生成量と、前記目標アンモニア生成量と、を用いて前記アンモニア生成器によるアンモニア生成量をフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の舶用脱硝システム。
【請求項４】
前記アンモニア生成量取得手段は、
前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニア流量を検出するアンモニア流量センサ、前記脱硝触媒部の上流側のアンモニア濃度を検出する上流側アンモニア濃度センサ、及び、前記脱硝触媒部の下流側のアンモニア濃度を検出する下流側アンモニア濃度センサ、のうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項３に記載の舶用脱硝システム。
【請求項５】
前記目標アンモニア生成量から、前記アンモニア生成器の必要電力を演算するアンモニア生成器必要電力演算手段と、
前記発電出力制御部は、前記アンモニア生成器必要電力演算手段によって得られた必要電力を用いて、発電出力をフィードフォワード制御することを特徴とする請求項２に記載の舶用脱硝システム。
【請求項６】
前記脱硝触媒部に導かれる排ガスを加熱する電気ヒータを備え、
前記発電出力制御部によって制御された電力の少なくとも一部が前記電気ヒータに用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項７】
前記メインエンジンの排気タービン過給機の回転出力を得て発電する過給機側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項８】
前記メインエンジンの排ガスを駆動源とするパワータービンによって発電するパワータービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項９】
前記メインエンジンの排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービンによって発電する蒸気タービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項１０】
前記メインエンジンの排ガスを駆動源とするパワータービン、及び、前記メインエンジンの排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービンによって発電する異種タービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項１１】
前記メインエンジン及び／または発電用エンジンのジャケットや空気冷却器の冷却水及び／または排ガスと熱交換した加熱水と熱交換され、蒸気化した熱媒体を駆動源とするタービンによって発電する熱媒体タービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項１２】
前記メインエンジンからの排ガスによって駆動される排気タービン過給機を備え、
該排気タービン過給機は、容量可変とされていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の舶用脱硝システム。
【請求項１３】
船舶推進用のメインエンジンと、
請求項１から１２のいずれかに記載の舶用脱硝システムと、
を備えていることを特徴とする船舶。
【請求項１４】
水から水素を製造する水素製造部、及び、空気から窒素を製造する窒素製造部を有し、前記水素製造部によって製造された水素および前記窒素製造部によって製造された窒素からアンモニアを生成するアンモニア生成器と、
舶用推進用のメインエンジンの排ガス通路に設けられ、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアとともに排ガス脱硝を行う脱硝触媒部と、
を備えた舶用脱硝システムを制御する舶用脱硝システムの制御方法において、
前記メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を、前記メインエンジンの負荷に基づいて制御するとともに、その発電出力の少なくとも一部を前記アンモニア生成器に供給することを特徴とする舶用脱硝システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディーゼルエンジンからの排ガスの脱硝に用いて好適な船舶に搭載される舶用脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに舶用脱硝システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶推進用のディーゼルエンジン（メインエンジン）から発生する窒素酸化物（NOx）を除去するために、船舶に脱硝装置が搭載される。
下記特許文献１には、脱硝触媒の還元剤として用いるアンモニアを船舶上にて生成可能とした発明が開示されている。アンモニアが船舶上で生成できるので、液体アンモニアを船舶へと運搬し、船舶内で貯蔵する必要がない。また、液体アンモニアは危険物として扱われるので、漏洩検知センサや二重配管といった特別な貯蔵設備を設ける必要があるが、船舶上にてアンモニアを必要量だけ生成すれば特別な貯蔵設備を設ける必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
船舶上でアンモニアを生成するには水電気分解や搬送ポンプ等を駆動するための電気エネルギーが必要とされる。上記特許文献１では、補機としてのディーゼルエンジン発電機からの電力を利用することが示されている。
しかし、一般的にディーゼルエンジン発電機はメインエンジンよりも熱効率が低いため、ディーゼルエンジン発電機から電力を得るのでは、アンモニアを生成するためにエネルギーを更に浪費することになり、省エネルギーの観点から好ましくない。
【０００５】
また、船舶のメインエンジンの負荷に応じて、排ガスの脱硝に要するアンモニア量は随時変化する。そこで、アンモニアを過不足なく必要量だけ生成する必要がある。さらに、アンモニア生成のための電力についても、必要アンモニア量の変化に応じて適切に供給する必要がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、脱硝用還元剤としてアンモニアを生成する際に必要な電気エネルギーを低い消費エネルギーで供給できる舶用脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに舶用脱硝システムの制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、脱硝に必要なアンモニアを過不足なく供給することができ、またアンモニア生成のため電力を適切に供給できる舶用脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに舶用脱硝システムの制御方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の舶用脱硝システムは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる舶用脱硝システムは、水から水素を製造する水素製造部、及び、空気から窒素を製造する窒素製造部を有し、前記水素製造部によって製造された水素および前記窒素製造部によって製造された窒素からアンモニアを生成するアンモニア生成器と、舶用推進用のメインエンジンの排ガス通路に設けられ、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアとともに排ガス脱硝を行う脱硝触媒部とを備えた舶用脱硝システムにおいて、前記メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を前記メインエンジンの負荷に基づいて制御する発電出力制御部を備え、該発電出力制御部によって制御された電力の少なくとも一部が前記アンモニア生成器に用いられることを特徴とする。
【０００８】
アンモニア生成器は、水から水素を製造する水素製造部と、空気から窒素を製造する窒素製造部とを有し、水素製造部および窒素製造によって製造された水素および窒素によってアンモニアを生成する。このように、水および空気を原料として船舶上にてアンモニアを生成できるので、液体アンモニア（例えばアンモニア水溶液）や尿素等の還元剤を貯蔵するスペースを船舶上に設ける必要がない。したがって、大きなスペースを確保することなく舶用脱硝システムを船舶内に設置することができる。
また、発電出力制御部は、メインエンジンの負荷に基づいてメインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を制御するので、メインエンジンの負荷に応じて排気エネルギーを発電出力として適切に回収することができる。そして、メインエンジンの排気エネルギーから回収された発電出力をアンモニア生成器に用いることとしたので、アンモニア生成器を少ない消費エネルギーで運転することができる。このように、メインエンジンの排気エネルギーを有効利用できるので、別途設けられたディーゼルエンジン発電機等の発電用補機の容量増大や増台を回避することができる。
【０００９】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記アンモニア生成器によって生成されるアンモニアの目標アンモニア生成量を、前記メインエンジンの負荷に応じて演算する目標アンモニア生成量演算手段を備えていることを特徴とする。
【００１０】
脱硝のために必要なアンモニア生成量はメインエンジンの負荷に応じて変化するので、アンモニアの生成量の目標値をメインエンジンの負荷に応じて演算することとした。これにより、メインエンジンの負荷に応じて適切な量のアンモニアが随時生成することができる。
【００１１】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニア生成量を検出するアンモニア生成量検出手段を備え、該アンモニア生成量検出手段によって検出された検出アンモニア生成量と、前記目標アンモニア生成量と、を用いて前記アンモニア生成器によるアンモニア生成量をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１２】
検出アンモニア生成量を用い、目標アンモニア生成量に一致するようにアンモニア生成量をフィードバック制御することとした。これにより、適切量のアンモニアを随時生成することができる。また、アンモニアを過剰に生成することがないので、無駄に電力を消費することがない。
【００１３】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記アンモニア生成量検出手段は、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニア流量を検出するアンモニア流量センサ、前記脱硝触媒部の上流側のアンモニア濃度を検出する上流側アンモニア濃度センサ、及び、前記脱硝触媒部の下流側のアンモニア濃度を検出する下流側アンモニア濃度センサ、のうちの少なくとも１つを備えていることを特徴とする。
【００１４】
アンモニア流量センサによって、生成されたアンモニア流量が得られる。上流側アンモニア濃度センサによって、脱硝触媒部に供給されるアンモニアの濃度が得られる。下流側アンモニア濃度センサによって、脱硝触媒部にて消費された後のアンモニアの濃度が得られる。これらのセンサを単独で、あるいはそれぞれを適宜組み合わせて用いることにより、アンモニア生成量を得ることができる。
【００１５】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記目標アンモニア生成量から、前記アンモニア生成器の必要電力を演算するアンモニア生成器必要電力演算手段と、前記発電出力制御部は、前記アンモニア生成器必要電力演算手段によって得られた必要電力を用いて、発電出力をフィードフォワード制御することを特徴とする。
【００１６】
目標アンモニア生成量からアンモニア生成器の必要電力を得ておき、この必要電力を満たすように発電出力をフィードフォワード制御するので、安定した電力供給が可能になる。
【００１７】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記脱硝触媒部に導かれる排ガスを加熱する電気ヒータを備え、前記発電出力制御部によって制御された電力の少なくとも一部が前記電気ヒータ用いられることを特徴とする。
【００１８】
脱硝触媒部として主に用いられている選択接触還元法（ＳＣＲ）のＳＣＲ触媒では、排ガス温度が低温になるほど被毒のおそれがある。そこで、電気ヒータによって排ガス温度を上昇させることにより、脱硝触媒部の被毒を防止することとした。
また、発電出力制御部によって制御された電力の少なくとも一部を電気ヒータに供給することにより、排ガスから熱回収して発電した電力を用いることとしたので、少ない消費エネルギーで電気ヒータを運転させることができる。
【００１９】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記メインエンジンの排気タービン過給機の回転出力を得て発電する過給機側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする。
【００２０】
メインエンジンの排気タービン過給機の回転出力を得て発電する過給機側発電機を備えた過給機として、ハイブリッド排気タービン過給機が知られている。この過給機側発電機をアンモニア生成器に対して電力供給する発電機として用いることとした。これにより、メインエンジンの排気エネルギーを有効に利用することができる。
【００２１】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記メインエンジンの排ガスを駆動源とするパワータービンによって発電するパワータービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする。
【００２２】
メインエンジンの排ガスを駆動源とするパワータービンによって発電するパワータービン側発電機の出力電力をアンモニア生成器に用いることとした。これにより、メインエンジンの排気エネルギーを有効に利用することができる。
【００２３】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記メインエンジンの排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービンによって発電する蒸気タービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする。
【００２４】
メインエンジンの排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービンによって発電する蒸気タービン側発電機の出力電力をアンモニア生成器に用いることとした。これにより、メインエンジンの排気エネルギーを有効に利用することができる。
【００２５】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記メインエンジンの排ガスを駆動源とするパワータービン、及び、前記メインエンジンの排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービンによって発電する異種タービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする。
【００２６】
異種タービン側発電機には、パワータービン及び蒸気タービンといった異なる種類（異種）のタービンが接続されている。この異種タービン側発電機を用いることにより、メインエンジンの排ガスを駆動源とするパワータービンに加えて、メインエンジンの排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービンをも用いて発電することとしたので、さらにメインエンジンの排気エネルギーを有効に利用することができる。
【００２７】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記メインエンジンのジャケットや空気冷却器の冷却水及び／または排ガスと熱交換した加熱水と熱交換され、蒸気化した熱媒体を駆動源とするタービンによって発電する熱媒体タービン側発電機を、前記発電機として用いることを特徴とする。
前記熱媒体は、水よりも沸点の低い代替フロン（例えばＲ−２４５ｆａ、Ｒ−１３４ａなど）や、ペンタン、ブタンなどの有機熱媒体を使ったシステムが一般的に知られており、ランキンサイクルと呼ばれている。
【００２８】
さらに、本発明の舶用脱硝システムによれば、前記メインエンジンからの排ガスによって駆動される排気タービン過給機を備え、該排気タービン過給機は、容量可変とされていることを特徴とする。
【００２９】
容量可変式の過給機を用いることにより、掃気圧力に応じた適切な条件（例えば燃料消費率が最適な条件）で運転させることができる。また、排ガスのNOx規制が厳格とされている海域（排ガス規制海域（ECA；Emission Control Area））の外を航行する際にはアンモニア生成器にて消費する電力が不要となるので、必要電力を低減して燃料消費率が最適となる条件を選択して運転することができる。
容量可変とされた排気タービン過給機としては、例えば、VG（Variable Geometry）ターボ等の可変ノズル過給機、固定タービンノズルに導かれる排ガス流路面積を切り替える形式の過給機、或いは、容量の異なる複数台の過給機を備え、運転台数が可変とされた過給機システムが挙げられる。
【００３０】
また、本発明の船舶は、船舶推進用のメインエンジンと、上記のいずれかに記載の舶用脱硝システムとを備えていることを特徴とする。
【００３１】
上記の舶用脱硝システムを備えているので、脱硝用還元剤としてアンモニアを生成する際に必要な電気エネルギーを低い消費エネルギーで供給できる船舶を提供することができる。
【００３２】
また、本発明の舶用脱硝システムの制御方法は、水から水素を製造する水素製造部、及び、空気から窒素を製造する窒素製造部を有し、前記水素製造部によって製造された水素および前記窒素製造部によって製造された窒素からアンモニアを生成するアンモニア生成器と、舶用推進用のメインエンジンの排ガス通路に設けられ、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアとともに排ガス脱硝を行う脱硝触媒部とを備えた舶用脱硝システムを制御する舶用脱硝システムの制御方法において、前記メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を、前記メインエンジンの負荷に基づいて制御するとともに、その発電出力の少なくとも一部を前記アンモニア生成器に供給することを特徴とする。
【００３３】
アンモニア生成器は、水から水素を製造する水素製造部と、空気から窒素を製造する窒素製造部とを有し、水素製造部および窒素製造によって製造された水素および窒素によってアンモニアを生成する。このように、水および空気を原料として船舶上にてアンモニアを生成できるので、液体アンモニア（例えばアンモニア水溶液）や尿素等の還元剤を貯蔵するスペースを船舶上に設ける必要がない。したがって、大きなスペースを確保することなく舶用脱硝システムを船舶内に設置することができる。
また、メインエンジンの負荷に基づいてメインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力を制御するので、メインエンジンの負荷に応じて排気エネルギーを発電出力として適切に回収することができる。そして、メインエンジンの排気エネルギーから回収された発電出力をアンモニア生成器に用いることとしたので、アンモニア生成器を少ない消費エネルギーで運転することができる。このように、メインエンジンの排気エネルギーを有効利用できるので、別途設けられたディーゼルエンジン発電機等の発電用補機の容量増大や増台を回避することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、脱硝用還元剤としてアンモニアを生成する際に必要な電気エネルギーを低い消費エネルギーで供給できる。
本発明によれば、脱硝に必要なアンモニアを過不足なく供給することができ、またアンモニア生成のため電力を適切に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる舶用脱硝システムが設けられたメインエンジンまわりを示した概略構成図である。
【図２】図１に示したアンモニア生成器の概略を示した概略構成図である。
【図３】図１の舶用脱硝システムを制御する制御部を示したブロック図である。
【図４】メインエンジンの負荷に対するアンモニア生成量を示したグラフである。
【図５】第１実施形態におけるメインエンジンの負荷に対する発電量を示したマップである。
【図６】アンモニア生成量のフィードバック制御を示したブロック図である。
【図７】発電量のフィードフォワード制御を示したブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかる舶用脱硝システムが設けられたメインエンジンまわりを示した概略構成図である。
【図９】図８の舶用脱硝システムを制御する制御部を示したブロック図である。
【図１０】第２実施形態におけるメインエンジンの負荷に対する発電量を示したマップである。
【図１１】本発明の第３実施形態にかかる舶用脱硝システムが設けられたメインエンジンまわりを示した概略構成図である。
【図１２】図１１の舶用脱硝システムを制御する制御部を示したブロック図である。
【図１３】第３実施形態におけるメインエンジンの負荷に対する発電量を示したマップである。
【図１４】本発明の第４実施形態にかかる舶用脱硝システムが設けられたメインエンジンまわりを示した概略構成図である。
【図１５】図１４の舶用脱硝システムを制御する制御部を示したブロック図である。
【図１６】第４実施形態におけるメインエンジンの負荷に対する発電量を示したマップである。
【図１７】本発明の第５実施形態にかかる舶用脱硝システムを示した概略構成図である。
【図１８】図１７の舶用脱硝システムを制御する制御部を示したブロック図である。
【図１９】第５実施形態におけるメインエンジンの負荷に対する発電量を示したマップである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる舶用脱硝システム１が設けられたメインエンジン３まわりの概略構成が示されている。
船舶内には、船舶推進用のメインエンジン（例えばディーゼルエンジン）３と、メインエンジン３からの排ガスを脱硝するための脱硝装置１と、メインエンジン３の排ガスによって駆動されるハイブリッド排気タービン過給機５と、メインエンジン３の排ガスによって蒸気を生成する排ガスエコノマイザ（排ガスボイラ）１１とを備えている。
【００３７】
メインエンジン３からの出力は、プロペラ軸を介してスクリュープロペラに直接的または間接的に接続されている。また、メインエンジン３の各気筒のシリンダ部１３の排気ポートは排ガス集合管としての排気マニホールド１５に接続されている。排気マニホールド１５は、第１排気管Ｌ１を介してハイブリッド排気タービン過給機５のタービン部５ａの入口側と接続されている。
【００３８】
一方、各シリンダ部１３の給気ポートは給気マニホールド１７に接続されており、給気マニホールド１７は、給気管Ｋ１を介してハイブリッド排気タービン過給機５のコンプレッサ部５ｂと接続している。また、給気管Ｋ１には空気冷却器（インタークーラ）１８が設置されている。
【００３９】
ハイブリッド排気タービン過給機５は、タービン部５ａと、コンプレッサ部５ｂと、ハイブリッド発電機モータ（過給機側発電機）５ｃとを備えている。タービン部５ａ、コンプレッサ部５ｂ及びハイブリッド発電機モータ５ｃは、回転軸５ｄによって同軸にて連結されている。
ハイブリッド発電機モータ５ｃは、タービン部５ａによって得られる回転出力を得て発電する一方で、船内系統３０から電力を得てコンプレッサ部５ｂの回転を加勢する。ハイブリッド発電機モータ５ｃと船内系統３０との間には、ハイブリッド発電機モータ５ｃ側から順に、交流電力を直流電力に変換するコンバータ１９と、直流電力を交流電力に変換するインバータ２０と、開閉スイッチ２１とが設けられている。
ハイブリッド発電機モータ５ｃによって発電された電力は、後述するように、アンモニア生成器２へと供給される。
なお、ハイブリッド発電機モータ５ｃによって発電された電力は、コンバータ１９により直流電力に変換された後、インバータ２０を通さずにアンモニア生成器２に直接供給することも可能である。
【００４０】
第１排気管Ｌ１と、ハイブリッド排気タービン過給機５のタービン部５ａの出口側に接続された第２排気管Ｌ２との間には、ハイブリッド排気タービン過給機５をバイパスするようにバイパス管Ｌ１’が設けられている。このバイパス管Ｌ１’には、排気ガスバイパス制御弁Ｖ１と、オリフィス１４とが設けられている。
排気ガスバイパス制御弁Ｖ１は、ハイブリッド排気タービン過給機５へ導かれる排気ガスの流量を制御する。すなわち、排気ガスバイパス制御弁Ｖ１が全閉状態の場合には、排気管Ｌ１から導かれる排気ガスの全流量は、ハイブリッド排気タービン過給機５へと供給される。排気ガスバイパス制御弁Ｖ１の開度が増加するにつれて、排気管Ｌ１からバイパス管Ｌ１’へと導かれる排気ガスの流量が増加する。このように、排気ガスバイパス制御弁Ｖ１によって、ハイブリッド排気タービン過給機５へと導かれる排気ガスの流量が制御される。排気ガスバイパス制御弁Ｖ１の開度は、図示しない制御部により制御される。
【００４１】
オリフィス１４は、排気ガスバイパス制御弁Ｖ１の下流側に位置し、排気ガスバイパス制御弁Ｖ１が全開状態の場合に、バイパス管Ｌ１’に排気ガスが多量に導かれるのを防止して、ハイブリッド排気タービン過給機５に排気ガスが供給されるようにするものである。
なお、本実施形態では、オリフィス１４を設けることとして説明したが、オリフィス１４を設けなくても良い。
【００４２】
船内系統３０には、発電機６２を備えた第１発電用ディーゼルエンジン６１、発電機６４を備えた第２発電用ディーゼルエンジン６３が並列に接続されている。
船内系統３０は、アンモニア生成器２および後述する電気ヒータ７３に接続されており、これらアンモニア生成器２および電気ヒータ７３に電力が供給されるようになっている。
【００４３】
排ガスエコノマイザ１１は、第２排気管Ｌ２に接続されており、メインエンジン３から排出される排ガスと、給水管２３によって供給された水とを熱交換させて蒸気を発生させる。排ガスエコノマイザ１１の上流側には、排ガスの流出入を制御する排ガスエコノマイザ用開閉弁２２が設けられている。排ガスエコノマイザ用開閉弁２２の切替タイミングは、図示しない制御部によって決定される。
【００４４】
舶用脱硝システム１は、アンモニア生成器２と、選択接触還元法（SCR；Selective Catalytic Reduction）に用いられるＳＣＲ触媒部４とを備えている。アンモニア生成器２及びＳＣＲ触媒部４は、第２排気管Ｌ２に接続されており、排ガス流れの上流側にアンモニア生成器２が配置され、下流側にＳＣＲ触媒部４が配置されている。
図２に示されているように、アンモニア生成器２は、水から水素を製造する水素製造部８１と、空気から窒素を製造する窒素製造部８３と、水素および窒素からアンモニアを生成するアンモニア生成部８０とを備えている。
水素製造部８１に用いられる水は、船舶に搭載された造水機８５によって海水から製造された真水を、更に、船舶に搭載された純水製造機８７によって製造された純水が用いられる。水素製造部８１には、電解質としてイオン交換膜を用いて純水を電気分解する固体高分子電解質膜法が用いられる。水素製造部８１から発生した水素は、水素ドライヤー（図示せず）で脱湿された後、アンモニア生成部８０へと送られる。
窒素製造部８３では、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法等によって空気から窒素が得られる。窒素製造部８３で得られた窒素は、アンモニア生成部８０へと送られる。
アンモニア生成部８０では、水素と窒素とが混合加熱され、ルテニウム触媒等の反応触媒の下でアンモニアが生成される。
【００４５】
アンモニア生成器２では、水素製造部８１の電気分解等のように電力を消費するため、この電力として、上述したハイブリッド発電機モータ５ｃからの電力が利用される。
アンモニア生成器２にて生成されたアンモニア（ガス）は、図１に示すように、アンモニア生成器用開閉弁２４を介して、第２排気管Ｌ２に直接供給される。このように、生成されたアンモニアは、途中で貯留されることなく排ガス中に供給されるようになっている。アンモニア生成器用開閉弁２４の切替タイミングは、図示しない制御部によって決定される。
アンモニア生成器用開閉弁２４の下流側には、アンモニア量を計測するための流量センサＳ１が設けられている。
【００４６】
ＳＣＲ触媒部４には、ＳＣＲ用開閉弁２６を介して第２排気管Ｌ２から排ガスが導入されるようになっている。ＳＣＲ用開閉弁２６の切替タイミングは、図示しない制御部によって決定される。ＳＣＲ触媒部４では、排ガス中のNOxが触媒により選択的に還元され、無害な窒素と水蒸気に分解される。
ＳＣＲ触媒部４の上流側には、導入される排ガスを加熱するための電気ヒータ７３が設けられている。
【００４７】
電気ヒータ７３とＳＣＲ触媒部４との間には、アンモニア濃度を計測する上流側濃度センサＳ２が設けられており、さらに、ＳＣＲ触媒部４の下流側にも、アンモニア濃度を計測する下流側濃度センサＳ３が設けられている。なお、これら濃度センサＳ２，Ｓ３および上述した流量センサＳ１は、いずれか１つを用いても良いし、これらを適宜組み合わせて用いても良い。
【００４８】
ＳＣＲ用開閉弁２６と排ガスエコノマイザ用開閉弁２２とは、択一的に選択されて開閉が行われる。すなわち、排ガスのNOx規制が厳格とされている海域（排ガス規制海域（Emission Control Area；以下「ECA」という。）を航行する際のように排ガス脱硝が必要な場合は、ＳＣＲ用開閉弁２６を開き、排ガスエコノマイザ用開閉弁２２を閉じる。一方、排ガスのNOx規制が比較的緩やかな海域（ECA外）を航行する際のように排ガス脱硝を行わない場合は、ＳＣＲ用開閉弁２６を閉じ、排ガスエコノマイザ用開閉弁２２を開ける。
なお、ＳＣＲ用開閉弁２６及び排ガスエコノマイザ用開閉弁２２は、１つの三方弁で代用することも可能である。
【００４９】
図３には、船舶全体を制御する制御部が上述の舶用脱硝システム１を制御する際のブロック図が示されている。制御部は、エンジンメインコントローラ７０と、パワーマネジメントシステム（発電出力制御部；以下「ＰＭＳ」という。）７２とを備えている。
【００５０】
エンジンメインコントローラ７０は、メインエンジン３を制御する。エンジンメインコントローラ７０には、エンジン負荷検出手段７４からのエンジン負荷信号ＬＩと、メインエンジン３の回転数を検出する回転数検出手段７６からのエンジン回転数Ｎと、メインエンジン３の排気マニホールド１５内の掃気圧力を検出する掃気圧力検出手段７８からの掃気圧力Ｐとが入力される。
エンジンメインコントローラ７０は、これら入力信号に基づいて所定の演算を行い、排ガスの脱硝に必要な目標アンモニア生成量を決定する。すなわち、エンジンメインコントローラ７０は、目標アンモニア生成量演算手段としても機能する。目標アンモニア生成量の演算には、図４に示したグラフが用いられる。エンジンメインコントローラ７０の記憶部には、このグラフの関係式または数値化したデータベースが格納されている。図４において、横軸はエンジン負荷信号ＬＩから得られるエンジン負荷（％）、縦軸はアンモニア生成量（Ｎｍ３／ｈ）である。同図に示されているように、アンモニア生成量は、エンジン負荷に応じて単調に増加する。なお、このグラフは一例であって、メインエンジンの特性に応じて適宜決定される。エンジンメインコントローラ７０は、エンジン負荷検出手段７４から得られたエンジン負荷信号ＬＩから、同図のグラフに基づいて目標アンモニア生成量を決定する。このように決定された目標アンモニア生成量は、アンモニア生成器２へと送信される。
また、エンジンメインコントローラ７０は、掃気圧力Ｐに基づいて、バイパス制御弁Ｖ１の開度を制御する。このバイパス排気管Ｖ１の開度制御によって、排気マニホールド１５内の圧力を所定値以下に保つ。
【００５１】
ＰＭＳ７２は、船内電力の制御を行う。ＰＭＳ７２には、エンジンメインコントローラ７０からエンジン負荷信号Ｌ１と、船内電力周波数ｆが入力される。ＰＭＳ７２は、これら入力信号に基づいて所定の演算を行い、ハイブリッド排気タービン過給機５の発電量を決定する。このハイブリッド排気タービン過給機５の発電量の演算には、図５に示したマップが用いられる。ＰＭＳ７２の記憶部には、このマップの関係式または数値化したデータベースが格納されている。
図５において、横軸はエンジン負荷信号ＬＩから得られるエンジン負荷（％）、縦軸は総発電量（ｋＷ）である。同図において、「ＤＧ１」は第１発電用ディーゼルエンジン６１の発電機６２を示し、「ＤＧ２」は第２発電用ディーゼルエンジン６３の発電機６４を示し、「Hybrid T/C」はハイブリッド排気タービン過給機５の発電機５ｃを示す。同図に示されているように、エンジン負荷が低い場合は第１及び第２発電用ディーゼルエンジン６１，６３のみによって発電し、エンジン負荷が所定値を超えるとハイブリッド排気タービン過給機５による発電が開始され、徐々にその発電量が増大される。これは、メインエンジン負荷が所定値を超えないと、排熱回収できる程度にエンジンの排気エネルギーが大きくならないからである。なお、このマップは一例であって、船内の発電システムに応じて適宜決定される。
発電量は、船内電力周波数ｆが所定値にて一定となるように制御される。すなわち、船内電力周波数ｆが所定値から低下すると船内需要電力が増加したと判断し、発電量を増大させ、船内電力周波数ｆが所定値から増大すると船内需要電力が低下したと判断し、発電量を減少させる。このように、エンジン負荷と発電量が決まると、ハイブリッド排気タービン過給機５の発電量が同図のマップから決定される。このように決定された発電量は、目標発電量としてハイブリッド排気タービン過給機５へと送信され、インバータ２０が制御される。
【００５２】
図６には、ＰＭＳ７２から送信された目標アンモニア生成量を用いてアンモニア生成器２によって生成されるアンモニア生成量をフィードバック制御するブロック図が示されている。同図に示されているように、センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３によってアンモニア生成器２から生成されたアンモニア生成量を検出する。例えば、流量センサＳ１ではアンモニアの流量が得られ、アンモニア生成時の濃度が別途既知であればアンモニア生成量を得ることができる。上流側流量センサＳ２ではＳＣＲ触媒部４に流入する前のアンモニア濃度が得られる。下流側流量センサＳ３ではＳＣＲ触媒部４によって消費されなかった未使用のアンモニア濃度が得られる。
各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３によって得られた計測値を、目標アンモニア生成量と比較し、フィードバック制御を行う。すなわち、流量センサＳ１によって得られた流量が、目標アンモニア生成量に対応する流量に一致するようにフィードバック制御が行われる。あるいは、上流側濃度センサＳ２によって得られた濃度が、目標アンモニア生成量に対応する濃度に一致するようにフィードバック制御が行われる。あるいは、下流側濃度センサＳ３によって得られた濃度が、目標アンモニア生成量に対応するアンモニア残存濃度（例えば０に近い所定値以下）に一致するようにフィードバック制御が行われる。
【００５３】
次に、上記構成の舶用脱硝システムの制御方法について説明する。
メインエンジン３から排出された排ガスは、排気マニホールド１５から第１排気管Ｌ１を介してハイブリッド排気タービン過給機５のタービン部５ａへと導かれる。タービン部５ａは、排ガスエネルギーを得て回転させられ、その回転出力を回転軸５ｄを介してコンプレッサ部５ｂ及びハイブリッド発電機モータ５ｃへと伝達する。コンプレッサ部５ｂでは、吸入した空気（外気）を圧縮して空気冷却器１８を介して給気マニホールド１７へと送る。
ハイブリッド発電機モータ５ｃでは、タービン部５ａから得た回転出力によって発電し、その発電出力を船内系統３０へと供給する。供給されたハイブリッド発電機モータ５ｃからの電力は、アンモニア生成器２へと送られ、水素製造部８１の電気分解や、中間生成ガスおよび生成されたアンモニアを搬送する搬送ポンプ等に用いられる。また、発電用ディーゼルエンジン６１，６３にて発電された電力も同様に船内系統３０に供給される。
アンモニア生成器２では、ハイブリッド発電機モータ５ｃからの電力を用いて、水素製造部８１にて製造された水素と窒素製造部８３にて製造された窒素とからアンモニアが生成される。
【００５４】
ECA内を航行する場合には、排ガス脱硝を行う。この場合、排ガスエコノマイザ用開閉弁２２を閉とし、アンモニア生成器用開閉弁２４及びＳＣＲ用開閉弁２６を開とする。
ハイブリッド排気タービン過給機５のタービン部５ａから排出された排ガスは、第２排気管Ｌ２を通り、アンモニア生成器２から供給されるアンモニア（ガス）と混合される。アンモニアと混合された排ガスは、ＳＣＲ用開閉弁２６を介してＳＣＲ触媒部４へと導かれる。ＳＣＲ触媒部４へ導かれる前に、排ガス温度が所定値未満の場合には図示しない制御部によって電気ヒータ７３が起動され、排ガスが加熱される。一方、排ガス温度が所定値以上の場合には、図示しない制御部によって電気ヒータ７３が停止される。電気ヒータ７３を通過した排ガスは、ＳＣＲ触媒部４にて脱硝された後、図示しない煙突から外部へと排出される。
【００５５】
ECA外を航行する場合には、排ガス脱硝を行わない。この場合、排ガスエコノマイザ用開閉弁２２を開とし、アンモニア生成器用開閉弁２４及びＳＣＲ用開閉弁２６を閉とする。
ハイブリッド排気タービン過給機５のタービン部５ａから排出された排ガスは、第２排気管Ｌ２を通り、排ガスエコノマイザ用開閉弁２２を介して、排ガスエコノマイザ１１へと導かれる。排ガスエコノマイザ１１では、給水管２３から供給される水が排ガスによって加熱されて蒸気が生成される。生成された蒸気は、船内の各所にて使用される。排ガスエコノマイザ１１から排出された排ガスは、図示しない煙突から外部へと排出される。
【００５６】
上述の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
アンモニア生成器２により、水および空気を原料として船舶上にてアンモニアを生成できるので、液体アンモニア（例えばアンモニア水溶液）や尿素等の還元剤を貯蔵するスペースを船舶上に設ける必要がない。したがって、大きなスペースを確保することなく舶用脱硝システムを船舶内に設置することができる。
【００５７】
メインエンジン３の排気ガスによって発電するハイブリッド排気タービン過給機５のハイブリッド発電機モータ５ｃの発電出力がアンモニア生成器２に対して供給されるので、アンモニア生成器２を少ない消費エネルギーで運転することができる。また、メインエンジン３の排気エネルギーを有効利用できるので、別途設けられたディーゼルエンジン発電機等の発電用補機の容量増大や増台を回避することができる。
【００５８】
また、エンジンメインコントローラ７０にて、メインエンジン３の負荷に基づいて排ガス脱硝に必要な目標アンモニア生成量を演算し（図４参照）、この目標アンモニア生成量となるようにアンモニア生成器２をフィードバック制御することとしたので、メインエンジン３の負荷に応じて適切な量のアンモニアが随時生成することができる。したがって、アンモニアを過剰に生成することがないので、無駄に電力を消費することがない。
【００５９】
また、ＰＭＳ７２にて、メインエンジン３の負荷に基づいてハイブリッド発電機モータ５ｃの発電出力を制御することとしたので、メインエンジン３の負荷に応じて排気エネルギーを発電出力として適切に回収することができる。
【００６０】
電気ヒータ７３によってＳＣＲ触媒部４に流入する排ガス温度を上昇させることができるので、ＳＣＲ触媒の被毒を防止することができる。さらに、電気ヒータ７３には、メインエンジン３の排ガスから熱回収して発電した電力が用いられるので、省エネルギーにて電力を供給することができる。
【００６１】
［第１実施形態の変形例］
ＰＭＳ７２における発電出力の制御は、図３に示したように船内電力周波数ｆを一定に維持するように制御することとしたが、以下のようにフィードフォワード制御を加えることとしても良い。
図７に示すように、ＰＭＳ７２に対してエンジンメインコントローラ７０から出力される目標アンモニア生成量が入力される。ＰＭＳ７２にて、この目標アンモニア生成量に対応した必要電力を演算する。そして、得られた必要電力を加算した発電量を用いて、図５からハイブリッド排気タービン過給機５にて発電する発電量を求め、このように得られた目標発電量をハイブリッド排気タービン過給機５へ送信する。このように目標アンモニア生成量に基づいて発電量をフィードフォワード制御することにより、安定した電力供給が可能となる。
【００６２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図８乃至図１０を用いて説明する。上述した第１実施形態では、ハイブリッド排気タービン過給機５（図１参照）からの発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成としたのに対して、本実施形態では、パワータービン（ガスタービン）からの発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成とした点が異なる。したがって、その他の共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
第１実施形態のハイブリッド排気タービン過給機５（図１参照）に代えて、図８に示すように、排気タービン過給機５’が設けられている。排ガスによって駆動されるタービン部５ａ及び空気を圧縮するコンプレッサ部５ｂについては第１実施形態と同様である。
【００６４】
排気マニホールド１５には、第３排気管Ｌ３が接続されており、この第３排気管Ｌ３を介してパワータービン７の入口側へとメインエンジン３の排ガスが導かれる。このように、メインエンジン３の排ガスの一部が、排気タービン過給機５’に供給される前に抽ガスされてパワータービン７に供給されるようになっている。この抽ガスされた排ガスによって、パワータービン７が回転駆動される。
パワータービン７の出口側から排出された排ガスは、第４排気管Ｌ４を介して、第２排気管Ｌ２へと導かれるようになっている。
【００６５】
パワータービン７からの回転出力は、回転軸３２を介して、パワータービン側発電機３３に伝達されるようになっている。パワータービン側発電機３３にて発電された出力は、周波数変換器３５及び開閉スイッチ３６を介して船内系統３０へと供給されるようになっている。これにより、パワータービン側発電機３３の出力電力がアンモニア生成器２へと供給される。
パワータービン側発電機３３と周波数変換器３５との間には、ロードバンク４４が設けられている。ロードバンク４４としては、負荷抵抗装置が用いられ、パワータービン側発電機３３からの余剰電力を消費し、出力変動を低減するために用いられる。
【００６６】
また、第３排気管Ｌ３には、パワータービン７に導入するガス量を制御する排ガス量調整弁３７が設けられている。また、排ガス量調整弁３７が遮断したときに、排気タービン過給機５’のタービン部５ａへの過過給（エンジンの最適運転圧力を超えての過給）を防止するためにバイパス弁４０及びオリフィス４２が、第３排気管Ｌ３と第４排気管Ｌ４との間に設けられている。
【００６７】
上記構成では、排気マニホールド１５内の圧力を所定値以下に保つために、図９に示すように、エンジンメインコントローラ７０によってバイパス弁４０の開度が制御される。
【００６８】
図１０（第１実施形態の図５に対応）に示すように、パワータービン７を用いて排熱回収しパワータービン側発電機３３（Ｐ／Ｔ）にて発電する本実施形態では、メインエンジン３の負荷が所定値以上になった場合にパワータービン７による発電が開始され、徐々にその発電量が増大される。これは、メインエンジン負荷が所定値を超えないと、排熱回収できる程度にエンジンの排気エネルギーが大きくならないからである。なお、このマップは一例であって、船内の発電システムに応じて適宜決定される。
図１０に基づいて得られたパワータービン側発電機３３の目標発電量は、図９に示すように、排ガス量調整弁３７の開度によって制御される。
【００６９】
本実施形態によれば、第１実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。
メインエンジン３の排ガスを駆動源とするパワータービン７によって発電するパワータービン側発電機３３の出力電力を、船内系統３０を介してアンモニア生成器２に用いることとしたので、メインエンジン３の排気エネルギーを有効に利用することができる。
なお、本実施形態も第１実施形態と同様に、図７に示した発電量のフィードフォワード制御を行うこととしても良い。
【００７０】
また、排気タービン過給機５’に代えて、容量可変式の過給機を用いても良い。容量可変式の過給機としては、例えば、VG（Variable Geometry）ターボ等の可変ノズル過給機、固定タービンノズルに導かれる排ガス流路面積を切り替える形式の過給機、或いは、容量の異なる複数台の過給機を備え、運転台数が可変とされた過給機システムが挙げられる。容量可変式の過給機を用いることにより、排気マニホールド１５内の掃気圧力に応じた適切な条件（例えば燃料消費率が最適な条件）で運転させることができる。これは、排気量調整弁３７やバイパス弁４０の開度に応じて掃気圧力が変化する際に特に有効である。また、ECA外を航行する際にはアンモニア生成器２にて消費する電力が不要となるので、必要電力を低減して燃料消費率が最適となる条件を選択して運転することができる。
【００７１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図１１乃至図１３を用いて説明する。上述した第１実施形態では、ハイブリッド排気タービン過給機５（図１参照）からの発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成としたのに対して、本実施形態では、蒸気タービンからの発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成とした点が異なる。したがって、その他の共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
第１実施形態のハイブリッド排気タービン過給機５（図１参照）に代えて、図１１に示すように、排気タービン過給機５’が設けられている。排ガスによって駆動されるタービン部５ａ及び空気を圧縮するコンプレッサ部５ｂについては第１実施形態と同様である。
【００７３】
図１１に示すように、蒸気タービン９は、排ガスエコノマイザ１１によって生成された蒸気が第１蒸気管Ｊ１を介して供給されて回転駆動されるようになっている。
排ガスエコノマイザ１１には、排気タービン過給機５’のタービン部５ａの出口側から第２排気管Ｌ２を介して排出される排ガスが導入されるようになっている。排ガスエコノマイザ１１で生成された蒸気は第１蒸気管Ｊ１を介して蒸気タービン９に導入される。蒸気タービン９で仕事を終えた蒸気は、第２蒸気管Ｊ２によって排出されて図示しないコンデンサ（復水器）に導かれるようになっている。
【００７４】
蒸気タービン９からの回転出力は、回転軸５２を介して、蒸気タービン側発電機４９に伝達されるようになっている。蒸気タービン側発電機４９にて発電された出力は、周波数変換器３５及び開閉スイッチ３６を介して船内系統３０へと供給されるようになっている。これにより、蒸気タービン側発電機４９の出力電力がアンモニア生成器２へと供給される。
【００７５】
第１蒸気管Ｊ１には、蒸気タービン９に導入する蒸気量を制御する蒸気量調整弁５４と、非常時に蒸気タービン９への蒸気の供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁５５とが設置されている。また、第１蒸気管Ｊ１と第２蒸気管Ｊ２との間には、蒸気タービン９をバイパスする蒸気流量を調整するための蒸気バイパス弁５７が設けられている。
【００７６】
図１３（第１実施形態の図５に対応）に示すように、蒸気タービン９を用いて排熱回収し蒸気タービン側発電機４９（Ｓ／Ｔ）にて発電する本実施形態では、メインエンジン３の負荷が所定値以上になった場合に蒸気タービン９による発電が開始され、徐々にその発電量が増大される。これは、メインエンジン負荷が所定値を超えないと、排熱回収できる程度にエンジンの排気エネルギーが大きくならないからである。なお、このマップは一例であって、船内の発電システムに応じて適宜決定される。
図１３に基づいて得られた蒸気タービン側発電機４９の目標発電量は、図１２に示すように、蒸気量調整弁５４の開度によって制御される。
【００７７】
本実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。
メインエンジン３の排ガスを用いた排ガスエコノマイザ１１によって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービン９をも用いて発電することとしたので、さらにメインエンジン３の排気エネルギーを有効に利用することができる。
なお、本実施形態も第１実施形態と同様に、図７に示した発電量のフィードフォワード制御を行うこととしても良い。
【００７８】
また、排気タービン過給機５’に代えて、容量可変式の過給機を用いても良い。容量可変式の過給機としては、例えば、VG（Variable Geometry）ターボ等の可変ノズル過給機、固定タービンノズルに導かれる排ガス流路面積を切り替える形式の過給機、或いは、容量の異なる複数台の過給機を備え、運転台数が可変とされた過給機システムが挙げられる。容量可変式の過給機を用いることにより、排気マニホールド１５内の掃気圧力に応じた適切な条件（例えば燃料消費率が最適な条件）で運転させることができる。これにより、ECA外を航行する際にはアンモニア生成器２にて消費する電力が不要となるので、必要電力を低減して燃料消費率が最適となる条件を選択して運転することが可能となる。
【００７９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図１４乃至図１６を用いて説明する。上述した第２実施形態では、パワータービン７（図８参照）から得られた発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成としたのに対して、本実施形態では、パワータービン及び蒸気タービンからの発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成とした点が異なる。したがって、その他の共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
図１４に示すように、蒸気タービン９は、排ガスエコノマイザ１１によって生成された蒸気が第１蒸気管Ｊ１を介して供給されて回転駆動されるようになっている。
排ガスエコノマイザ１１には、排気タービン過給機５’のタービン部５ａの出口側から第２排気管Ｌ２を介して排出される排ガスと、パワータービン７の出口側から第４排気管Ｌ４を介して排出される排ガスとが、導入されるようになっている。排ガスエコノマイザ１１で生成された蒸気は第１蒸気管Ｊ１を介して蒸気タービン９に導入される。蒸気タービン９で仕事を終えた蒸気は、第２蒸気管Ｊ２によって排出されて図示しないコンデンサ（復水器）に導かれるようになっている。
【００８１】
パワータービン７と蒸気タービン９とは直列に結合されて異種タービン側発電機５０を駆動するようになっている。すなわち、発電機５０には、パワータービン７及び蒸気タービン９といった異なる種類（異種）のタービンが同軸上に接続されている。異種タービン側発電機５０にて発電された出力は、周波数変換器３５及び開閉スイッチ３６を介して船内系統３０へと供給されるようになっている。これにより、異種タービン側発電機５０の出力電力がアンモニア生成器２へと供給される。
【００８２】
蒸気タービン９の回転軸５２は図示しない減速機およびカップリングを介して異種タービン側発電機５０に接続され、また、パワータービン７の回転軸３２は図示しない減速機およびクラッチ５３を介して蒸気タービン９の回転軸５２と連結されている。クラッチ５３としては、所定の回転数にて嵌脱されるクラッチが用いられ、例えばSSS（Synchro-Self-Shifting）クラッチが好適に用いられる。
【００８３】
第１蒸気管Ｊ１には、蒸気タービン９に導入する蒸気量を制御する蒸気量調整弁５４と、非常時に蒸気タービン９への蒸気の供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁５５とが設置されている。また、第１蒸気管Ｊ１と第２蒸気管Ｊ２との間には、蒸気タービン９をバイパスする蒸気流量を調整するための蒸気バイパス弁５７が設けられている。
【００８４】
上記構成では、排気マニホールド１５内の圧力を所定値以下に保つために、図１５に示すように、エンジンメインコントローラ７０によってバイパス弁４０の開度が制御される。
【００８５】
図１６（第１実施形態の図５に対応）に示すように、パワータービン７及び蒸気タービン９を用いて排熱回収し異種タービン側発電機５０にて発電する本実施形態では、メインエンジン３の負荷が所定値以上になった場合に蒸気タービン９による発電が開始され、さらにメインエンジン３の負荷が上昇した場合にパワータービン７による発電が開始され、徐々にそれらの発電量が増大される。これは、メインエンジン負荷が所定値を超えないと、排熱回収できる程度にエンジンの排気エネルギーが大きくならないからである。なお、このマップは一例であって、船内の発電システムに応じて適宜決定される。
図１６に基づいて得られた異種タービン側発電機５０の目標発電量は、図１５に示すように、排ガス量調整弁３７及び蒸気量調整弁５４の開度によって制御される。
【００８６】
本実施形態によれば、第１実施形態および第２実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。
メインエンジン３の排ガスを駆動源とするパワータービン７に加えて、メインエンジン３の排ガスを用いた排ガスエコノマイザ１１によって生成された蒸気を駆動源とする蒸気タービン９をも用いて発電することとしたので、さらにメインエンジン３の排気エネルギーを有効に利用することができる。
なお、本実施形態も第１実施形態と同様に、図７に示した発電量のフィードフォワード制御を行うこととしても良い。
【００８７】
また、排気タービン過給機５’に代えて、容量可変式の過給機を用いても良い。容量可変式の過給機としては、例えば、VG（Variable Geometry）ターボ等の可変ノズル過給機、固定タービンノズルに導かれる排ガス流路面積を切り替える形式の過給機、或いは、容量の異なる複数台の過給機を備え、運転台数が可変とされた過給機システムが挙げられる。容量可変式の過給機を用いることにより、排気マニホールド１５内の掃気圧力に応じた適切な条件（例えば燃料消費率が最適な条件）で運転させることができる。これは、排気量調整弁３７やバイパス弁４０の開度に応じて掃気圧力が変化する際に特に有効である。また、ECA外を航行する際にはアンモニア生成器２にて消費する電力が不要となるので、必要電力を低減して燃料消費率が最適となる条件を選択して運転することができる。
【００８８】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図１７乃至図１９を用いて説明する。上述した第４実施形態では、パワータービン７及び蒸気タービン９（図１４）から得られた発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成としたのに対して、本実施形態では、熱媒体タービンからの発電出力を船内系統３０に接続して脱硝システムに利用する構成とした点が異なる。したがって、その他の共通する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８９】
図１７に示すように、第２冷却水管Ｃ２に、ジャケット水用熱交換器９０が設けられている。ジャケット水用熱交換器９０には、循環ポンプ４８によって第１冷却水管Ｃ１およびシリンダ部１３を通過して循環するジャケット水が導かれるようになっており、冷却水タンク４６から導かれる冷却水を加熱するようになっている。
熱交換器８９には、冷却水タンク４６から循環ポンプ４７により押し出され、熱交換器９０及び第２冷却水管Ｃ２を介して第２空気冷却器１６を通り段階的に加熱された冷却水が、第３冷却水管Ｃ３により導入される。
熱媒体タービン８は、熱交換器８９によって蒸気化した熱媒体が第１熱媒体管Ｒ１を介して供給されて回転駆動するようになっている。熱媒体タービン８で仕事を終えた蒸気状の熱媒体は、エコノマイザ９５で低温の熱媒体と熱交換した後、コンデンサ９７で液化され、系内を循環ポンプ９９で循環する。
なお、図１７では熱媒体はジャケット水用熱交換器９０及び第２空気冷却器１６を通過した冷却水と熱交換する構成としたが、エンジン排ガスと熱交換した加熱水と熱交換した構成としても良い。
【００９０】
熱媒体タービン８からの回転出力は、回転軸９１を介して、熱媒体タービン側発電機９３に伝達されるようになっている。熱媒体タービン側発電機９３にて発電された出力は、周波数変換器３５及び開閉スイッチ３６を介して船内系統３０へと供給されるようになっている。これにより、熱媒体タービン側発電機９３の出力電力がアンモニア生成器２へと供給される。
【００９１】
本実施形態によれば、各上記実施形態の作用効果に加え、以下の作用を奏する。
ディーゼルエンジン３の冷却水と熱交換され、蒸気化した熱媒体を駆動源とする熱媒体タービン８によって発電する熱媒体タービン側発電機９３の出力電力を、船内系統３０を介してアンモニア生成器２に用いることとしたので、ディーゼルエンジン３の低温排熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００９２】
上記構成では、熱媒体タービン側発電機９での発電量は常時最大限取り出し、その電力供給量が船内系統３０の需要に対して不足する場合に、第１及び／または第２発電用ディーゼルエンジン６１，６３の負荷制御を行う。
【００９３】
図１９に示すように、熱媒体タービン８を用いて排熱回収し熱媒体タービン側発電機９３（ＯＲＣ）にて発電する本実施形態では、メインエンジン３の負荷が所定値以上になった場合に熱媒体タービン８による発電が開始され、徐々にその発電量が増大される。これは、メインエンジン負荷が所定値を超えないと、排熱回収できる程度にエンジン冷却水及び／または排気エネルギーが大きくならないからである。なおこのマップは一例であって、船内の発電システムに応じて適宜決定される。
図１９に基づいて得られた第１及び／または第２発電用ディーゼルエンジン６１，６３の目標発電量は、図１８に示すように、PMSからの負荷制御指令によって制御される。
【符号の説明】
【００９４】
１  舶用脱硝システム
２  アンモニア生成器
３  メインエンジン
４  ＳＣＲ触媒部
５  ハイブリッド排気タービン過給機
５’  排気タービン過給機
５ｃ  ハイブリッド発電機モータ（過給機側発電機）
７  パワータービン
８  熱媒体タービン
９  蒸気タービン
１１  排ガスエコノマイザ（排ガスボイラ）
３０  船内系統（電力系統）
３３  パワータービン側発電機
４９  蒸気タービン側発電機
５０  異種タービン側発電機
７０  エンジンメインコントローラ
７２  パワーマネジメントシステム（ＰＭＳ；発電出力制御部）
７３  電気ヒータ
８１  水素製造部
８３  窒素製造部
９３  熱媒体タービン側発電機
【図１】
2012047094.tif 000003
【図２】
2012047094.tif 000004
【図３】
2012047094.tif 000005
【図４】
2012047094.tif 000006
【図５】
2012047094.tif 000007
【図６】
2012047094.tif 000008
【図７】
2012047094.tif 000009
【図８】
2012047094.tif 000010
【図９】
2012047094.tif 000011
【図１０】
2012047094.tif 000012
【図１１】
2012047094.tif 000013
【図１２】
2012047094.tif 000014
【図１３】
2012047094.tif 000015
【図１４】
2012047094.tif 000016
【図１５】
2012047094.tif 000017
【図１６】
2012047094.tif 000018
【図１７】
2012047094.tif 000019
【図１８】
2012047094.tif 000020
【図１９】
2012047094.tif 000021