(57)【要約】  船舶を駆動する内燃機関を備え、内燃機関が、化石燃料を燃焼させる燃焼室と、ガス混合物を燃焼室に送達する供給ラインと、水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室と、水素ガスおよび酸素ガスを電解室から吸い出す真空ポンプとを備える、船舶推進システムが開示される。船舶推進システムは、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールを受容するガス化タンク、ならびにガス混合物を燃焼室に供給する供給ラインを更に備え、ガス混合物は、ガス化タンクからのガス化した有機化合物と、水素ガスおよび酸素ガスの少なくとも一部とを含む。更に、対応する船舶推進システムの操作方法が開示される。
2018526580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶を推進する内燃機関（５０）であって、
化石燃料、特にディーゼル燃料を燃やす燃焼室（５２）を有する内燃機関（５０）と、
水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室（２０）と、
前記水素ガスおよび前記酸素ガスを前記電解室（２０）から抜き出す真空ポンプ（２５）とを備える、船舶推進システムであって、
前記水素ガスおよび前記酸素ガスを前記電解室（２０）から抜き出す真空ポンプ（２５）が提供され、
揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールが受容される、ガス化タンク（３０）が提供され、
空気を前記ガス化タンク（３０）に給送する空気圧縮機（３５）が提供され、
ガス混合物を前記燃焼室（５２）に供給する供給ライン（３８）が提供され、前記ガス混合物が、前記ガス化タンク（３０）からのガス化した有機化合物と、前記水素ガスおよび前記酸素ガスの少なくとも一部とを含むことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項２】
請求項１に記載の船舶推進システムであって、
前記真空ポンプ（２５）および前記ガス化タンク（３０）が、前記水素ガスおよび前記酸素ガスを少なくとも部分的に、前記真空ポンプ（２５）を通して前記電解室（２０）から前記ガス化タンク（３０）へと搬送して、前記ガス混合物を生成することができるように配置されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の船舶推進システムであって、
前記電解室（２０）およびパイプラインシステムが、前記電解室（２０）から前記ガス化タンク（３０）まで形成されることによって、前記水素ガスおよび前記酸素ガスを分離せずに酸水素ガスとして搬送することができることを特徴とする船舶推進システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の船舶推進システムであって、
ターボ過給機（４０）が提供され、
前記供給ライン（３８）が、前記ガス混合物を、前記ターボ過給機（４０）の圧縮機（４２）を介して前記燃焼室（５２）へと搬送できるように設計されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の船舶推進システムであって、
前記ガス化タンク（３０）へと搬送された前記水素ガスおよび前記酸素ガスが、複数のノズルを介して前記ガス化タンク（３０）の下部に導入されることを特徴とする船舶推進システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の船舶推進システムであって、
前記ガス化タンク（３０）に有機化合物を充填する貯蔵タンク（３２）が提供され、前記ガス化タンク（３０）に接続されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の船舶推進システムであって、
前記電解室（２０）に電流が供給され、電流を用いて前記水素ガスおよび前記酸素ガスが前記電解室（２０）内で得られ、
内燃機関動作の瞬間的性質に応じて、前記電流、および／または前記電解室（２０）への水の導入、および／または前記真空ポンプ（２５）の給送能力を制御するように構成された、制御手段（１０）が存在することを特徴とする船舶推進システム。
【請求項８】
請求項７に記載の船舶推進システムであって、
前記制御手段（１０）が、前記電流、前記水の導入、および／または前記真空ポンプ（２５）の前記給送能力を制御するのに用いられる前記内燃機関動作の瞬間的性質として、前記内燃機関（５０）の給気圧力を使用するように構成され、
前記制御手段（１０）が、前記給気圧力が高いほど、前記電流および前記給送能力を高く設定するように構成されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の船舶推進システムを備えることを特徴とする船舶。
【請求項１０】
船舶が内燃機関（５０）を用いて推進され、推進のために化石燃料が前記内燃機関（５０）の燃焼室（５２）に導入され、
電解室（２０）内で水素ガスおよび酸素ガスが生成される、船舶推進システムの操作方法であって、
真空ポンプ（２５）を用いて、前記水素ガスおよび前記酸素ガスが前記電解室（２０）から抜き出され、
ガス化タンク（３０）内で、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールがガス化され、
空気圧縮機（３５）を用いて、空気が前記ガス化タンク（３０）へと給送され、
ガス化した有機化合物と前記水素ガスおよび前記酸素ガスの少なくとも一部とを含むガス混合物が、前記燃焼室（５２）へと案内されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記電解室（２０）内で、前記真空ポンプ（２５）によって減圧が、特に１ｂａｒ未満、特に２００ｍｂａｒから７００ｍｂａｒ、特に３００ｍｂａｒから６００ｍｂａｒの圧力が発生することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法であって、
前記真空ポンプ（２５）が、前記電解室（２０）の動作中、ガスで充填されるのが最大で前記電解室（２０）の四分の一となる程度のガスを前記電解室（２０）から抜き出すことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法であって、
点火タイミングが、上死点よりも前に２０°未満、特に１７°から１９°、特に１７．５°から１８．５°のクランク軸角度でもたらされることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法であって、
機関動作のパラメータ、特に前記内燃機関（５０）の給気圧力が既定の閾値に達すると、前記真空ポンプ（２５）が最大給送能力で操作され、
更に、前記パラメータが前期既定の閾値を上回ると、空気を前記ガス化タンク（３０）へと給送する前記空気圧縮機（３５）が操作されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルによる船舶推進システムに関する。更に、本発明は、請求項１０のプリアンブルによる船舶推進システムの操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の主題である船舶推進システムは、基本的に任意に設計された船舶を単独で、または別の推進システムと併用して駆動することができる。かかる船舶推進システムは、例えば、船舶を駆動するのに原油を燃焼させる推進システムに加えて設けられてもよい、補助ディーゼルエンジンであってもよい。
【０００３】
一般的な船舶推進システムは、少なくとも船舶を推進する内燃機関を備え、内燃機関は、化石燃料を、特にディーゼル燃料を燃焼させる燃焼室を有する。
【０００４】
船舶推進システムを操作する一般的な方法は、少なくとも１つの内燃機関を用いて船舶を推進するステップを含む。この場合、化石燃料、例えばディーゼル燃料は、内燃機関の燃焼室に導入される。
【０００５】
既知の船舶推進システムから始まって、特により一層厳格な排出規制に起因して、特に低い排出量に達するように、内燃機関の燃焼プロセスを設計することが必要とされている。同時に、内燃機関の効率は特に高くなければならない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、内燃機関が特に高い効率で動作し、特に低い排出量を有する、船舶推進システムおよび船舶推進システムの操作方法を提供することであると見なすことができる。
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴を備える船舶推進システムによって、また請求項１０の特徴を備える船舶推進システムの操作方法によって解決される。本発明の船舶推進システムおよび本発明の方法の有利な変形例は、従属請求項の主題であり、それらについても以下の記載において説明する。
【０００８】
上記に参照した種類の船舶推進システムは、本発明によれば、水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室と、水素ガスおよび酸素ガスを電解室から抜き出す真空ポンプとを備える。更に、ガス化タンクには、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールが提供され、中で受容されガス化され、即ち、少なくとも部分的にガス状態へと転移される。それに加えて、ガス混合物を燃焼室に供給する供給ラインが設けられ、ガス混合物は、ガス化した有機化合物（ガス状態へと転移される揮発性有機化合物の一部）と、電解室で生成された水素ガスおよび酸素ガスの少なくとも一部とを含む。したがって、供給ラインおよびガス化タンクは、船舶推進システムの動作中に、上記に定義したようなガス混合物が燃焼室に供給されるように配置される。
【０００９】
上記に参照した種類の方法は、本発明によれば、水素ガスおよび酸素ガスを電解室内で生成するステップと、真空ポンプを用いて水素ガスおよび酸素ガスを電解室から抜き出すステップと、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールをガス化タンク内でガス化するステップと、ガス化した有機化合物と電解室内で生成された水素ガスおよび酸素ガスの少なくとも一部とを、燃焼室に供給するステップとを含む。
【００１０】
本発明の重要な発想として、電解によって生成された水素ガスおよび酸素ガスは、ガス状揮発性有機化合物とともにのみ、つまり特に、ガス化したメタノールおよび／またはエタノールとともに、燃焼室に供給される。かかるガス混合物は、ＮＯｘの生成を低減することができ、燃焼室におけるディーゼルの特に急速な燃焼を引き起こすことができる。急速燃焼は、定義された時点でより高い圧力を生み出すことができ、それによって最終的には、より効率的な動力伝達が可能になる。
【００１１】
ガス混合物は常に、化石燃料／化石エネルギー担体に加えて、燃焼室へと供給されそこで燃やされる。より高い放出エネルギー分画、例えば少なくとも７０％または少なくとも９０％が、化石燃料に、例えばディーゼル燃料に由来する。したがって、補足的なガス混合物は、主にエネルギー源の代替として役立つものではないが、所望の燃焼プロセスを引き起こす助けとなる。このようにして、汚染物質／排出物の生成をより少なくすることが可能であり、更に燃焼プロセスをより高速で行うことができ、それによってより効率的な動力伝達が可能になる。
【００１２】
揮発性有機化合物は、原則的に、特定の有機化合物または異なる有機化合物の混合物であってもよい。「揮発性」有機化合物という用語は、室温で主にガス状である、および／または１００℃未満もしくは２００℃未満もしくは３００℃未満の沸点を有する全ての有機化合物として理解されてもよい。有機化合物は、特に、炭化水素、および／または主に水素原子と炭素原子とから成る全ての化合物であってもよい。かかる有機化合物の例は、アルカノール類（メタノールおよびエタノールなど）、またはアルカン類（メタンもしくはエタンなど）である。
【００１３】
ガス化タンクは、原則として、揮発性有機化合物が収容される任意の容器として理解されてもよい。そこで、揮発性有機化合物の少なくとも一部を、液体状態からガス状態へと転移させることができる。真空ポンプおよびガス化タンクは、好ましくは、水素ガスおよび酸素ガスが少なくとも部分的に、真空ポンプによって電解室からガス化タンクへと移送されるように配置されてもよい。このように、ガス混合物はガス化タンク内で生成される。したがって、供給ラインは、ガス化タンクで始まってもよく、ガス混合物をそこから燃焼室の方向に移送してもよい。
【００１４】
したがって、ガス化タンクは、電解室と接続された入口と、ガス化された（ガス状態へと転移された）有機化合物、ならびに流されている水素および酸素ガスを出力する出口とを備えてもよい。ガス化タンクは、液体有機化合物を、例えばエタノールを補充する、充填開口部を更に備えてもよい。
【００１５】
好ましくは、ガス化タンクの下部／下側部分に設けられた複数のノズルを通して、水素ガスおよび酸素ガスをガス化タンクへと供給してもよい。特に、ガス化タンクの下側半分または下側四分の一が下部と見なされてもよい。このように下部に導入することは、有利には、より強力なガス化に結びつく。複数のノズルを使用することによって、導入されたガスは、ガス化タンクを通って流れてより均等に分配されてもよく、これもやはり、より強力なガス化には有利である。
【００１６】
そのため、供給ラインはそれ自体が燃焼室まで延在してもよい。しかしながら、原則として、供給ラインが、ガス混合物を燃焼室に導く供給デバイス／手段と接続していれば十分である。供給ラインが、内燃機関の空気入口マニホルド構成要素／空気吸込み構成要素と接続していることが好ましい。
【００１７】
本発明の好ましい変形例では、ターボ過給機が提供され、供給ラインは、ターボ過給機の圧縮機を介してガス混合物を燃焼室に供給することができるように設計される。利点として、本発明の船舶推進システムの燃焼室およびそれに直接隣接する構成要素は、従来の船舶推進システムと同様に構築されてもよい。更に、本発明のこの実施形態によって、燃焼室へと供給されるガス混合物の量を特に効率的に制御することが可能になる。このことについては、以下で更に詳細に説明する。
【００１８】
電解室は、一般に、電気エネルギーを使用することによって、水素ガスおよび酸素ガス、特にＨ２およびＯ２を生成する任意のデバイスとして理解されてもよい。電解の開始物質は、水または含水／水性混合物であってもよい。電解室、および電解室からガス化タンクへの供給システム／ラインシステムが、生成された水素ガスおよび酸素ガスが酸水素ガスとして連帯的にまたは分離されずに移送されるように、設計されるのが好ましいことがある。比較的単純な構造により、酸水素ガスを導入することによって燃焼機関における点火の正確なタイミングが可能になる。
【００１９】
真空ポンプは、概ね任意の種類のポンプ／圧縮機であってもよい。低圧／減圧が作り出され、それによって水素ガスおよび酸素ガスが電解室から吸い出される。真空ポンプはまた、複数のポンプユニットから成ってもよい。これは、生成された水素ガスおよび酸素ガスが別々に、即ち酸水素ガスとしてではなく吸い出される場合に特に有利である。
【００２０】
水素ガスおよび酸素ガスを電解室から移送することに加えて、真空ポンプはまた、電解室の効率を向上させることもできる。電解に関して、電解質の電極が液体電解質に取り囲まれることが望ましい。キャビテーションまたは気泡生成、即ち生成された水素ガスおよび酸素ガスなどのガスは、電解を妨げ、より高温が必要になる。真空ポンプが電解室内で減圧を、特に１ｂａｒ未満、特に２００ｍｂａｒ〜７００ｍｂａｒ、特に３００ｍｂａｒ〜６００ｍｂａｒ、または３４０ｍｂａｒ〜５８０ｍｂａｒの圧力を生成する本発明の好ましい変形例では、これを回避することができる。かかる比較的低い圧力によって、４０℃未満、特に３８〜３９℃の温度で電解室を動作させることが可能になり、それによって電解の効率が増大する。
【００２１】
真空ポンプは、電解室の動作中、ガスで充填されるのが最大で電解室の四分の一、好ましくは最大で電解室の１０％となるように、多くのガス（特に、生成された水素および酸素ガス）を電解室から吸い出すように動作させることができる。
【００２２】
船舶推進システムの内燃機関は、（特に化石）エネルギー担体を燃焼させることによって、船舶を推進する熱エネルギーおよびしたがって運動エネルギーを提供する、原則的に既知の方法で設計された機関であってもよい。化石エネルギー担体の一例はディーゼル、即ちディーゼル燃料であり、ディーゼル燃料の正確な組成は、実質的に既知の方法で可変であってもよい。
【００２３】
船舶推進システムはまた、排気を浄化する排気フィルタ、例えばすす粒子フィルタを備えてもよい。排気ガスフィルタの浄化は、排気フィルタの好ましく長い寿命のために重要である。これは、酸素ガスによって達成することができる。酸素が排気ガスフィルタの上流側の排気に添加された場合、フィルタにおけるラジカルとして作用することができ、したがってフィルタの洗浄を支援することができる。これは、本発明の好ましい実施形態において遂行される。電解室で生成される場合がある水素ガスおよび酸素ガスを分離する、セパレータ、例えばダイヤフラムが設けられてもよい。更に、酸素ガスの一部を排気フィルタに供給するライン／導管が設けられ、供給ラインを通して燃焼室に供給されるガス混合物は、残りの酸素ガス（即ち、酸素ガスのうち排気フィルタに送られなかった分）および水素ガス、ならびにガス化した有機化合物を含んでもよい。
【００２４】
生成された酸素ガスおよび水素ガスの分離は、原則として任意の場所で実施されてもよい。また、酸素ガスおよび水素ガスを、分離しない状態で電解室から燃焼室へと供給する一方で、この酸水素ガス混合物（即ち、酸素ガスと水素ガスの混合物）の一部を、別個のラインへと導き、そこで初めてセパレータを用いて、酸素ガスと酸素ガスから分離された水素ガスへと分離することが可能である。
【００２５】
電解室には電流が供給され、それを用いて、水素ガスおよび酸素ガスが電解室内で生成される。更に、水が導入され、それから水素ガスおよび酸素ガスが生成される。好ましくは、コントローラが提供され、電解室への電流および／または水の導入、ならびに／あるいは内燃機関の動作の瞬間的性質に応じた真空ポンプの給送力を制御するように構成される。制御は、特に、導入されるガス混合物の量が多くなるにつれて、燃焼室に供給される化石燃料の量が多くなるようにして実施されてもよい。したがって、生成されたガス混合物は化石燃料／エネルギー担体の代替としての役割を果たさない。ガス混合物はむしろ、所望の形で燃焼プロセスに影響を及ぼす添加物として使用される。コントローラは、特に、注入されたディーゼルと導入されたガス混合物との関係が実質的に一定であるように、即ちディーゼルの注入速度および注入量とは実質的に独立するように、電流および給送力を設定してもよい。「実質的に一定」とは、上述の関係の１０％以下、好ましくは５％以下の変動を含むものと見なされてもよい。
【００２６】
好ましい変形例では、コントローラは、内燃機関の吸気マニホルドにおける給気圧力を内燃機関動作の瞬間的性質として使用するように構成され、それに応じて、電流および／または給送力が制御される。給気圧力は、内燃機関の吸気経路／吸気マニホルドにおけるガス／空気圧を示す。コントローラは、給気圧力が高いほど、電流および給送力を高く設定するように構成されてもよい。給気圧力の代わりに、特にターボチャージャーの上流側にある、制御の際に依存する別の圧力、例えば排気圧力を使用することが可能である。給気圧力、および／または制御に使用される別の圧力を得るため、適切な圧力センサが提供されてもよい。圧力の代わりに、機関出力と関連付けられる別の数量、例えばモータ速度が、制御に使用されてもよい。しかしながら、かかる電気信号の使用が、（給気）圧力に基づいた制御と比べて、誤差をもたらす可能性が高い場合がある。
【００２７】
更に、空気／ガスをガス化タンクへと移送するのに、空気圧縮機が提供されるのが好ましいことがある。空気は周囲空気、特に任意のガスの混合物であってもよい。ガス化タンクへと給送される空気が多くなるほど、ガス化した有機化合物の量が多くなる。これによって、生成されるガス混合物の量が増加する。これは、内燃機関が特に高速で化石燃料を燃焼させ、結果として、生成されたガス混合物の量を特に多く添加すべきである場合に望ましい。
【００２８】
供給される化石燃料の量が多い場合に、生成されたガス混合物をより多く添加する際、給気圧力が上昇した場合により高い給送力で真空ポンプを動作させるのが好ましいことがある。給気圧力が既定の給気圧力閾値に達すると、真空ポンプが最大給送力で操作されてもよい。給気圧力がその既定の給気圧力閾値を上回った場合、更に多量のガス混合物を添加することが望ましいであろう。酸素ガスおよび水素ガスの量は、真空ポンプおよび電解室によって制限されるが、より多量のガス化した有機化合物は空気圧縮機を用いて添加されてもよい。したがって、給気圧力が既定の給気圧力閾値を上回って上昇すると、空気圧縮機が更に操作されてもよい。特に、給気圧力が既定の給気圧力閾値を上回って上昇するにつれて、空気圧縮機の出力がより高く設定されてもよい。これらの場合、真空ポンプは常に最大給送力で操作される。空気圧縮機によって、ガス混合物の組成が変化するが、これは、利用可能なガス混合物の量が不十分である場合よりもまだ良好である。この制御では、給気圧力の代わりに、給気圧力に依存する更に別の圧力（例えば、排気圧力）が使用されてもよい。更に、給気圧力の代わりに、機関出力の上昇に伴って増加する別の数量／性質、例えば機関速度が使用されてもよい。
【００２９】
好ましくは、貯蔵タンクが提供され、ガス化タンクと接続されてもよい。貯蔵タンクは有機化合物を含み、ガス化タンクを充填するのに役立つ。ガス化タンク内で生成されるガス混合物は、酸水素ガスと有機化合物との間に所望の関係を有するべきであり、この目的のため、ガス化タンクは過度に大きくてはならない。いずれにせよ、十分に多量の有機化合物が利用可能である／搬送されるべきであり、その目的のため、貯蔵タンクの容量は、ガス化タンクの容量の少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍の大きさであってもよい。
【００３０】
ガス混合物の導入は、有利には、燃焼室に導入された化石燃料の点火を始動させてもよい。燃焼は、酸水素ガスを含むガス混合物によって、より急速に行うことができる。点火タイミングが、（内燃機関のピストンの）上死点よりも前に２０°未満、特に１７°〜１９°、特に１７．５°〜１８．５°のクランク軸角度で引き起こされるのが好ましいことがある。この点火タイミングは、燃焼室へのガス混合物の導入のタイミングによって定義し設定することができる。この変形例では、点火タイミングは、通常よりも上死点に近接して起こる。本発明は特に急速な燃焼をもたらすので、かかる遅い点火タイミングを選ぶことができる。したがって、所望の時点で、より高い圧力を作り出すことが可能である。
【００３１】
本発明はまた、本明細書に記載するような船舶推進システムを備える船舶に関する。
【００３２】
本発明の方法の変形例は、記載する船舶推進システムの実施形態を意図的に使用することによって得られる。更に、本発明の船舶推進システム、特にそのコントローラの好ましい実施形態は、記載する本発明の方法の変形例を実施するように構成されてもよい。
【００３３】
本発明の更なる利点および特徴について、添付の概略図を参照して以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の船舶推進システムの一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の船舶推進システムの更なる実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明による船舶推進システム１００の一実施形態を概略的に示している。これは、本発明による船舶（図示せず）の一部であってもよい。船舶推進システム１００に加えて、船舶は、別の推進システム、例えば原油の燃焼機関を備えてもよい。更に、船舶は、後述するようにそれぞれ形成されてもよい、複数の船舶推進システム１００を備えてもよい。
【００３６】
主要構成要素として、船舶推進システム１００は、水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室２０と、揮発性有機化合物をガス化するガス化タンク３０と、化石燃料、ならびに生成された水素ガス、酸素ガス、およびガス状の有機化合物が供給される内燃機関５０とを備える。
【００３７】
このガス混合物を添加することによって、ディーゼルまたは別の化石燃料の燃焼がより迅速に行われてもよく、排気ガス中に出力される汚染物質または排出物の量が低減される。
【００３８】
第１のステップとして、水または別の開始材料は、電解室２０内で電気エネルギーの助けを借りて、水素ガス、酸素ガス、および場合によっては更なる成分へと変換される。
【００３９】
生成された水素ガスおよび生成された酸素ガスは、供給システムまたはラインシステム２８を介して移送される。これら２つのガスは、特に、混合物として、即ち酸水素ガスとして提供されてもよい。移送のため、真空ポンプ２５が供給システム２８に設けられる。真空ポンプ２５は、電解室２０内で減圧を生成することによって、酸素ガスおよび水素ガスを吸い出す。
【００４０】
更に、電解室２０内の減圧によって、液体状態からガス状態へと転移する電解質（電解室２０内に存在する）の量が低減される。このようにして、電解室２０の効率を増大させることができる。
【００４１】
供給システム２８は、酸素ガスおよび水素ガスをガス化タンク３０に供給する。メタノールおよび／またはエタノールなどの有機化合物は、ガス化タンク３０内に提供され、水素ガスおよび酸素ガスの導入によって表面がガス化される。この目的のため、水素ガスおよび酸素ガスは、ガス化タンク３０の下部に、特に底部に導入される。このように、少なくとも水素ガス、酸素ガス、およびガス化した有機化合物、特にメタノールおよび／またはエタノールを含むガス混合物が、ガス化タンク３０内で形成される。このガス混合物は次に、供給ライン３８を介して先へと送られる。ガス化タンク３０を通して酸水素ガスを先へと送る代わりに、ガス状有機化合物をガス化タンクの外に方向付け、その後に初めて酸水素ガスと一緒に運ぶことも可能である。
【００４２】
ガス化タンク３０の大きさは、所望の量の有機化合物がガス状態へと転移され、水素ガスおよび酸素ガスがガス化タンク３０に流されると、水素ガスおよび酸素ガスと混合物を形成するように選ばれてもよい。本発明の船舶推進システムを備える船舶は、ガス化タンクを用いて可能であるよりも多い量を運ぶべきものであり、この目的のため、貯蔵タンク３２が提供されてもよい。貯蔵タンク３２は、有機化合物をガス化タンク３０に供給するが、それ自体には生成された水素ガスまたは酸素ガスは供給されない。液面センサがガス化タンク３０に提供されてもよく、それを用いて、貯蔵タンク３２からガス化タンク３０への有機化合物の導入が制御されてもよい。
【００４３】
供給ライン３８は、生成されたガス混合物をガス化タンク３０からターボ過給機４０の圧縮機４２へと導く。ガス混合物は、周囲空気とともに圧縮機４２に移送されてもよい。この合流のため、対応するラインが提供されてもよい（図示せず）。ガス混合物は、ターボ過給機４０から内燃機関５０の燃焼室５２へと導かれる。燃焼室５２内で、ガス混合物が点火し、注入された化石燃料、例えば注入されたディーゼル燃料を燃焼させる。
【００４４】
排気ガスは、燃焼室５２から排気ライン５４を介して、ターボ過給機４０の排気タービン４４へと案内される。したがって、排気ガスの圧力は、排気タービン４４が、圧縮機４２を用いて内燃機関５０の方向にガス混合物を移送するのに使用される。排気タービン４４の下流側で、排気ガスは任意の排気フィルタ６０に達する。
【００４５】
注入／導入される化石燃料の量が増加した場合、燃焼室５２へのガス混合物の供給が増加されることになる。この目的のため、特に、ターボ過給機４０が使用される。ターボ過給機４０の圧縮機４２は排気タービン４４によって駆動される。排気タービン４４における排気圧力が増加した場合、排気タービン４４はより大きい出力で圧縮機４２を駆動する。少量の燃料のみが燃焼室５２内で燃焼した場合、排気タービン４４における圧力は小さくなり、圧縮機４２による供給ライン３８での吸引はわずかしか生成されない。他方で、より多量のディーゼルが燃焼室５２内で燃焼した場合、圧縮機４２による供給ライン３８からのガス混合物の吸引はより強力になる。
【００４６】
更に、生成されるガス混合物の量は需要にしたがって制御されてもよい。この目的のため、コントローラ１０が提供されてもよく、コントローラ１０は、特に電解室２０を通る電流を調節するように構成されてもよく、したがって生成される水素ガスおよび酸素ガスの量を設定してもよい。更に、コントローラ１０は、真空ポンプ２５を制御してもよく、したがって、電解室２０からガス化タンク３０へと移送される水素ガスおよび酸素ガスの量を設定してもよい。生成されるガス混合物の量を増加させるには、より多量の電流および真空ポンプ２５のより高い給送力が設定されてもよい。生成されるガス混合物の量がより多く設定されるほど、燃焼室５２に注入されるディーゼルの速度または量は増加する。このための指標として、内燃機関５０の給気圧力が使用されてもよい。したがって、コントローラ１０は、給気圧力の増加に伴って、真空ポンプ２５の給送力、および電解室２０内の電流を増加させるように構成されてもよい。この目的のための圧力計測手段が提供されてもよい。図示される例では、ターボ過給機４０の上流側の排気圧力を計測する、圧力計測手段１２が提供される。また、この排気圧力は、生成されるガス混合物の量を制御するのに使用されてもよい。
【００４７】
電解室２０を通る最大電流および真空ポンプ２５の最大給送力を用いて達成できるように、更に多量のガス混合物をターボ過給機４０または内燃機関５０に供給するのが望ましいことがある。特に、このような場合、追加の空気圧縮機３５が提供されてもよい。空気圧縮機３５は、空気を、特に周囲空気をガス化タンク３０へと給送し、それによって有機化合物のガス化を増大させる。空気圧縮機３５のラインおよびラインシステム２８が、共通ラインに至る真空ポンプ２５で終わることによって、空気圧縮機３５からの空気と、電解によって生成される水素ガスおよび酸素ガスとが、同じノズルを介してガス化タンク３０に入れられるのが望ましいことがある。しかしながら、他の変形例では、空気圧縮機３５からの空気と、生成された水素ガスおよび酸素ガスとが、別個のラインを通してガス化タンク３０に達するのが好ましいことがある。
【００４８】
コントローラ１０はまた、空気圧縮機３５の給送力を設定する。電解室２０に最大電流が供給され、真空ポンプ２５が最大給送力で動作するときにのみ、空気圧縮機３５が操作されてもよい。
【００４９】
また、真空ポンプ２５を通してではなく空気圧縮機３５を通してのみ、ガスをガス化タンク３０に導入できるのが好ましいことがある。このように、内燃機関５０に導入される有機化合物の量は、内燃機関に供給される酸水素ガスの量とは独立して調節可能である。
【００５０】
排気フィルタ６０を特に効率的に浄化するため、電解室２０から酸素ガスが供給されてもよい。図示される実施形態では、この目的のため、電解室２０から排気フィルタ６０につながるライン６２が提供される。例示的な実施形態に応じて、酸素ガスが水素ガスとは別個に、水素ガスを伴わずにライン６２を通して案内されるか、または酸素ガスおよび水素ガスがともにライン６２を通して移送される、電解室２０の設計が好ましいことがある。
【００５１】
生成されたガス混合物を燃焼室５２内の化石エネルギー担体に供給することによって、特に迅速な燃焼が可能になる。これにより、内燃機関５０のピストンの上死点の直前で点火を行うことが可能になって、更に高い効率が可能になる。更に、排気中に生成される汚染物質の量が低減される。
【００５２】
本発明による船舶推進システム１００の更なる実施形態が、図２に概略的に示されている。図１と同じ参照番号を有する構成要素は、同様に構築され、図１に関して記載したのと同じ効果を有してもよく、またはその逆も真である。
【００５３】
重要な構成要素として、船舶推進システム１００も、電解室２０、ガス化タンク３０、ターボ過給機４０、ならびに内燃機関５０を備える。
【００５４】
図１に関して記載したように、電解室２０は水素ガスおよび酸素ガスを生成する。ガス化タンク３０からのガス状の揮発性炭化水素とともに、水素ガスおよび酸素ガスは、ターボ過給機４０を介して内燃機関５０に供給される。
【００５５】
揮発性炭化水素の供給、特にエタノールまたは一般に他の揮発性有機化合物の供給を含む、貯蔵タンク３２が更に図示されている。これらは、ライン３１を介してガス化タンク３０に調節可能に導入することができる。
【００５６】
更に、圧縮空気をガス化タンク３０に供給する空気源３３が図示されている。この空気源３３は、より多量のガス状揮発性炭化水素をターボ過給機４０および内燃機関５０に供給するために、より多量のガス状揮発性炭化水素をガス化タンク３０内で生成するのに重要である。空気の圧縮は、ここでは図示されない空気圧縮機を用いて達成されてもよい。
【００５７】
圧縮された周囲空気、即ち主に窒素および酸素の混合物は、空気源３３を用いてガス化タンク３０に導入されてもよいが、ＣＯ２をガス化タンク３０に供給するのに用いることができる、バルブ３７を用いて制御されるＣＯ２タンク３６を提供することも可能である。
【００５８】
電解室２０は、電解質と水素および酸素の生成された混合物とが分離されてもよい、凝縮物トラップ（condensate trap）２１または凝縮物アキュムレータ２１に接続してもよい。
【００５９】
電解質は、凝縮物トラップ２１内で凝縮し、次に、電解質循環ポンプ１５を用いて給送して電解室２０に戻すことができる。したがって、凝縮物トラップ２１は、有利には、液体の進入に対して内燃機関５０を保護する。ガス状の水素および酸素ガスは、対照的に、真空ポンプ２５を用いて凝縮物トラップ２１から抜き出される。
【００６０】
真空ポンプ２５を用いて移送された酸水素ガス（つまり、生成された水素および酸素ガス）は、炭化水素または他の有機化合物とともに、ガス化タンク３０からライン２８を介してターボ過給機４０のダイヤフラム３９へと移送される。
【００６１】
水を、水入口２３を通して電解室２０内へと方向付けることができ、電解室で水素ガスおよび酸素ガスに変換される。電解質循環ポンプ１５も、水を水入口２３から電解室２０へと移送するのに使用することができ、それによってより簡単でコスト効率が良いセットアップが可能になる。図示されるように、水入口２３からの水ライン、および凝縮物トラップ２１からの電解質ラインは共通のラインにつながり、それが次いで電解質循環ポンプ１５につながってもよい。
【００６２】
簡単に点火可能な酸水素ガスを生成する電解室２０は、防爆エリア１９に配置されてもよい。この防爆エリア１９は、特に、気密ケーシングによって形成されてもよく、ならびに／またはガルバーニ電気的に分離された電気信号の送信機を備えてもよい。電解室２０の他に、ガス化タンク３０、凝縮物トラップ２１、および真空ポンプ２５も防爆エリア１９に配置されてもよい。不必要に大きいサイズの防爆エリア１９を回避するため、貯蔵タンク３２は対照的に、防爆エリア１９の外に配置されることが好ましい。ターボ過給機４０およびそのダイヤフラム３９も、防爆エリア１９の外側に配置される。
【００６３】
本発明の船舶推進システムによって、酸水素ガスおよび追加の揮発性有機化合物を添加することで、内燃機関を特に効率的に操作することが可能になる。更に、それによって汚染物質／排出物の生成が低減される。
【図１】
2018526580.tif 000003
【図２】
2018526580.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月26日(2017.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶を推進する内燃機関（５０）であって、
化石燃料、特にディーゼル燃料を燃やす燃焼室（５２）を有する内燃機関（５０）と、
水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室（２０）と、
ターボ過給機（４０）と、
前記水素ガスおよび前記酸素ガスの少なくとも一部を含むガス混合物を、前記ターボ過給機（４０）の圧縮機（４２）を介して前記燃焼室（５２）へ搬送できるように設計された供給ライン（３８）とを備える、船舶推進システムであって、
前記水素ガスおよび前記酸素ガスを前記電解室（２０）から抜き出す真空ポンプ（２５）が提供され、
揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールが受容される、ガス化タンク（３０）が提供され、
圧縮空気を前記ガス化タンク（３０）に供給する空気源（３３）が提供され、前記ターボ過給機（４０）に加えて、空気を前記ガス化タンク（３０）に給送する空気圧縮機（３５）が存在し、
前記供給ライン（３８）および前記ターボ過給機（４０）を介して前記燃焼室（５２）に案内される前記ガス混合物が、前記ガス化タンク（３０）からのガス化した有機化合物も含むことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項２】
請求項１に記載の船舶推進システムであって、
前記真空ポンプ（２５）および前記ガス化タンク（３０）が、前記水素ガスおよび前記酸素ガスを少なくとも部分的に、前記真空ポンプ（２５）を通して前記電解室（２０）から前記ガス化タンク（３０）へと搬送して、前記ガス混合物を生成することができるように配置されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の船舶推進システムであって、
前記電解室（２０）およびパイプラインシステムが、前記電解室（２０）から前記ガス化タンク（３０）まで形成されることによって、前記水素ガスおよび前記酸素ガスを分離せずに酸水素ガスとして搬送することができることを特徴とする船舶推進システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の船舶推進システムであって、
前記ガス化タンク（３０）へと搬送された前記水素ガスおよび前記酸素ガスが、複数のノズルを介して前記ガス化タンク（３０）の下部に導入されることを特徴とする船舶推進システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の船舶推進システムであって、
前記ガス化タンク（３０）に有機化合物を充填する貯蔵タンク（３２）が提供され、前記ガス化タンク（３０）に接続されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の船舶推進システムであって、
前記電解室（２０）に電流が供給され、電流を用いて前記水素ガスおよび前記酸素ガスが前記電解室（２０）内で得られ、
内燃機関動作の瞬間的性質に応じて、前記電流、および／または前記電解室（２０）への水の導入、および／または前記真空ポンプ（２５）の給送能力を制御するように構成された、制御手段（１０）が存在することを特徴とする船舶推進システム。
【請求項７】
請求項６に記載の船舶推進システムであって、
前記制御手段（１０）が、前記電流、前記水の導入、および／または前記真空ポンプ（２５）の前記給送能力を制御するのに用いられる前記内燃機関動作の瞬間的性質として、前記内燃機関（５０）の給気圧力を使用するように構成され、
前記制御手段（１０）が、前記給気圧力が高いほど、前記電流および前記給送能力を高く設定するように構成されたことを特徴とする船舶推進システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の船舶推進システムを備えることを特徴とする船舶。
【請求項９】
船舶が内燃機関（５０）を用いて推進され、推進のために化石燃料が前記内燃機関（５０）の燃焼室（５２）に導入され、
電解室（２０）内で水素ガスおよび酸素ガスが生成され、
前記水素ガスおよび前記酸素ガスの少なくとも一部を含むガス混合物が、ターボ過給機（４０）の圧縮機（４２）を介して前記燃焼室（５２）へと搬送される、船舶推進システムの操作方法であって、
真空ポンプ（２５）を用いて、前記水素ガスおよび前記酸素ガスが前記電解室（２０）から抜き出され、
ガス化タンク（３０）内で、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールがガス化され、
圧縮空気を前記ガス化タンク（３０）に供給する空気源（３３）が提供され、前記ターボ過給機（４０）に加えて提供される空気圧縮機（３５）を用いて、空気が前記ガス化タンク（３０）へと給送され、
前記ターボ過給機を介して前記燃焼室（５２）へと案内される前記ガス混合物が、前記ガス化タンク（３０）からのガス化した有機化合物も含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記電解室（２０）内で、前記真空ポンプ（２５）によって減圧が、特に１ｂａｒ未満、特に２００ｍｂａｒから７００ｍｂａｒ、特に３００ｍｂａｒから６００ｍｂａｒの圧力が発生することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法であって、
前記真空ポンプ（２５）が、前記電解室（２０）の動作中、ガスで充填されるのが最大で前記電解室（２０）の四分の一となる程度のガスを前記電解室（２０）から抜き出すことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法であって、
点火タイミングが、上死点よりも前に２０°未満、特に１７°から１９°、特に１７．５°から１８．５°のクランク軸角度でもたらされることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法であって、
機関動作のパラメータ、特に前記内燃機関（５０）の給気圧力が既定の閾値に達すると、前記真空ポンプ（２５）が最大給送能力で操作され、
更に、前記パラメータが前期既定の閾値を上回ると、空気を前記ガス化タンク（３０）へと給送する前記空気圧縮機（３５）が操作されることを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルによる船舶推進システムに関する。更に、本発明は、請求項９のプリアンブルによる船舶推進システムの操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示の主題である船舶推進システムは、基本的に任意に設計された船舶を単独で、または別の推進システムと併用して駆動することができる。かかる船舶推進システムは、例えば、船舶を駆動するのに原油を燃焼させる推進システムに加えて設けられてもよい、補助ディーゼルエンジンであってもよい。
【０００３】
一般的な船舶推進システムは、少なくとも船舶を推進する内燃機関を備え、内燃機関は、化石燃料を、特にディーゼル燃料を燃焼させる燃焼室を有する。
【０００４】
船舶推進システムを操作する一般的な方法は、少なくとも１つの内燃機関を用いて船舶を推進するステップを含む。この場合、化石燃料、例えばディーゼル燃料は、内燃機関の燃焼室に導入される。
【０００５】
既知の船舶推進システムから始まって、特により一層厳格な排出規制に起因して、特に低い排出量に達するように、内燃機関の燃焼プロセスを設計することが必要とされている。同時に、内燃機関の効率は特に高くなければならない。
【０００６】
下記特許文献１（韓国特許出願公開第２０１１  ０１１９０５５  Ａ号）、下記特許文献２（米国特許出願公開第２０１２／００６７３０４  Ａ１号）、下記特許文献３（欧州特許出願公開第２  ６０２  ３５８  Ａ１号）、下記特許文献４（米国特許出願公開第２００６／０１７９８１９  Ａ１号）、および下記特許文献５（国際特許出願公開ＷＯ  ２００８／０３３１０７  Ａ２号）は、排気中の汚染物質を低減するため、水素ガスおよび酸素ガスを使用する、内燃機関について記載している。例えば、下記特許文献６（米国特許出願公開第２０１２／００６７３０４  Ａ１号）、および下記特許文献７（米国特許出願公開第２００６／０１７９８１９  Ａ１号）では、水素ガスおよび酸素ガスは電解ユニットで生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国特許出願公開第２０１１  ０１１９０５５  Ａ号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／００６７３０４  Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第２  ６０２  ３５８  Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／０１７９８１９  Ａ１号明細書
【特許文献５】国際特許出願公開ＷＯ  ２００８／０３３１０７  Ａ２号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／００６７３０４  Ａ１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０１７９８１９  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、内燃機関が特に高い効率で動作し、特に低い排出量を有する、船舶推進システムおよび船舶推進システムの操作方法を提供することであると見なすことができる。
【０００９】
この目的は、請求項１の特徴を備える船舶推進システムによって、また請求項９の特徴を備える船舶推進システムの操作方法によって解決される。本発明の船舶推進システムおよび本発明の方法の有利な変形例は、従属請求項の主題であり、それらについても以下の記載において説明する。
【００１０】
上記に参照した種類の船舶推進システムは、本発明によれば、水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室と、水素ガスおよび酸素ガスを電解室から抜き出す真空ポンプとを備える。更に、ガス化タンクには、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールが提供され、中で受容されガス化され、即ち、少なくとも部分的にガス状態へと転移される。それに加えて、ガス混合物を燃焼室に供給する供給ラインが設けられ、ガス混合物は、ガス化した有機化合物（ガス状態へと転移される揮発性有機化合物の一部）と、電解室で生成された水素ガスおよび酸素ガスの少なくとも一部とを含む。したがって、供給ラインおよびガス化タンクは、船舶推進システムの動作中に、上記に定義したようなガス混合物が燃焼室に供給されるように配置される。
【００１１】
上記に参照した種類の方法は、本発明によれば、水素ガスおよび酸素ガスを電解室内で生成するステップと、真空ポンプを用いて水素ガスおよび酸素ガスを電解室から抜き出すステップと、揮発性有機化合物、特にメタノールまたはエタノールをガス化タンク内でガス化するステップと、ガス化した有機化合物と電解室内で生成された水素ガスおよび酸素ガスの少なくとも一部とを、燃焼室に供給するステップとを含む。
【００１２】
本発明の重要な発想として、電解によって生成された水素ガスおよび酸素ガスは、ガス状揮発性有機化合物とともにのみ、つまり特に、ガス化したメタノールおよび／またはエタノールとともに、燃焼室に供給される。かかるガス混合物は、ＮＯｘの生成を低減することができ、燃焼室におけるディーゼルの特に急速な燃焼を引き起こすことができる。急速燃焼は、定義された時点でより高い圧力を生み出すことができ、それによって最終的には、より効率的な動力伝達が可能になる。
【００１３】
ガス混合物は常に、化石燃料／化石エネルギー担体に加えて、燃焼室へと供給されそこで燃やされる。より高い放出エネルギー分画、例えば少なくとも７０％または少なくとも９０％が、化石燃料に、例えばディーゼル燃料に由来する。したがって、補足的なガス混合物は、主にエネルギー源の代替として役立つものではないが、所望の燃焼プロセスを引き起こす助けとなる。このようにして、汚染物質／排出物の生成をより少なくすることが可能であり、更に燃焼プロセスをより高速で行うことができ、それによってより効率的な動力伝達が可能になる。
【００１４】
揮発性有機化合物は、原則的に、特定の有機化合物または異なる有機化合物の混合物であってもよい。「揮発性」有機化合物という用語は、室温で主にガス状である、および／または１００℃未満もしくは２００℃未満もしくは３００℃未満の沸点を有する全ての有機化合物として理解されてもよい。有機化合物は、特に、炭化水素、および／または主に水素原子と炭素原子とから成る全ての化合物であってもよい。かかる有機化合物の例は、アルカノール類（メタノールおよびエタノールなど）、またはアルカン類（メタンもしくはエタンなど）である。
【００１５】
ガス化タンクは、原則として、揮発性有機化合物が収容される任意の容器として理解されてもよい。そこで、揮発性有機化合物の少なくとも一部を、液体状態からガス状態へと転移させることができる。真空ポンプおよびガス化タンクは、好ましくは、水素ガスおよび酸素ガスが少なくとも部分的に、真空ポンプによって電解室からガス化タンクへと移送されるように配置されてもよい。このように、ガス混合物はガス化タンク内で生成される。したがって、供給ラインは、ガス化タンクで始まってもよく、ガス混合物をそこから燃焼室の方向に移送してもよい。
【００１６】
したがって、ガス化タンクは、電解室と接続された入口と、ガス化された（ガス状態へと転移された）有機化合物、ならびに流されている水素および酸素ガスを出力する出口とを備えてもよい。ガス化タンクは、液体有機化合物を、例えばエタノールを補充する、充填開口部を更に備えてもよい。
【００１７】
好ましくは、ガス化タンクの下部／下側部分に設けられた複数のノズルを通して、水素ガスおよび酸素ガスをガス化タンクへと供給してもよい。特に、ガス化タンクの下側半分または下側四分の一が下部と見なされてもよい。このように下部に導入することは、有利には、より強力なガス化に結びつく。複数のノズルを使用することによって、導入されたガスは、ガス化タンクを通って流れてより均等に分配されてもよく、これもやはり、より強力なガス化には有利である。
【００１８】
そのため、供給ラインはそれ自体が燃焼室まで延在してもよい。しかしながら、原則として、供給ラインが、ガス混合物を燃焼室に導く供給デバイス／手段と接続していれば十分である。供給ラインが、内燃機関の空気入口マニホルド構成要素／空気吸込み構成要素と接続していることが好ましい。
【００１９】
本発明では、ターボ過給機が提供され、供給ラインは、ターボ過給機の圧縮機を介してガス混合物を燃焼室に供給することができるように設計される。利点として、本発明の船舶推進システムの燃焼室およびそれに直接隣接する構成要素は、従来の船舶推進システムと同様に構築されてもよい。更に、本発明のこの実施形態によって、燃焼室へと供給されるガス混合物の量を特に効率的に制御することが可能になる。このことについては、以下で更に詳細に説明する。
【００２０】
電解室は、一般に、電気エネルギーを使用することによって、水素ガスおよび酸素ガス、特にＨ２およびＯ２を生成する任意のデバイスとして理解されてもよい。電解の開始物質は、水または含水／水性混合物であってもよい。電解室、および電解室からガス化タンクへの供給システム／ラインシステムが、生成された水素ガスおよび酸素ガスが酸水素ガスとして連帯的にまたは分離されずに移送されるように、設計されるのが好ましいことがある。比較的単純な構造により、酸水素ガスを導入することによって燃焼機関における点火の正確なタイミングが可能になる。
【００２１】
真空ポンプは、概ね任意の種類のポンプ／圧縮機であってもよい。低圧／減圧が作り出され、それによって水素ガスおよび酸素ガスが電解室から吸い出される。真空ポンプはまた、複数のポンプユニットから成ってもよい。これは、生成された水素ガスおよび酸素ガスが別々に、即ち酸水素ガスとしてではなく吸い出される場合に特に有利である。
【００２２】
水素ガスおよび酸素ガスを電解室から移送することに加えて、真空ポンプはまた、電解室の効率を向上させることもできる。電解に関して、電解質の電極が液体電解質に取り囲まれることが望ましい。キャビテーションまたは気泡生成、即ち生成された水素ガスおよび酸素ガスなどのガスは、電解を妨げ、より高温が必要になる。真空ポンプが電解室内で減圧を、特に１ｂａｒ未満、特に２００ｍｂａｒ〜７００ｍｂａｒ、特に３００ｍｂａｒ〜６００ｍｂａｒ、または３４０ｍｂａｒ〜５８０ｍｂａｒの圧力を生成する本発明の好ましい変形例では、これを回避することができる。かかる比較的低い圧力によって、４０℃未満、特に３８〜３９℃の温度で電解室を動作させることが可能になり、それによって電解の効率が増大する。
【００２３】
真空ポンプは、電解室の動作中、ガスで充填されるのが最大で電解室の四分の一、好ましくは最大で電解室の１０％となるように、多くのガス（特に、生成された水素および酸素ガス）を電解室から吸い出すように動作させることができる。
【００２４】
船舶推進システムの内燃機関は、（特に化石）エネルギー担体を燃焼させることによって、船舶を推進する熱エネルギーおよびしたがって運動エネルギーを提供する、原則的に既知の方法で設計された機関であってもよい。化石エネルギー担体の一例はディーゼル、即ちディーゼル燃料であり、ディーゼル燃料の正確な組成は、実質的に既知の方法で可変であってもよい。
【００２５】
船舶推進システムはまた、排気を浄化する排気フィルタ、例えばすす粒子フィルタを備えてもよい。排気ガスフィルタの浄化は、排気フィルタの好ましく長い寿命のために重要である。これは、酸素ガスによって達成することができる。酸素が排気ガスフィルタの上流側の排気に添加された場合、フィルタにおけるラジカルとして作用することができ、したがってフィルタの洗浄を支援することができる。これは、本発明の好ましい実施形態において遂行される。電解室で生成される場合がある水素ガスおよび酸素ガスを分離する、セパレータ、例えばダイヤフラムが設けられてもよい。更に、酸素ガスの一部を排気フィルタに供給するライン／導管が設けられ、供給ラインを通して燃焼室に供給されるガス混合物は、残りの酸素ガス（即ち、酸素ガスのうち排気フィルタに送られなかった分）および水素ガス、ならびにガス化した有機化合物を含んでもよい。
【００２６】
生成された酸素ガスおよび水素ガスの分離は、原則として任意の場所で実施されてもよい。また、酸素ガスおよび水素ガスを、分離しない状態で電解室から燃焼室へと供給する一方で、この酸水素ガス混合物（即ち、酸素ガスと水素ガスの混合物）の一部を、別個のラインへと導き、そこで初めてセパレータを用いて、酸素ガスと酸素ガスから分離された水素ガスへと分離することが可能である。
【００２７】
電解室には電流が供給され、それを用いて、水素ガスおよび酸素ガスが電解室内で生成される。更に、水が導入され、それから水素ガスおよび酸素ガスが生成される。好ましくは、コントローラが提供され、電解室への電流および／または水の導入、ならびに／あるいは内燃機関の動作の瞬間的性質に応じた真空ポンプの給送力を制御するように構成される。制御は、特に、導入されるガス混合物の量が多くなるにつれて、燃焼室に供給される化石燃料の量が多くなるようにして実施されてもよい。したがって、生成されたガス混合物は化石燃料／エネルギー担体の代替としての役割を果たさない。ガス混合物はむしろ、所望の形で燃焼プロセスに影響を及ぼす添加物として使用される。コントローラは、特に、注入されたディーゼルと導入されたガス混合物との関係が実質的に一定であるように、即ちディーゼルの注入速度および注入量とは実質的に独立するように、電流および給送力を設定してもよい。「実質的に一定」とは、上述の関係の１０％以下、好ましくは５％以下の変動を含むものと見なされてもよい。
【００２８】
好ましい変形例では、コントローラは、内燃機関の吸気マニホルドにおける給気圧力を内燃機関動作の瞬間的性質として使用するように構成され、それに応じて、電流および／または給送力が制御される。給気圧力は、内燃機関の吸気経路／吸気マニホルドにおけるガス／空気圧を示す。コントローラは、給気圧力が高いほど、電流および給送力を高く設定するように構成されてもよい。給気圧力の代わりに、特にターボチャージャーの上流側にある、制御の際に依存する別の圧力、例えば排気圧力を使用することが可能である。給気圧力、および／または制御に使用される別の圧力を得るため、適切な圧力センサが提供されてもよい。圧力の代わりに、機関出力と関連付けられる別の数量、例えばモータ速度が、制御に使用されてもよい。しかしながら、かかる電気信号の使用が、（給気）圧力に基づいた制御と比べて、誤差をもたらす可能性が高い場合がある。
【００２９】
更に、空気／ガスをガス化タンクへと移送するのに、空気圧縮機が提供されるのが好ましいことがある。空気は周囲空気、特に任意のガスの混合物であってもよい。ガス化タンクへと給送される空気が多くなるほど、ガス化した有機化合物の量が多くなる。これによって、生成されるガス混合物の量が増加する。これは、内燃機関が特に高速で化石燃料を燃焼させ、結果として、生成されたガス混合物の量を特に多く添加すべきである場合に望ましい。
【００３０】
供給される化石燃料の量が多い場合に、生成されたガス混合物をより多く添加する際、給気圧力が上昇した場合により高い給送力で真空ポンプを動作させるのが好ましいことがある。給気圧力が既定の給気圧力閾値に達すると、真空ポンプが最大給送力で操作されてもよい。給気圧力がその既定の給気圧力閾値を上回った場合、更に多量のガス混合物を添加することが望ましいであろう。酸素ガスおよび水素ガスの量は、真空ポンプおよび電解室によって制限されるが、より多量のガス化した有機化合物は空気圧縮機を用いて添加されてもよい。したがって、給気圧力が既定の給気圧力閾値を上回って上昇すると、空気圧縮機が更に操作されてもよい。特に、給気圧力が既定の給気圧力閾値を上回って上昇するにつれて、空気圧縮機の出力がより高く設定されてもよい。これらの場合、真空ポンプは常に最大給送力で操作される。空気圧縮機によって、ガス混合物の組成が変化するが、これは、利用可能なガス混合物の量が不十分である場合よりもまだ良好である。この制御では、給気圧力の代わりに、給気圧力に依存する更に別の圧力（例えば、排気圧力）が使用されてもよい。更に、給気圧力の代わりに、機関出力の上昇に伴って増加する別の数量／性質、例えば機関速度が使用されてもよい。
【００３１】
好ましくは、貯蔵タンクが提供され、ガス化タンクと接続されてもよい。貯蔵タンクは有機化合物を含み、ガス化タンクを充填するのに役立つ。ガス化タンク内で生成されるガス混合物は、酸水素ガスと有機化合物との間に所望の関係を有するべきであり、この目的のため、ガス化タンクは過度に大きくてはならない。いずれにせよ、十分に多量の有機化合物が利用可能である／搬送されるべきであり、その目的のため、貯蔵タンクの容量は、ガス化タンクの容量の少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍の大きさであってもよい。
【００３２】
ガス混合物の導入は、有利には、燃焼室に導入された化石燃料の点火を始動させてもよい。燃焼は、酸水素ガスを含むガス混合物によって、より急速に行うことができる。点火タイミングが、（内燃機関のピストンの）上死点よりも前に２０°未満、特に１７°〜１９°、特に１７．５°〜１８．５°のクランク軸角度で引き起こされるのが好ましいことがある。この点火タイミングは、燃焼室へのガス混合物の導入のタイミングによって定義し設定することができる。この変形例では、点火タイミングは、通常よりも上死点に近接して起こる。本発明は特に急速な燃焼をもたらすので、かかる遅い点火タイミングを選ぶことができる。したがって、所望の時点で、より高い圧力を作り出すことが可能である。
【００３３】
本発明はまた、本明細書に記載するような船舶推進システムを備える船舶に関する。
【００３４】
本発明の方法の変形例は、記載する船舶推進システムの実施形態を意図的に使用することによって得られる。更に、本発明の船舶推進システム、特にそのコントローラの好ましい実施形態は、記載する本発明の方法の変形例を実施するように構成されてもよい。
【００３５】
本発明の更なる利点および特徴について、添付の概略図を参照して以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の船舶推進システムの一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の船舶推進システムの更なる実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本発明による船舶推進システム１００の一実施形態を概略的に示している。これは、本発明による船舶（図示せず）の一部であってもよい。船舶推進システム１００に加えて、船舶は、別の推進システム、例えば原油の燃焼機関を備えてもよい。更に、船舶は、後述するようにそれぞれ形成されてもよい、複数の船舶推進システム１００を備えてもよい。
【００３８】
主要構成要素として、船舶推進システム１００は、水素ガスおよび酸素ガスを生成する電解室２０と、揮発性有機化合物をガス化するガス化タンク３０と、化石燃料、ならびに生成された水素ガス、酸素ガス、およびガス状の有機化合物が供給される内燃機関５０とを備える。
【００３９】
このガス混合物を添加することによって、ディーゼルまたは別の化石燃料の燃焼がより迅速に行われてもよく、排気ガス中に出力される汚染物質または排出物の量が低減される。
【００４０】
第１のステップとして、水または別の開始材料は、電解室２０内で電気エネルギーの助けを借りて、水素ガス、酸素ガス、および場合によっては更なる成分へと変換される。
【００４１】
生成された水素ガスおよび生成された酸素ガスは、供給システムまたはラインシステム２８を介して移送される。これら２つのガスは、特に、混合物として、即ち酸水素ガスとして提供されてもよい。移送のため、真空ポンプ２５が供給システム２８に設けられる。真空ポンプ２５は、電解室２０内で減圧を生成することによって、酸素ガスおよび水素ガスを吸い出す。
【００４２】
更に、電解室２０内の減圧によって、液体状態からガス状態へと転移する電解質（電解室２０内に存在する）の量が低減される。このようにして、電解室２０の効率を増大させることができる。
【００４３】
供給システム２８は、酸素ガスおよび水素ガスをガス化タンク３０に供給する。メタノールおよび／またはエタノールなどの有機化合物は、ガス化タンク３０内に提供され、水素ガスおよび酸素ガスの導入によって表面がガス化される。この目的のため、水素ガスおよび酸素ガスは、ガス化タンク３０の下部に、特に底部に導入される。このように、少なくとも水素ガス、酸素ガス、およびガス化した有機化合物、特にメタノールおよび／またはエタノールを含むガス混合物が、ガス化タンク３０内で形成される。このガス混合物は次に、供給ライン３８を介して先へと送られる。ガス化タンク３０を通して酸水素ガスを先へと送る代わりに、ガス状有機化合物をガス化タンクの外に方向付け、その後に初めて酸水素ガスと一緒に運ぶことも可能である。
【００４４】
ガス化タンク３０の大きさは、所望の量の有機化合物がガス状態へと転移され、水素ガスおよび酸素ガスがガス化タンク３０に流されると、水素ガスおよび酸素ガスと混合物を形成するように選ばれてもよい。本発明の船舶推進システムを備える船舶は、ガス化タンクを用いて可能であるよりも多い量を運ぶべきものであり、この目的のため、貯蔵タンク３２が提供されてもよい。貯蔵タンク３２は、有機化合物をガス化タンク３０に供給するが、それ自体には生成された水素ガスまたは酸素ガスは供給されない。液面センサがガス化タンク３０に提供されてもよく、それを用いて、貯蔵タンク３２からガス化タンク３０への有機化合物の導入が制御されてもよい。
【００４５】
供給ライン３８は、生成されたガス混合物をガス化タンク３０からターボ過給機４０の圧縮機４２へと導く。ガス混合物は、周囲空気とともに圧縮機４２に移送されてもよい。この合流のため、対応するラインが提供されてもよい（図示せず）。ガス混合物は、ターボ過給機４０から内燃機関５０の燃焼室５２へと導かれる。燃焼室５２内で、ガス混合物が点火し、注入された化石燃料、例えば注入されたディーゼル燃料を燃焼させる。
【００４６】
排気ガスは、燃焼室５２から排気ライン５４を介して、ターボ過給機４０の排気タービン４４へと案内される。したがって、排気ガスの圧力は、排気タービン４４が、圧縮機４２を用いて内燃機関５０の方向にガス混合物を移送するのに使用される。排気タービン４４の下流側で、排気ガスは任意の排気フィルタ６０に達する。
【００４７】
注入／導入される化石燃料の量が増加した場合、燃焼室５２へのガス混合物の供給が増加されることになる。この目的のため、特に、ターボ過給機４０が使用される。ターボ過給機４０の圧縮機４２は排気タービン４４によって駆動される。排気タービン４４における排気圧力が増加した場合、排気タービン４４はより大きい出力で圧縮機４２を駆動する。少量の燃料のみが燃焼室５２内で燃焼した場合、排気タービン４４における圧力は小さくなり、圧縮機４２による供給ライン３８での吸引はわずかしか生成されない。他方で、より多量のディーゼルが燃焼室５２内で燃焼した場合、圧縮機４２による供給ライン３８からのガス混合物の吸引はより強力になる。
【００４８】
更に、生成されるガス混合物の量は需要にしたがって制御されてもよい。この目的のため、コントローラ１０が提供されてもよく、コントローラ１０は、特に電解室２０を通る電流を調節するように構成されてもよく、したがって生成される水素ガスおよび酸素ガスの量を設定してもよい。更に、コントローラ１０は、真空ポンプ２５を制御してもよく、したがって、電解室２０からガス化タンク３０へと移送される水素ガスおよび酸素ガスの量を設定してもよい。生成されるガス混合物の量を増加させるには、より多量の電流および真空ポンプ２５のより高い給送力が設定されてもよい。生成されるガス混合物の量がより多く設定されるほど、燃焼室５２に注入されるディーゼルの速度または量は増加する。このための指標として、内燃機関５０の給気圧力が使用されてもよい。したがって、コントローラ１０は、給気圧力の増加に伴って、真空ポンプ２５の給送力、および電解室２０内の電流を増加させるように構成されてもよい。この目的のための圧力計測手段が提供されてもよい。図示される例では、ターボ過給機４０の上流側の排気圧力を計測する、圧力計測手段１２が提供される。また、この排気圧力は、生成されるガス混合物の量を制御するのに使用されてもよい。
【００４９】
電解室２０を通る最大電流および真空ポンプ２５の最大給送力を用いて達成できるように、更に多量のガス混合物をターボ過給機４０または内燃機関５０に供給するのが望ましいことがある。特に、このような場合、追加の空気圧縮機３５が提供されてもよい。空気圧縮機３５は、空気を、特に周囲空気をガス化タンク３０へと給送し、それによって有機化合物のガス化を増大させる。空気圧縮機３５のラインおよびラインシステム２８が、共通ラインに至る真空ポンプ２５で終わることによって、空気圧縮機３５からの空気と、電解によって生成される水素ガスおよび酸素ガスとが、同じノズルを介してガス化タンク３０に入れられるのが望ましいことがある。しかしながら、他の変形例では、空気圧縮機３５からの空気と、生成された水素ガスおよび酸素ガスとが、別個のラインを通してガス化タンク３０に達するのが好ましいことがある。
【００５０】
コントローラ１０はまた、空気圧縮機３５の給送力を設定する。電解室２０に最大電流が供給され、真空ポンプ２５が最大給送力で動作するときにのみ、空気圧縮機３５が操作されてもよい。
【００５１】
また、真空ポンプ２５を通してではなく空気圧縮機３５を通してのみ、ガスをガス化タンク３０に導入できるのが好ましいことがある。このように、内燃機関５０に導入される有機化合物の量は、内燃機関に供給される酸水素ガスの量とは独立して調節可能である。
【００５２】
排気フィルタ６０を特に効率的に浄化するため、電解室２０から酸素ガスが供給されてもよい。図示される実施形態では、この目的のため、電解室２０から排気フィルタ６０につながるライン６２が提供される。例示的な実施形態に応じて、酸素ガスが水素ガスとは別個に、水素ガスを伴わずにライン６２を通して案内されるか、または酸素ガスおよび水素ガスがともにライン６２を通して移送される、電解室２０の設計が好ましいことがある。
【００５３】
生成されたガス混合物を燃焼室５２内の化石エネルギー担体に供給することによって、特に迅速な燃焼が可能になる。これにより、内燃機関５０のピストンの上死点の直前で点火を行うことが可能になって、更に高い効率が可能になる。更に、排気中に生成される汚染物質の量が低減される。
【００５４】
本発明による船舶推進システム１００の更なる実施形態が、図２に概略的に示されている。図１と同じ参照番号を有する構成要素は、同様に構築され、図１に関して記載したのと同じ効果を有してもよく、またはその逆も真である。
【００５５】
重要な構成要素として、船舶推進システム１００も、電解室２０、ガス化タンク３０、ターボ過給機４０、ならびに内燃機関５０を備える。
【００５６】
図１に関して記載したように、電解室２０は水素ガスおよび酸素ガスを生成する。ガス化タンク３０からのガス状の揮発性炭化水素とともに、水素ガスおよび酸素ガスは、ターボ過給機４０を介して内燃機関５０に供給される。
【００５７】
揮発性炭化水素の供給、特にエタノールまたは一般に他の揮発性有機化合物の供給を含む、貯蔵タンク３２が更に図示されている。これらは、ライン３１を介してガス化タンク３０に調節可能に導入することができる。
【００５８】
更に、圧縮空気をガス化タンク３０に供給する空気源３３が図示されている。この空気源３３は、より多量のガス状揮発性炭化水素をターボ過給機４０および内燃機関５０に供給するために、より多量のガス状揮発性炭化水素をガス化タンク３０内で生成するのに重要である。空気の圧縮は、ここでは図示されない空気圧縮機を用いて達成されてもよい。
【００５９】
圧縮された周囲空気、即ち主に窒素および酸素の混合物は、空気源３３を用いてガス化タンク３０に導入されてもよいが、ＣＯ２をガス化タンク３０に供給するのに用いることができる、バルブ３７を用いて制御されるＣＯ２タンク３６を提供することも可能である。
【００６０】
電解室２０は、電解質と水素および酸素の生成された混合物とが分離されてもよい、凝縮物トラップ（condensate trap）２１または凝縮物アキュムレータ２１に接続してもよい。
【００６１】
電解質は、凝縮物トラップ２１内で凝縮し、次に、電解質循環ポンプ１５を用いて給送して電解室２０に戻すことができる。したがって、凝縮物トラップ２１は、有利には、液体の進入に対して内燃機関５０を保護する。ガス状の水素および酸素ガスは、対照的に、真空ポンプ２５を用いて凝縮物トラップ２１から抜き出される。
【００６２】
真空ポンプ２５を用いて移送された酸水素ガス（つまり、生成された水素および酸素ガス）は、炭化水素または他の有機化合物とともに、ガス化タンク３０からライン２８を介してターボ過給機４０のダイヤフラム３９へと移送される。
【００６３】
水を、水入口２３を通して電解室２０内へと方向付けることができ、電解室で水素ガスおよび酸素ガスに変換される。電解質循環ポンプ１５も、水を水入口２３から電解室２０へと移送するのに使用することができ、それによってより簡単でコスト効率が良いセットアップが可能になる。図示されるように、水入口２３からの水ライン、および凝縮物トラップ２１からの電解質ラインは共通のラインにつながり、それが次いで電解質循環ポンプ１５につながってもよい。
【００６４】
簡単に点火可能な酸水素ガスを生成する電解室２０は、防爆エリア１９に配置されてもよい。この防爆エリア１９は、特に、気密ケーシングによって形成されてもよく、ならびに／またはガルバーニ電気的に分離された電気信号の送信機を備えてもよい。電解室２０の他に、ガス化タンク３０、凝縮物トラップ２１、および真空ポンプ２５も防爆エリア１９に配置されてもよい。不必要に大きいサイズの防爆エリア１９を回避するため、貯蔵タンク３２は対照的に、防爆エリア１９の外に配置されることが好ましい。ターボ過給機４０およびそのダイヤフラム３９も、防爆エリア１９の外側に配置される。
【００６５】
本発明の船舶推進システムによって、酸水素ガスおよび追加の揮発性有機化合物を添加することで、内燃機関を特に効率的に操作することが可能になる。更に、それによって汚染物質／排出物の生成が低減される。
【国際調査報告】
2018526580.tif 000005
2018526580.tif 000006
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2018526580.tif 000008
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