舶用脱硝装置およびこれを備えた船舶
【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できる舶用脱硝装置を提供する。
【解決手段】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、水素製造部によって製造された水素および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２と、舶用推進用のディーゼルエンジン３の排ガス通路としての第２排気管Ｌ２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とを備えた舶用脱硝装置１において、ハイブリッド排気タービン過給機５の発電機モータ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。
【解決手段】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、水素製造部によって製造された水素および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２と、舶用推進用のディーゼルエンジン３の排ガス通路としての第２排気管Ｌ２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とを備えた舶用脱硝装置１において、ハイブリッド排気タービン過給機５の発電機モータ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。
【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装置およびこれを備えた船舶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】
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装置およびこれを備えた船舶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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の舶用脱硝装置およびこれを備えた船舶は、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装置は、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装置において、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が前記アンモニア生成器に対して供給されることを特徴とする。
【０００７】
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装置を船舶内に設置することができる。
また、メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力がアンモニア生成器に対して供給されるので、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。また、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。
【０００８】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアは、前記メインエンジンの排ガス通路に対して、貯留されることなく直接供給されることを特徴とする。
【０００９】
アンモニア生成器によって生成されたアンモニアを、途中で貯留することなく排ガス通路に直接供給することとしたので、アンモニアを貯留する際に必要となる漏洩対策が不要となり付帯設備を最小化することができる。
また、アンモニアを排ガス通路に直接供給するので、漏洩を検知した時点でアンモニア生成を停止することで漏洩被害の拡大を最小限に止めることができる。これにより、脱硝装置の信頼性が向上する。
【００１０】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、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。
【００１１】
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。
【００１２】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、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。
【００１３】
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。
【００１４】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、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。
【００１５】
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。
【００１６】
メインエンジンから発生する窒素酸化物（NOx）量はメインエンジン負荷に対して概略比例関係を有している。ハイブリッド排気タービン過給機、パワータービン、または蒸気タービンは、その回転出力から発電を得る方式なのでメインエンジン負荷に応じた発電出力が得られるようになっている。したがって、脱硝のための必要アンモニア量を生成するための必要電力とメインエンジン負荷とが概略比例するので、メインエンジンに対する影響を少なく抑えることができる。
また、メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する場合、排気タービン過給機によりメインエンジンに送り込まれる空気量が低下するため、メインエンジン出力一定で比較した場合、発電しない場合に比べて排ガス温度が上昇する。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。本発明によれば、排ガス温度が上昇するのでＳＣＲ触媒の被毒を防止することができる。特に、メインエンジンとして２ストロークディーゼルエンジンを用いる場合には、排ガス温度が低いため効果的である。さらに、ＳＣＲ触媒の被毒の影響をゼロとする程度までハイブリッド排気タービン過給機またはパワータービンの発電量を増加させて排ガス温度を上昇させる運用も可能である。この場合、余剰電力が発生することになるが、機関室全体のシステム構成を見直すことにより、補機としてのディーゼルエンジン発電機の容量を減少させることができ、あるいは減台することができる。
【００１７】
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装置とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
上記のいずれかの舶用脱硝装置は、コンパクトに構成できるので、船舶に搭載するのに好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、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アンモニアの生成に用いることとしたので、少ない消費エネルギーで舶用脱硝装置を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる舶用脱硝装置が設けられたディーゼル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】本発明の第２実施形態にかかる舶用脱硝装置が設けられたディーゼルエンジンまわりを示した概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる舶用脱硝装置が設けられたディーゼルエンジンまわりを示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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装置１が設けられたディーゼルエンジン３まわりの概略構成が示されている。
船舶内には、船舶推進用のディーゼルエンジン（メインエンジン）３と、ディーゼルエンジン３からの排ガスを脱硝するための脱硝装置１と、ディーゼルエンジン３の排ガスによって駆動されるハイブリッド排気ターボ過給機５と、ディーゼルエンジン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。
【００２２】
ディーゼルエンジン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、ディーゼルエンジン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を介して排気ターボ過給機５のタービン部５ａの入口側と接続されている。
【００２３】
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を介して排気ターボ過給機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）１９が設置されている。
【００２４】
ハイブリッド排気ターボ過給機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５ｃ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。
【００２５】
この排ガスエコノマイザ１１は、排気ターボ過給機５のタービン部５ａの出口側の第２排気管Ｌ２に接続されており、ディーゼルエンジン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。
【００２６】
舶用脱硝装置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６１と、空気から窒素を製造する窒素製造部６３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６０とを備えている。
水素製造部６１に用いられる水は、船舶に搭載された造水機６５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６７によって製造された純水が用いられる。水素製造部６１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６１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６０へと送られる。
窒素製造部６３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６３で得られた窒素は、アンモニア生成部６０へと送られる。
アンモニア生成部６０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。
【００２７】
アンモニア生成器２では、水素製造部６１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
次に、上記構成の舶用脱硝装置１の運用方法について説明する。
ディーゼルエンジン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ボ過給機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１９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６１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。
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６１にて製造された水素と窒素製造部６３にて製造された窒素とからアンモニアが生成される。
【００３１】
排ガスNOx規制が厳格な海域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ボ過給機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、このＳＣＲ触媒部４にて脱硝され、図示しない煙突から外部へと排出される。
【００３２】
排ガスNOx規制が比較的緩やかな海域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ボ過給機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。
【００３３】
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装置を船舶内に設置することができる。
【００３４】
ディーゼルエンジン３の排気ガスによって発電するハイブリッド排気ターボ過給機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、ディーゼルエンジン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。
【００３５】
アンモニア生成器２によって生成されたアンモニアを、途中で貯留することなく第２排気管Ｌ２に直接供給することとしたので、アンモニアを貯留する際に必要となる漏洩対策が不要となり付帯設備を最小化することができる。
アンモニアを第２排気管Ｌ２に直接供給するので、漏洩を検知した時点でアンモニア生成を停止することで漏洩被害の拡大を最小限に止めることができる。これにより、脱硝装置１の信頼性が向上する。
【００３６】
また、ディーゼルエンジン３から発生するNOx量はディーゼルエンジン負荷に対して概略比例関係を有している。ハイブリッド排気タービン過給機５は、その回転出力から発電を得る方式なのでディーゼルエンジン負荷に応じた発電出力が得られるようになっている。したがって、脱硝のための必要アンモニア量を生成するための必要電力とディーゼルエンジン負荷とが概略比例するので、ディーゼルエンジン３に対する影響を少なく抑えることができる。
ハイブリッド排気タービン過給機５により発電することで、ディーゼルエンジン出力一定で比較した場合、発電しない場合に比べて排ガス温度が上昇する。ＳＣＲ触媒部４では、排ガス温度が低温になるほど排ガス中の硫黄分による被毒のおそれがある。本実施形態によれば、排ガス温度が上昇するのでＳＣＲ触媒部４の被毒を防止することができる。特に、２ストロークディーゼルエンジンを用いる場合には、排ガス温度が低いため効果的である。さらに、ＳＣＲ触媒部４の被毒の影響をゼロとする程度までハイブリッド排気タービン過給機５の発電量を増加させて排ガス温度を上昇させる運用も可能である。この場合、余剰電力が発生することになるが、機関室全体のシステム構成を見直すことにより、補機としてのディーゼルエンジン発電機の容量を減少させることができ、あるいは減台することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３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）からの発電出力を脱硝装置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）からの発電出力を脱硝装置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。
【００３８】
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３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５ａについては第１実施形態と同様である。
【００３９】
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の入口側へとディーゼルエンジン３の排ガスが導かれる。このように、ディーゼルエンジン３の排ガスの一部が、排気ターボ過給機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。
【００４０】
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、例えばリチウム二次電池、キャパシタ等の二次電池が用いられ、パワータービン側発電機３３からの出力変動を低減するために用いられる。
【００４１】
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と、非常時にパワータービン７への排ガスの供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁３９とが設けられている。また、非常停止用緊急遮断弁３９が遮断したときに、排気ターボ過給機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。
【００４２】
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。
ディーゼルエンジン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の排気エネルギーを有効に利用することができる。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図４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３参照）から得られた発電出力を脱硝装置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脱硝装置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。
【００４４】
図４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、排気ターボ過給機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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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７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。
【００４８】
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。
ディーゼルエンジン３の排ガスを駆動源とするパワータービン７に加えて、ディーゼルエンジン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、さらにディーゼル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。
【００４９】
なお、上述した第１実施形態および第２実施形態では、排ガスエコノマイザ１１を用いた構成としたが、排ガスエコノマイザ１１を省略した構成としても良い。
また、上述した各実施形態では、発電出力を船内系統３０へ供給し、この船内系統３０を介してアンモニア生成器２へ必要電力を供給する構成として説明したが、本発明はこれに限定されず、船内系統とは別の専用電力供給系統を設け、この専用電力系統からアンモニア生成器２へと発電電力を供給する構成としても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１ 舶用脱硝装置
２ アンモニア生成器
３ ディーゼルエンジン（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
９ 蒸気タービン
１１ 排ガスエコノマイザ（排ガスボイラ）
３３ パワータービン側発電機
５０ 異種タービン側発電機
６１ 水素製造部
６３ 窒素製造部
【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装置およびこれを備えた船舶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】
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装置およびこれを備えた船舶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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の舶用脱硝装置およびこれを備えた船舶は、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装置は、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装置において、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が前記アンモニア生成器に対して供給されることを特徴とする。
【０００７】
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装置を船舶内に設置することができる。
また、メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する発電機の発電出力がアンモニア生成器に対して供給されるので、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。また、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。
【０００８】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアは、前記メインエンジンの排ガス通路に対して、貯留されることなく直接供給されることを特徴とする。
【０００９】
アンモニア生成器によって生成されたアンモニアを、途中で貯留することなく排ガス通路に直接供給することとしたので、アンモニアを貯留する際に必要となる漏洩対策が不要となり付帯設備を最小化することができる。
また、アンモニアを排ガス通路に直接供給するので、漏洩を検知した時点でアンモニア生成を停止することで漏洩被害の拡大を最小限に止めることができる。これにより、脱硝装置の信頼性が向上する。
【００１０】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、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。
【００１１】
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。
【００１２】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、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。
【００１３】
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。
【００１４】
さらに、本発明の舶用脱硝装置では、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。
【００１５】
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。
【００１６】
メインエンジンから発生する窒素酸化物（NOx）量はメインエンジン負荷に対して概略比例関係を有している。ハイブリッド排気タービン過給機、パワータービン、または蒸気タービンは、その回転出力から発電を得る方式なのでメインエンジン負荷に応じた発電出力が得られるようになっている。したがって、脱硝のための必要アンモニア量を生成するための必要電力とメインエンジン負荷とが概略比例するので、メインエンジンに対する影響を少なく抑えることができる。
また、メインエンジンの排気エネルギーを用いて発電する場合、排気タービン過給機によりメインエンジンに送り込まれる空気量が低下するため、メインエンジン出力一定で比較した場合、発電しない場合に比べて排ガス温度が上昇する。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。本発明によれば、排ガス温度が上昇するのでＳＣＲ触媒の被毒を防止することができる。特に、メインエンジンとして２ストロークディーゼルエンジンを用いる場合には、排ガス温度が低いため効果的である。さらに、ＳＣＲ触媒の被毒の影響をゼロとする程度までハイブリッド排気タービン過給機またはパワータービンの発電量を増加させて排ガス温度を上昇させる運用も可能である。この場合、余剰電力が発生することになるが、機関室全体のシステム構成を見直すことにより、補機としてのディーゼルエンジン発電機の容量を減少させることができ、あるいは減台することができる。
【００１７】
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装置とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
上記のいずれかの舶用脱硝装置は、コンパクトに構成できるので、船舶に搭載するのに好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、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アンモニアの生成に用いることとしたので、少ない消費エネルギーで舶用脱硝装置を運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる舶用脱硝装置が設けられたディーゼル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】本発明の第２実施形態にかかる舶用脱硝装置が設けられたディーゼルエンジンまわりを示した概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる舶用脱硝装置が設けられたディーゼルエンジンまわりを示した概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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装置１が設けられたディーゼルエンジン３まわりの概略構成が示されている。
船舶内には、船舶推進用のディーゼルエンジン（メインエンジン）３と、ディーゼルエンジン３からの排ガスを脱硝するための脱硝装置１と、ディーゼルエンジン３の排ガスによって駆動されるハイブリッド排気ターボ過給機５と、ディーゼルエンジン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。
【００２２】
ディーゼルエンジン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、ディーゼルエンジン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を介して排気ターボ過給機５のタービン部５ａの入口側と接続されている。
【００２３】
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を介して排気ターボ過給機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）１９が設置されている。
【００２４】
ハイブリッド排気ターボ過給機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５ｃ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。
【００２５】
この排ガスエコノマイザ１１は、排気ターボ過給機５のタービン部５ａの出口側の第２排気管Ｌ２に接続されており、ディーゼルエンジン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。
【００２６】
舶用脱硝装置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６１と、空気から窒素を製造する窒素製造部６３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６０とを備えている。
水素製造部６１に用いられる水は、船舶に搭載された造水機６５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６７によって製造された純水が用いられる。水素製造部６１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６１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６０へと送られる。
窒素製造部６３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６３で得られた窒素は、アンモニア生成部６０へと送られる。
アンモニア生成部６０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。
【００２７】
アンモニア生成器２では、水素製造部６１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
次に、上記構成の舶用脱硝装置１の運用方法について説明する。
ディーゼルエンジン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ボ過給機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１９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６１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。
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６１にて製造された水素と窒素製造部６３にて製造された窒素とからアンモニアが生成される。
【００３１】
排ガスNOx規制が厳格な海域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ボ過給機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、このＳＣＲ触媒部４にて脱硝され、図示しない煙突から外部へと排出される。
【００３２】
排ガスNOx規制が比較的緩やかな海域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ボ過給機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。
【００３３】
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装置を船舶内に設置することができる。
【００３４】
ディーゼルエンジン３の排気ガスによって発電するハイブリッド排気ターボ過給機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、ディーゼルエンジン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。
【００３５】
アンモニア生成器２によって生成されたアンモニアを、途中で貯留することなく第２排気管Ｌ２に直接供給することとしたので、アンモニアを貯留する際に必要となる漏洩対策が不要となり付帯設備を最小化することができる。
アンモニアを第２排気管Ｌ２に直接供給するので、漏洩を検知した時点でアンモニア生成を停止することで漏洩被害の拡大を最小限に止めることができる。これにより、脱硝装置１の信頼性が向上する。
【００３６】
また、ディーゼルエンジン３から発生するNOx量はディーゼルエンジン負荷に対して概略比例関係を有している。ハイブリッド排気タービン過給機５は、その回転出力から発電を得る方式なのでディーゼルエンジン負荷に応じた発電出力が得られるようになっている。したがって、脱硝のための必要アンモニア量を生成するための必要電力とディーゼルエンジン負荷とが概略比例するので、ディーゼルエンジン３に対する影響を少なく抑えることができる。
ハイブリッド排気タービン過給機５により発電することで、ディーゼルエンジン出力一定で比較した場合、発電しない場合に比べて排ガス温度が上昇する。ＳＣＲ触媒部４では、排ガス温度が低温になるほど排ガス中の硫黄分による被毒のおそれがある。本実施形態によれば、排ガス温度が上昇するのでＳＣＲ触媒部４の被毒を防止することができる。特に、２ストロークディーゼルエンジンを用いる場合には、排ガス温度が低いため効果的である。さらに、ＳＣＲ触媒部４の被毒の影響をゼロとする程度までハイブリッド排気タービン過給機５の発電量を増加させて排ガス温度を上昇させる運用も可能である。この場合、余剰電力が発生することになるが、機関室全体のシステム構成を見直すことにより、補機としてのディーゼルエンジン発電機の容量を減少させることができ、あるいは減台することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３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）からの発電出力を脱硝装置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）からの発電出力を脱硝装置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。
【００３８】
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３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５ａについては第１実施形態と同様である。
【００３９】
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の入口側へとディーゼルエンジン３の排ガスが導かれる。このように、ディーゼルエンジン３の排ガスの一部が、排気ターボ過給機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。
【００４０】
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、例えばリチウム二次電池、キャパシタ等の二次電池が用いられ、パワータービン側発電機３３からの出力変動を低減するために用いられる。
【００４１】
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と、非常時にパワータービン７への排ガスの供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁３９とが設けられている。また、非常停止用緊急遮断弁３９が遮断したときに、排気ターボ過給機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。
【００４２】
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。
ディーゼルエンジン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の排気エネルギーを有効に利用することができる。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図４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３参照）から得られた発電出力を脱硝装置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脱硝装置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。
【００４４】
図４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、排気ターボ過給機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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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７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。
【００４８】
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。
ディーゼルエンジン３の排ガスを駆動源とするパワータービン７に加えて、ディーゼルエンジン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、さらにディーゼル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。
【００４９】
なお、上述した第１実施形態および第２実施形態では、排ガスエコノマイザ１１を用いた構成としたが、排ガスエコノマイザ１１を省略した構成としても良い。
また、上述した各実施形態では、発電出力を船内系統３０へ供給し、この船内系統３０を介してアンモニア生成器２へ必要電力を供給する構成として説明したが、本発明はこれに限定されず、船内系統とは別の専用電力供給系統を設け、この専用電力系統からアンモニア生成器２へと発電電力を供給する構成としても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１ 舶用脱硝装置
２ アンモニア生成器
３ ディーゼルエンジン（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
９ 蒸気タービン
１１ 排ガスエコノマイザ（排ガスボイラ）
３３ パワータービン側発電機
５０ 異種タービン側発電機
６１ 水素製造部
６３ 窒素製造部
【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、
を備えた舶用脱硝装置において、
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が前記アンモニア生成器に対して供給されることを特徴とする舶用脱硝装置。
【請求項２】
前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアは、前記メインエンジンの排ガス通路に対して、貯留されることなく直接供給されることを特徴とする請求項１に記載の舶用脱硝装置。
【請求項３】
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に記載の舶用脱硝装置。
【請求項４】
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に記載の舶用脱硝装置。
【請求項５】
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に記載の舶用脱硝装置。
【請求項６】
船舶推進用のメインエンジンと、
請求項１から５のいずれかに記載の舶用脱硝装置と、
を備えていることを特徴とする船舶。
【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、
を備えた舶用脱硝装置において、
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が前記アンモニア生成器に対して供給されることを特徴とする舶用脱硝装置。
【請求項２】
前記アンモニア生成器によって生成されたアンモニアは、前記メインエンジンの排ガス通路に対して、貯留されることなく直接供給されることを特徴とする請求項１に記載の舶用脱硝装置。
【請求項３】
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に記載の舶用脱硝装置。
【請求項４】
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に記載の舶用脱硝装置。
【請求項５】
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に記載の舶用脱硝装置。
【請求項６】
船舶推進用のメインエンジンと、
請求項１から５のいずれかに記載の舶用脱硝装置と、
を備えていることを特徴とする船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−９４５３６（Ｐ２０１１−９４５３６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９１９７（Ｐ２００９−２４９１９７）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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