JP2012180772A

JP2012180772A - 推進システム、これを備えた船舶およびこの制御方法

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Publication number: JP2012180772A
Application number: JP2011043191A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Mino; 雅彦美濃; Takashi Unseki; 隆司雲石; Daisuke Yamada; 大祐山田; Masahiko Watanabe; 昌彦渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20
Also published as: WO2012117980A1

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の有害物質を低減する排気ガス処理装置を有する推進システム、これを備えた船舶およびこの制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】推進用の動力を供給する複数台のディーゼルエンジン２Ａ、２Ｂと、各ディーゼルエンジン２Ａ、２Ｂから排出される排気ガスを処理して導出する排気ガス処理装置６と、各ディーゼルエンジン２Ａ、２Ｂと排気ガス処理装置６との間に設けられて、ディーゼルエンジン２Ａ、２Ｂの運転に連動して排気ガスの流通を遮断する排気ガス遮断手段７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから推進用の動力を得る推進システム、これを備えた船舶およびこの制御方法に関し、特に、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置を有する推進システムに関するものである。

一般に、船舶の主機に用いられているディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、ＮＯｘ、ＳＯｘおよび煤塵等の有害物質や環境に負荷を与える物質が含まれている。特に、低質な燃料（Ｃ重油）が使用される船舶用のディーゼルエンジンにあっては、排出される有害物質の含有量も多い。そのため、このような有害物質を排出しない種々の方式として、選択触媒還元（ＳＣＲ）、排ガス再循環（ＥＧＲ）方式や、スクラバの設置などが採用されている。

また近年では、環境保全の観点から、ＩＭＯ（International Marine Organization、国際海事機関）によるエンジンからの排ガス規制が段階的に厳しく定められている。そのため、ＥＣＡ海域（Emission Control Area、大気汚染物質放出規制海域）を航行する船舶では、エンジン本体の改良に加え、図２に示すようなスクラバ等の排気ガス処理装置の設置や、硫黄分が低い燃料の使用、硫黄分を含んでいない天然ガス燃料等の代替燃料への転換が検討されている。

図２には、ディーゼルエンジンと排気ガス処理装置としてスクラバとを有している従来の船舶の推進システムの概略構成図が示されている。
プロペラ１０５は、プロペラ軸１０４を介してディーゼルエンジン１０２に接続されている。そのため、ディーゼルエンジン１０２が運転することによって、プロペラ１０５が回転駆動されて推力が発生する。これにより、船舶（図示せず）が推進する。

また、ディーゼルエンジン１０２の運転によって、ディーゼルエンジン１０２から排気ガスが排出される。ディーゼルエンジン１０２から排出される排気ガスは、例えば、排ガスエコノマイザ１０３へと導かれて、図示しない給水系統から導かれたボイラ水と熱交換する。これによって、船内に供給される蒸気を発生させることとなる。

図２のように、排ガスエコノマイザ１０３において熱交換して温度の低下した排気ガスは、スクラバ１０６へと導かれる。スクラバ１０６に導かれた排気ガスは、その中のＳＯｘ成分が海水や清水によって洗浄される。このようにしてスクラバ１０６内で洗浄されてＳＯｘ成分が低減した排気ガスは、煙突（図示せず）から船外へと排出される。

実開昭６１−８６５５４号公報

しかし、特許文献１や図２に示すような１台のディーゼルエンジン１０２を備える推進システム１０１において、船内にスクラバ１０６を設置した場合には、船舶の最大出力に相当する容量のスクラバ１０６を設置する必要があるため、スクラバ１０６が巨大となって設置場所の制約が大きくなるという問題があった。また、通常排気ガスは機関室（図示せず）上部の煙突（図示せず）から排出される為、スクラバ１０６の配置は機関室上ケーシング（図示せず）内部に設置する必要が生じ、洗浄水の揚水に大きな動力が必要となり、さらには巨大なスクラバ１０６を設置することによって、貨物の積荷量を削減する必要性も懸念される。

また、２０１５年以降に硫黄分が低い燃料を用いる場合には、燃料中の硫黄成分を０．１％以下にしたＭＧＯ（Marine Gas Oil）を用いることが要求されている。ＭＧＯは、従来から使用されてきたＣ重油に比べて価格が高いため、船舶の運航費用の増大を招く恐れがある。さらに、燃料中の硫黄成分が０．１％の燃料の安定供給についても懸念されている。

さらに、天然ガスを燃料に用いた場合には、天然ガス焚きのエンジンの搭載と共に、天然ガス用の燃料タンクの装備が必要となる。そのため、従来から使用されているディーゼルエンジンに比べて高価であるガス焚きエンジンを搭載すると共に、天然ガス用の燃料タンクを装備することによって建造コストが嵩むという問題がある。

また、燃料である天然ガスの積み込み港が限定されることや、天然ガス用の燃料タンクを装備した場合には、天然ガスの比重が軽いために大きな容積のタンクが必要となり、貨物の積荷量の削減を余儀なくされる恐れもある。

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、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の有害物質を低減する排気ガス処理装置を有する推進システム、これを備えた船舶およびこの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の推進システム、これを備えた船舶およびこの制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る推進システムによれば、推進用の動力を供給する複数台のディーゼルエンジンと、各該ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置と、各前記ディーゼルエンジンと前記排気ガス処理装置との間に設けられて、前記ディーゼルエンジンの運転に連動して排気ガスの流通を遮断する排気ガス遮断手段と、を備えることを特徴とする。

推進用の動力を供給するディーゼルエンジンを複数台設けて、ディーゼルエンジンの運転に連動してディーゼルエンジンから排出される排気ガスの排気ガス処理装置への流通を遮断する排気ガス遮断手段を設けることとした。そのため、ディーゼルエンジンの台数に比べて、排気ガス処理装置の台数を減らすことができる。したがって、排気ガス処理装置の船内設置容積を低減することができる。

本発明に係る推進システムによれば、前記排気ガス処理装置は、１台の前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガス量を処理することが可能な容量であることを特徴とする。

１台のディーゼルエンジンから排出される排気ガス量を処理することが可能な容量の排気ガス処理装置を用いることとした。そのため、排気ガス処理装置の容量を削減して、排気ガス処理装置を小型化することができる。

本発明に係る船舶によれば、上記のいずれかに記載の推進システムを備えたことを特徴とする。

排気ガス処理装置の台数を低減して小型化することが可能な推進システムを用いることとした。そのため、排気ガス処理装置を船底に設置して、排気ガス処理装置に海水等を導くポンプや、排気ガスを処理するために排気ガス処理装置に付随する機器の小型化、低減を図ることができる。したがって、排気ガス処理に係る船内電力消費量を削減することができる。また、排気を上方ではなく後方とすることで排気ガス処理装置を低位置に装備でき、洗浄水の揚水の為の動力を削減することができ更なる船内電力消費量の削減も可能である。

本発明に係る推進システムの制御方法によれば、推進用の動力を供給する複数台のディーゼルエンジンと、各該ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置と、各前記ディーゼルエンジンと前記排気ガス処理装置との間に設けられて、前記ディーゼルエンジンの運転に連動して排気ガスの流通を遮断する排気ガス遮断手段と、を備える船舶の推進システムの制御方法であって、前記ディーゼルエンジンの運転を停止する際には、前記排気ガス遮断手段を閉状態にすることを特徴とする。

推進用の動力を供給するエンジンを複数台設けて、各エンジンから排出される排気ガスの排気ガス処理装置への流通を遮断する排気ガス遮断手段を各エンジンと排気ガス処理装置との間に設けることとした。そのため、エンジンの台数に比べて、排気ガス遮断手段の台数を減らすことができる。したがって、船内に設置される排気ガス処理装置の設置容積を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る船舶の推進システムの概略構成図である。従来の船舶の推進システムの構成を示す概略構成図である。

図１には、本発明の一実施形態に係る船舶の推進システムの概略構成図が示されている。
本発明の一実施形態に係る船舶（図示せず）の推進システム１は、主機としての舶用ディーゼルエンジン（以下、「メインエンジン」という。）２が２台（複数台）搭載されており、各メインエンジン（ディーゼルエンジン）２にプロペラ軸４が各々接続されており、各プロペラ軸４の端部には、プロペラ５が各々設けられている２機２軸である。また、推進システム１は、各メインエンジン２から排出される排気ガス中のＳＯｘ成分を洗浄する（処理する）スクラバ（排気ガス処理装置）６と、各メインエンジン２とスクラバ６との間に設けられている排気ガス切替ダンパー（排気ガス遮断手段）７とを備えている。

２台搭載されているメインエンジン２Ａ、２Ｂは、互いに独立して運転が可能とされている。このようなメインエンジン２Ａ、２Ｂの船尾側には、各々プロペラ軸４Ａ、４Ｂを介してプロペラ５Ａ、５Ｂが設けられている。また、プロペラ軸４Ａ、４Ｂとメインエンジン２Ａ、２Ｂとの間には、各々クラッチ８Ａ、８Ｂが設けられている。

各メインエンジン２Ａ、２Ｂは、各プロペラ５Ａ、５Ｂを回転駆動して船舶の推進力を発生させる。各クラッチ８Ａ、８Ｂは、各メインエンジン２Ａ、２Ｂと、メインエンジン２Ａ、２Ｂの各々に接続されている各プロペラ軸４Ａ、４Ｂとの間を嵌脱可能にしている。各プロペラ軸４Ａ、４Ｂは、各クラッチ８Ａ、８Ｂが嵌合することによって各メインエンジン２Ａ、２Ｂによって回転駆動される。各プロペラ５Ａ、５Ｂは、各プロペラ軸４Ａ、４Ｂが回転駆動することによって回転されて、船舶の推進力を発生する。

スクラバ６は、その内部に導かれた排気ガスに清水供給ポンプ（図示せず）によって供給された清水を噴霧することにより、排気ガス中のＳＯｘ成分を洗浄するものである。スクラバ６は、推進システム１中に１台設けられており、推進システム１を構成している２台のメインエンジン２Ａ、２Ｂの内の１台のメインエンジン２Ａまたは２Ｂから排出される排気ガス中のＳＯｘ成分を規制値以下にすることが可能な容積とされている。スクラバ６には、後述する排ガスエコノマイザ３Ａまたは３Ｂを通過したメインエンジン２Ａまたは２Ｂの排気ガスが導かれる。

各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂは、その内部において各メインエンジン２Ａ、２Ｂから排出された排気ガスと、図示しない給水系統から導かれたボイラ水とが熱交換するものである。各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂにおいて排気ガスと熱交換して加熱されたボイラ水は、船内で使用される蒸気として船内に供給される。

排ガス切替ダンパ７は、後述する配管１３Ａ、１３Ｂ上に各１箇所（図１において７Ａ、７Ｂ）ずつ、さらに、配管１２Ａ、１２Ｂ上に各１箇所（図１において７Ｃ、７Ｄ）ずつ、例えば、４箇所（複数）に設けられている。これら排ガス切替ダンパ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは、各メインエンジン２Ａ、２Ｂの運転状態に応じて開閉が行われる。

このような推進システム１は、各メインエンジン２Ａ、２Ｂと各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂとの間を接続している配管１１Ａ、１１Ｂ、各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂと各煙突９（図１には、煙突９Ｂのみを示す）との間を接続している配管１２Ａ、１２Ｂ、各配管１２Ａ、１２Ｂの途中位置に合流して各配管１２Ａ、１２Ｂとスクラバ６の入口との間を接続している配管１３Ａ、１３Ｂ、スクラバ６の出口と配管１２Ｂとの間を接続している配管１４とによって接続されている。

なお、前述した排ガス切替ダンパ７のうち排ガス切替ダンパ７Ｃは、配管１２Ａ上であって配管１３Ａが合流している下流側に設けられており、排ガス切替ダンパ７Ｄは、配管１２Ｂ上であって配管１２Ｂに合流している配管１３Ｂと配管１４との間の配管１２Ｂ上に設けられている。

次に、本実施形態の推進システム１の制御方法について説明する。
まず、ＳＥＣＡ海域（Sox Emission Control Area、硫黄酸化物排出規制海域）外の一般海域を船舶が航行する場合には、各メインエンジン２Ａ、２Ｂの船尾側に設けられている各クラッチ８Ａ、８Ｂを嵌合させる。各クラッチ８Ａ、８Ｂを嵌合した後、各メインエンジン２Ａ、２Ｂを運転状態にする。また、配管１２Ａ、１２Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ｃ、７Ｄを開状態にして、配管１３Ａ、１３Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ａ、７Ｂを閉状態にする。

各クラッチ８Ａ、８Ｂが嵌合しているので、各メインエンジン２Ａ、２Ｂが運転状態になることによって、各プロペラ軸４Ａ、４Ｂが回転駆動される。各プロペラ軸４Ａ、４Ｂが回転駆動されることによって、各プロペラ５Ａ、５Ｂが回転して推力が発生する。これによって、船舶が推進する。

各メインエンジン２Ａ、２Ｂが運転状態になることによって、各メインエンジン２Ａ、２Ｂから排気ガスが排出される。各メインエンジン２Ａ、２Ｂから排出された排気ガスは、各メインエンジン２Ａ、２Ｂと各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂとの間を接続している配管１１Ａ、１１Ｂに導出される。

各配管１１Ａ、１１Ｂに導出された排気ガスは、各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂに導かれる。各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂに導かれた排気ガスは、各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂの内部において、給水系統から導かれたボイラ水と熱交換する。熱交換することによって排気ガスは、温度が低下し、ボイラ水は加熱される。

各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂ内でボイラ水と熱交換して温度が低下した排気ガスは、各排ガスエコノマイザ３Ａ、３Ｂと各煙突９Ａ（図示せず）、９Ｂとの間を接続している配管１２Ａ、１２Ｂに導出される。

ここで、配管１２Ａ、１２Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ｃ、７Ｄが開状態であり、配管１２Ａ、１２Ｂに合流している配管１３Ａ、１３Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ａ、７Ｂが閉状態のため、配管１２Ａ、１２Ｂに導出された排気ガスは、排ガス切替ダンパ７Ｃ、７Ｄを経て各煙突９Ａ、９Ｂから船外へと排出される。

次に、ＳＥＣＡ海域内を船舶が航行する場合には、２台のメインエンジン２Ａ、２Ｂの内、例えば、メインエンジン２Ｂの運転を停止する。さらに、運転停止状態とされたメインエンジン２Ｂの船尾側に設けられているクラッチ８Ｂを脱状態にし、運転状態とされたメインエンジン２Ａの船尾側に設けられているクラッチ８Ａを嵌合状態とする。また、配管１２Ａ、１２Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ｃ、７Ｄを閉状態にして、配管１３Ａ、１３Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ａ、７Ｂを開状態にする。

クラッチ８Ａが嵌合しているので、メインエンジン２Ａが運転することによって、プロペラ軸４Ａが回転駆動される。プロペラ軸４Ａが回転駆動されることによって、プロペラ５Ａが回転して推力が発生する。これによって、船舶が推進する。
一方、クラッチ８Ｂが脱状態とされているので、プロペラ軸４Ｂおよびプロペラ５Ｂは回転しない。
このように、プロペラ５Ａによる推進力のみで船舶が航行することとなるので、減速航行となる。

運転しているメインエンジン２Ａからは、排気ガスが排出される。メインエンジン２Ａから排出された排気ガスは、メインエンジン２Ａと排ガスエコノマイザ３Ａとの間を接続している配管１１Ａに導出される。

配管１１Ａに導出された排気ガスは、排ガスエコノマイザ３Ａに導かれる。排ガスエコノマイザ３Ａに導かれた排気ガスは、排ガスエコノマイザ３Ａの内部において、給水系統から導かれたボイラ水と熱交換する。熱交換することによって排気ガスは、温度が低下し、ボイラ水は加熱される。

排ガスエコノマイザ３Ａ内でボイラ水と熱交換して温度が低下した排気ガスは、排ガスエコノマイザ３Ａと煙突９Ａとの間を接続している配管１２Ａに導出される。
ここで、配管１２Ａ、１２Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ｃ、７Ｄが閉状態であり、配管１２Ａ、１２Ｂに合流している配管１３Ａ、１３Ｂ上に設けられている排ガス切替ダンパ７Ａ、７Ｂが開状態のため、配管１２Ａに導出された排気ガスは、スクラバ６の入口に導かれる。

スクラバ６の入口に導かれた排気ガスは、スクラバ６内で清水が噴霧されることによってＳＯｘ成分が洗浄される。洗浄されてＳＯｘ量が低減した排気ガスは、スクラバ６の出口に接続されている配管１４に導出される。配管１４に導出された洗浄された排気ガスは、配管１２Ｂに合流して煙突９Ｂから船外へと排出される。

このようにしては、ＳＥＣＡ海域内を船舶が航行する場合には、メインエンジン２Ａのみの減速航行となるが、メインエンジン２Ａから排出された排気ガスをスクラバ６によって洗浄して規制値以下のＳＯｘ量に低減した後、船外へと排出することができる。

以上の通り、本実施形態に係る推進システム１、これを備えている船舶およびこの制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。
推進用の動力を供給するメインエンジン（ディーゼルエンジン）２を２台（複数台）設けて、各メインエンジン２Ａ、２Ｂの運転に連動して各メインエンジン２Ａ、２Ｂから排出される排気ガスのスクラバ（排気ガス処理装置）６への流通を遮断する排ガス切替ダンパ（排気ガス遮断手段）７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを設けることとした。そのため、メインエンジン２の台数（２台）に比べて、スクラバ６の台数（１台）を減らすことができる。したがって、スクラバ６の船内設置容積を低減することができる。

１台のメインエンジン２Ａから排出される排気ガス量を処理することが可能な容量のスクラバ６を用いることとした。そのため、スクラバ６の容量を削減して、スクラバ６を小型化することができる。

スクラバ６の台数を１台に低減して小型化することが可能な推進システム１を用いることとした。そのため、スクラバ６を船底に設置して、スクラバ６に清水を導く清水供給ポンプ（図示せず）や、排気ガスを処理するためにスクラバ６に付随する機器の小型化、台数の低減を図ることができる。したがって、排気ガス処理に係る船内電力消費量を削減することができる。

また、推進システム１において排気ガスを後部の煙突９から排出する途中にスクラバ６を設けることによりスクラバ６を低位置に設置することが可能となり揚水の為の動力を削減し、更なる船内電力消費量を削減することも可能である。

なお、本実施形態では、２機２軸として説明したが、各メインエンジン２Ａ、２Ｂの船尾側にギアを設けて、プラペラ軸４を１軸にした２機１軸としても良いし、メインエンジン２の台数を２台以上にしても良い。

さらに、推進システム１内に排ガスエコノマイザ３を設けないものとしても良く、排ガスエコノマイザ３は、触媒油ボイラでも良い。更に、スクラバ内で排気ガスに噴霧される清水の替わりに海水を噴霧するものとしても良い。
また、本実施形態では、主機としてディーゼルエンジンを用いる船舶として説明したが、発電機エンジンを装備する電気推進船であっても良い。

また、排気ガス処理装置として排気ガス中のＳＯｘ量を低減することができるスクラバ６を用いるとして説明したが、ＮＯｘ低減の為にＥＧＲ（排ガス再循環方式）やＳＣＲ（接触触媒還元方式）を用いても良い。

１推進システム
２、２Ａ、２Ｂディーゼルエンジン（メインエンジン）
６排気ガス処理装置（スクラバ）
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ排気ガス遮断手段（排ガス切替ダンパ）

Claims

推進用の動力を供給する複数台のディーゼルエンジンと、
各該ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置と、
各前記ディーゼルエンジンと前記排気ガス処理装置との間に設けられて、前記ディーゼルエンジンの運転に連動して排気ガスの流通を遮断する排気ガス遮断手段と、を備えることを特徴とする船舶の推進システム。
前記排気ガス処理装置は、１台の前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガス量を処理することが可能な容量であることを特徴とする請求項１に記載の船舶の推進システム。
請求項１または請求項２に記載の推進システムを備えた船舶。
推進用の動力を供給する複数台のディーゼルエンジンと、
各該ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置と、
各前記ディーゼルエンジンと前記排気ガス処理装置との間に設けられて、前記ディーゼルエンジンの運転に連動して排気ガスの流通を遮断する排気ガス遮断手段と、を備える船舶の推進システムの制御方法であって、
前記ディーゼルエンジンの運転を停止する際には、前記排気ガス遮断手段を閉状態にすることを特徴とする船舶の推進システムの制御方法。