JP2017039870A - 燃料組成物、船舶、及び燃料組成物自動切り替えシステム - Google Patents

Abstract

【課題】分解軽質軽油と水を混合してなる燃料組成物であって、パイロット噴射装置を備えないディーゼル機関で使用できる燃料組成物を提供する。窒素酸化物の排出量が小さい船舶を提供する。
【解決手段】分解軽質軽油にガス液化油と水を添加して、エマルジョン化して燃料組成物を構成する。また、船舶１０において、前記燃料組成物をディーゼル機関１２の燃料として使用する。また、船舶１０に、水、分解軽質軽油及びガス液化油をそれぞれ貯蔵する清水タンク１５、ＬＣＯタンク１３及びＧＴＬタンク１４と、各タンクから供給される水、分解軽質軽油及びガス液化油を混合して燃料組成物を製造する混合機１６を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料組成物、船舶、及び燃料組成物自動切り替えシステムに関する。

従来、舶用燃料としてＣ重油が多用されてきた。しかしながら、近年は硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出規制が強化されつつあり、硫黄分を多く含むＣ重油を舶用燃料として使用できる海域は狭くなりつつある。また、近い将来においては、Ｃ重油の舶用燃料としての使用は、事実上、不可能になることが予想されている。

そこで、硫黄分の含有量が少ない分解軽質軽油（ＬＣＯ：Light Cycle Oil）が、Ｃ重油に代わる舶用燃料として注目されている（例えば、特許文献１）。ＬＣＯは、減圧軽油や残油を流動接触分解装置（ＦＣＣ：Fluid Catalytic Cracker）に通して得られる留分のうち、ガソリンより高沸点の留分、つまり分解軽油のうち軽質な留分（沸点範囲 ２２０〜４３０ ℃程度）であり、分解軽質軽油とも呼ばれる。ＬＣＯは硫黄分の含有量が少ないので、ＬＣＯを舶用燃料として使用すれば、船舶から排出されるＳＯｘの量を削減できる。

また、船舶においては、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量も規制されている。ＮＯｘの排出量を削減する方法として、燃料油と水を混合してなるエマルジョン燃料をディーゼル機関用燃料として使用することが知られている（特許文献２）。エマルジョン燃料は燃料油をそのまま燃焼させる場合に比べて燃焼温度が低いので、ＮＯｘの生成量（排出量）が減少する。

しかしながら、エマルジョン燃料は一般に着火性が低いので、ディーゼル機関においては、着火遅れとそれに起因する異常振動が発生しやすいという問題があった。この問題を解決する手段として、特許文献３には、エマルジョン燃料の噴射に先行して、セタン価が高い補助燃料、たとえばＡ重油を噴射するパイロット噴射装置をディーゼル機関に備えることが開示されている。

特開２００１−１５８８９０号公報 特開２０１４−２２１８７２号公報 特開平０８−２４６９６１号公報

ＬＣＯと水を混合してなるエマルジョン燃料を、舶用燃料として使用すれば、船舶からのＳＯｘとＮＯｘの排出量が同時に削減されることが予想される。しかしながら、ＬＣＯはセタン価が低いので、ＬＣＯと水を混合してなるエマルジョン燃料は、一般的なエマルジョン燃料に比べても、更に着火性が低いという問題があった。そのため、ＬＣＯと水を混合してなるエマルジョン燃料は、ディーゼル機関の主燃料としては使いにくいものであった。特に、パイロット噴射装置を備えない従来型のディーゼル機関においては、ＬＣＯと水を混合してなるエマルジョン燃料は使いにくいものであった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ＬＣＯと水を混合してなる燃料組成物であって、パイロット噴射装置を備えないディーゼル機関で使用できる燃料組成物を提供することを目的とする。また、硫黄酸化物及び窒素酸化物の排出量が小さい船舶を提供することを目的とする。また、船舶の主機関に、当該船舶が所在する海域に応じた燃料組成物を自動的に選択して供給するシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る燃料組成物は、分解軽質軽油にガス液化油と水を添加して、エマルジョン化して構成される。

上記燃料組成物において、分解軽質軽油とガス液化油の合計質量に対して、ガス液化油を３０％以上含有するようにしても良い。

上記燃料組成物において、分解軽質軽油とガス液化油の合計質量に対して、水を５０％以上含有するようにしても良い。

上記燃料組成物において、分解軽質軽油とガス液化油の合計質量に対して、水を７０％以上含有するようにしても良い。

本発明に係る船舶は、上記のいずれかの燃料組成物を推進機関の燃料として使用するものである。

上記船舶に、水、分解軽質軽油及びガス液化油をそれぞれ貯蔵するタンクと、各タンクから供給される水、分解軽質軽油及びガス液化油を混合して燃料組成物を製造する混合機を備えるようにしても良い。

上記船舶に、水を貯蔵するタンクと、分解軽質軽油とガス液化油を混合して構成される混合油を貯蔵するタンクと、各タンクから供給される水と混合油を混合して燃料組成物を製造する混合機を備えるようにしても良い。

本発明に係る燃料組成物自動切り替えシステムは、大気汚染物質の排出が他の海域に比べて厳しく規制される規制海域と他の海域との境界の位置を示す規制海域外縁情報が記録された電子海図装置と、当該船舶の現在位置情報を取得する位置情報取得装置と、混合機における原料油及び水の混合割合を変更して、混合機において、少なくとも、規制海域における大気汚染物質の排出規制に適合する第１の燃料組成物と、他の海域において使用が許容される第２の燃料組成物を選択して生成させる混合割合変更装置とを備える。そして、混合割合変更装置は、位置情報取得装置で取得された当該船舶の現在位置情報を電子海図装置に記録された規制海域外縁情報と照合して、当該船舶が規制海域に所在する場合には、混合機において第１の燃料組成物を生成させ、当該船舶が他の海域に所在する場合には、混合機において、第２の燃料組成物を生成させるように構成される。

上記混合割合変更装置は、当該船舶が他の海域から規制海域に進入する場合においては、当該船舶が規制海域に入域する前に、混合機で生成される燃料組成物を第１の燃料組成物に変更し、当該船舶が規制海域から他の海域に進出する場合においては、当該船舶が規制海域から出域した後で、混合機で生成される燃料組成物を第２の燃料組成物に変更するように構成されても良い。

本発明に係る船舶は、上記のいずれかの燃料組成物自動切り替えシステムを搭載するものである。

本発明に係る燃料組成物は、分解軽質軽油を主成分とするので、硫黄の含有量が少なく、燃焼時に排出される硫黄酸化物の量が少ない。また、本発明に係る燃料組成物は分解軽質軽油に水を加えてエマルジョン化して構成されるので、燃焼温度を低くすることができ、燃焼時に排出される窒素酸化物の量を減少させることができる。本発明に係る燃料組成物は、ガス液化油を含有するので、着火性が改善される。そのため、本発明に係る燃料組成物をディーゼル機関の燃料として使用する場合には、ディーゼル機関にセタン価の高い燃料をパイロット噴射する装置を備える必要がない。つまり、本発明によれば、パイロット噴射装置を備えない従来型のディーゼル機関で使用可能な燃料であって、硫黄酸化物と窒素酸化物の排出量の少ない燃料が提供される。

本発明に係る船舶は、上記燃料組成物を推進機関として使用するので、船舶に対するＳＯｘ及びＮＯｘの排出規制を容易にクリアすることができる。したがって、本発明によれば、航行海域が制限されない船舶を容易に提供することができる。

本発明に係る燃料組成物自動切り替えシステムによれば、船舶が所在する海域に応じた燃料組成物を選択して、当該船舶に使用させることができる。例えば、当該船舶が大気汚染物質の排出が厳しく規制される海域を航行している場合には、大気汚染物質の排出量が少ない燃料組成物を、当該船舶が前記海域の外を航行している場合には、比較的安価な燃料組成物をそれぞれ選択して、当該船舶に使用させることができる。そのため、船舶において環境保全性と経済性を両立させることができる。

本発明の実施形態に係る燃料組成物の燃焼試験を行うＲＣＥＭ装置の外形を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る船舶の構成を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る船舶の構成の別例を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る燃料組成物自動切り替えシステムのハードウェア構成を示す概念図である。 規制海域、一般海域及び準備海域の概念を説明する概念図である。 本発明の実施形態に係る混合割合変更プログラムによる処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る燃料組成物の実施形態を、必要に応じて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。

（燃料試験）
本発明に係る燃料組成物の性能を確認するために、下記の６種の燃料について、ディーゼル機関の燃焼室内での燃焼を模擬するＲＣＥＭ(Rapid Compression and Expansion Machine)装置を用いて燃焼試験を行った。

実施例１：７０質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）、３０質量％のガス液化油（ＧＴＬ）、及び５０質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料。
実施例２：７０質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）、３０質量％のガス液化油（ＧＴＬ）、及び７０質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料。
実施例３：５０質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）、５０質量％のガス液化油（ＧＴＬ）、及び１００質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料。
比較例１：１００質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）と１００質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料。
比較例２：１００質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）と１２０質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料。
比較例３：軽油（ＧＯ）単体。
比較例４：分解軽質軽油（ＬＣＯ）単体。

（分解軽質軽油）
分解軽質軽油は、減圧軽油や残油を流動接触分解装置に通して、触媒に接触させて得られる留分のうちガソリンより高沸点の留分、すなわち分解軽油のうち軽質な留分（沸点範囲２２０ 〜４３０ ℃程度）である。また、分解軽質軽油はライト・サイクル・オイル（ＬＣＯ：Light Cycle Oil）とも呼ばれる。

（ガス液化油）
ガス液化油は、炭素数が1個から数個程度と少ない炭化水素ガスを原料として、一度、フィッシャー・トロプシュ反応によって、最大１００個以上も炭素が繋がった大きな炭化水素分子を合成した後に、水素化分解工程によって、炭素数を１１−１５程度に減じて得られる一種の人造石油である。また、ガス液化油はＧＴＬ（Gas To Liquid）油とも呼ばれる。

（軽油）
軽油は、原油の蒸留によって得られる沸点範囲が１８０ - ３５０℃ 程度の炭化水素混合物であって、伝統的なディーゼル燃料である。また、軽油はガスオイル（ＧＯ：Gas oil）とも呼ばれる。

（原料油の性状）
燃焼試験に使用した各燃料を構成する原料油、つまり分解軽質軽油（ＬＣＯ）、ガス液化油（ＧＴＬ）及び軽油（ＧＯ）の性状は、表１に示す通りである。

（ＲＣＥＭ装置）
図１は、実施例１〜比較例４に係る燃料の燃焼試験を行ったＲＣＥＭ装置の外形を示す斜視図である。ＲＣＥＭ装置１は、ディーゼル機関の燃焼室を模擬する装置であって、図１に示すように、シリンダ２を備えている。シリンダ２の内部には図示しないピストンが配置されている。ピストンは、図示しないコネクティングロッドを介して図示しないクランク軸に連結され、クランク軸は図示しない駆動源で回転駆動される。クランク軸が回転すると、ピストンはシリンダ２内で上下動する。また、シリンダ２の上部には、燃料噴射弁３と吸気弁４が配置されている。燃料噴射弁３は図示しない燃料ポンプに接続され、燃料噴射弁３が開放されると、燃料ポンプで加圧された燃料がシリンダ２内に噴射される。

吸気弁４は圧縮空気タンク５に接続される。圧縮空気タンク５には図示しない空気圧縮機で圧縮された高圧空気が溜められていて、吸気弁４が開放されると、圧縮空気タンク５内に溜められた高圧空気がシリンダ２内に流入する。また、圧縮空気タンク５と吸気弁４を結ぶ管路６の内部には、図示しないヒータが配置されていて、シリンダ２内に流入する高圧空気はこのヒータによって加温される。なお、圧縮空気タンク５と図示しないヒータは、過給機を模擬する装置である。圧縮空気タンク５から供給されて、管路６の内部で加温されて、吸気弁４を通ってシリンダ２内に流入する高圧空気は、過給機において断熱圧縮された空気に相当する。

このように、ＲＣＥＭ装置１によれば、過給機付きディーゼル機関の燃焼室における燃料の燃焼を模擬することができる。なお、シリンダ２の側面には覘き窓７が備えられていて、覘き窓７を通して、シリンダ２内の燃焼炎を観察することができる。

なお、ＲＣＥＭ装置１の基本的な仕様は以下の通りである。
ストローク‥‥‥２６０ｍｍ
圧縮比‥‥‥１０．４
回転速度‥‥‥３６０ｒｐｍ

（実験条件）
燃焼試験における初期圧力及び初期温度、つまり吸気弁４を通ってシリンダ２内に吸気される空気の圧力及び温度は０．５６ＭＰａ及び９０℃とした。また圧縮圧力及び圧縮温度、つまりピストンが上死点にある時のシリンダ２内の空気の圧力及び温度は１０ＭＰａ及び５３０℃とした。また、燃料噴射弁３はピストンが上死点の手前９°（クランク角度）にある時に開放され、ピストンが上死点から１３°（クランク角度）下降したタイミングで閉鎖されるように設定した。つまり、ピストンが上死点にある時のクランク角度を０°とする場合に、クランク角度が−９°から＋１３°にある間に、燃料噴射弁３が開放され、燃料がシリンダ２内に噴射されるように設定した。

（実施例１）
前述したように、実施例１に係る燃料組成物は、７０質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）、３０質量％のガス液化油（ＧＴＬ）、及び５０質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料である。つまり、実施例１に係る燃料組成物は、ＬＣＯ、ＧＴＬ及び水を質量比で７：３：５の割合で混合して構成される水エマルジョン燃料である。この実施例１に係る燃料組成物をＲＣＥＭ装置１において、上記の条件（ただし、燃料噴射弁３の孔径を０．６ｍｍ、噴射圧力を１２３．２ＭＰａとした）で燃焼試験を行ったところ、クランク角度−２．５°付近で自己着火が確認された。つまり、ディーゼル燃料として十分な着火性が確認された。

（実施例２）
実施例２に係る燃料組成物は、７０質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）、３０質量％のガス液化油（ＧＴＬ）、及び７０質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料である。つまり、実施例２に係る燃料組成物は、ＬＣＯ、ＧＴＬ及び水を質量比で７：３：７の割合で混合して構成される水エマルジョン燃料である。この実施例２に係る燃料組成物をＲＣＥＭ装置１において、上記の条件（ただし、燃料噴射弁３の孔径を０．６ｍｍ、噴射圧力を１４１．９ＭＰａとした）で燃焼試験を行ったところ、クランク角度−１．２°付近で自己着火が確認された。つまり、ディーゼル燃料として十分な着火性が確認された。

（実施例３）
実施例３に係る燃料組成物は、５０質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）、５０質量％のガス液化油（ＧＴＬ）、及び１００質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料である。つまり、実施例３に係る燃料組成物は、ＬＣＯ、ＧＴＬ及び水を質量比で５：５：１０の割合で混合して構成される水エマルジョン燃料である。この実施例３に係る燃料組成物をＲＣＥＭ装置１において、上記の条件（ただし、燃料噴射弁３の孔径を０．８ｍｍ、噴射圧力を１０１．３ＭＰａとした）で燃焼試験を行ったところ、クランク角度−１．７°付近で自己着火が確認された。つまり、ディーゼル燃料として十分な着火性が確認された。

（比較例１）
比較例１に係る燃料組成物は、１００質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）と１００質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料である。つまり、比較例１に係る燃料組成物は、ＬＣＯと水を質量比で１０：１０の割合で混合して構成される水エマルジョン燃料である。この比較例１に係る燃料組成物をＲＣＥＭ装置１において、上記の条件で燃焼試験を行ったところ、自己着火を確認できなかった。そこで、クランク角度−９°付近でガス液化油（ＧＴＬ）を短時間噴射したところ、つまりガス液化油（ＧＴＬ）によるパイロット噴射を行ったところ、ガス液化油（ＧＴＬ）が着火し、その後、比較例１に係る燃料組成物が着火した。このように、比較例１に係る燃料組成物をディーゼル燃料として使用する場合には、セタン価の高い燃料をパイロット噴射する必要がある。

（比較例２）
比較例２に係る燃料組成物は、１００質量％の分解軽質軽油（ＬＣＯ）と１２０質量％の水を混合して構成される水エマルジョン燃料である。つまり、比較例２に係る燃料組成物は、ＬＣＯと水を質量比で１０：１２の割合で混合して構成される水エマルジョン燃料である。比較例２に係る燃料組成物が自己着火しないことは、比較例１に係る燃料組成物の試験結果から予想できるので、クランク角度−９°付近でガス液化油（ＧＴＬ）を短時間噴射したところ、つまりガス液化油（ＧＴＬ）によるパイロット噴射を行ったところ、ガス液化油（ＧＴＬ）が着火し、その後、比較例２に係る燃料組成物が着火した。なお、この時の、燃料噴射弁３の孔径は０．８ｍｍ、噴射圧力は８５．７ＭＰａとした。このように、比較例２に係る燃料組成物も、ディーゼル燃料として使用する場合には、セタン価の高い燃料をパイロット噴射する必要がある。

（比較例３）
比較例３に係る燃料は、軽油（ＧＯ）の単体である。この比較例３に係る燃料をＲＣＥＭ装置１において、上記の条件（ただし、燃料噴射弁３の孔径を０．５ｍｍ、噴射圧力を９３．９ＭＰａとした）で燃焼試験を行ったところ、クランク角度−６°付近で自己着火が確認された。つまり、比較例３に係る燃料がディーゼル燃料として使用可能であることが確認された。

（比較例４）
比較例４に係る燃料は、分解軽質軽油（ＬＣＯ）の単体である。この比較例４に係る燃料をＲＣＥＭ装置１において、上記の条件（ただし、燃料噴射弁３の孔径を０．５ｍｍ、噴射圧力を１０１．８ＭＰａとした）で燃焼試験を行ったところ、クランク角度−２．５°付近で自己着火が確認された。つまり、比較例４に係る燃料がディーゼル燃料として使用可能であることが確認された。

（排ガス成分分析）
実施例１〜比較例４について、燃焼試験で得られた排気ガスの成分分析を行ったところ、表２に示すような結果が得られた。

表２に示すように、分解軽質軽油（ＬＣＯ）をそのままディーゼル機関で燃焼させる場合（比較例４）の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が４１８ｐｐｍであるのに対して、実施例１ないし実施例３に係る燃料組成物をディーゼル機関で燃焼させる場合の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は、それぞれ、２３９ｐｐｍ、１７９ｐｐｍ及び１００ｐｐｍである。つまり、実施例１ないし実施例３に係る燃料組成物をディーゼル燃料とすれば、分解軽質軽油（ＬＣＯ）の単体をディーゼル燃料とする場合に比べて、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を、それぞれ、約４３％、約５７％及び約７６％減少させることができる。

また、伝統的なディーゼル燃料である軽油（ＧＯ）をそのままディーゼル機関で燃焼させる場合（比較例３）の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は３１７ｐｐｍである。したがって、実施例１ないし実施例３に係る燃料組成物をディーゼル燃料とすれば、軽油（ＧＯ）の単体をディーゼル燃料とする場合に比べて、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を、それぞれ、約２５％、約４４％及び約６８％減少させることができる。

このように、実施例１ないし実施例３に係る燃料組成物は、通常のディーゼル機関（パイロット噴射装置を備えないディーゼル機関）において、主燃料として使用することが可能である。また、実施例１ないし実施例３に係る燃料組成物をディーゼル機関で燃焼させた場合の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は、従来の燃料（比較例３，４）をディーゼル機関で燃焼させた場合に比べて、著しく減少する。

なお、比較例１及び比較例２に係る燃料組成物は、着火性に難があるので、ディーゼル機関の主燃料として使用する場合には、ディーゼル機関にパイロット噴射装置を必要とする。しかしながら、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度は、実施例１及び実施例２に比べて小さくなることが、実験結果から解る。

（船舶）
船舶において、本発明に係る燃料組成物を推進機関の主燃料とすれば、当該船舶における窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を削減できる。窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を削減して、排出量の規制値をクリアできれば、当該船舶は航行海域についての制限を回避することができる。仮に排出量の規制値をクリアできなかったとしても、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が削減されれば、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する装置（脱硝装置）の容量を小さくできるから、当該船舶の建造費及び運行経費を削減することができる。

図２は、本発明の実施形態に係る船舶１０の構成を示す概念図である。図２に示すように、船舶１０はプロペラ１１と、プロペラ１１を回転駆動するディーゼル機関１２を備えている。船舶１０はプロペラ１１が回転駆動されることによって生じる推力によって推進されるので、ディーゼル機関１２は船舶１０の推進機関に相当する。また、船舶１０は分解軽質軽油（ＬＣＯ）を貯蔵するＬＣＯタンク１３、ガス液化油（ＧＴＬ）を貯蔵するＧＴＬタンク１４、清水を貯蔵する清水タンク１５、及び水エマルジョン燃料（例えば、前記実施例１に係る燃料組成物）を製造する混合機１６を備えている。

混合機１６は、それぞれ管路１７、１８、１９と図示しないポンプを介して、ＬＣＯタンク１３、ＧＴＬタンク１４、清水タンク１５と連絡している。ＬＣＯタンク１３、ＧＴＬタンク１４及び清水タンク１５にそれぞれ貯蔵されている分解軽質軽油（ＬＣＯ）ガス液化油（ＧＴＬ）及び清水は、それぞれ管路１７、１８、１９を通って混合機１６に送給される。混合機１６はこれらを混合及び攪拌して水エマルジョン燃料を製造する。混合機１６で製造された水エマルジョン燃料は管路２０を通ってバッファタンク２１に送られ、一時的に貯蔵される。バッファタンク２１において、一時的に貯蔵された水エマルジョン燃料は管路２２を通って、ディーゼル機関１２に送られ、ディーゼル機関１２の主燃料として使用される。なお、バッファタンク２１は、混合機１６における水エマルジョン燃料の生産速度とディーゼル機関１２における消費速度のギャップを調整するタンクである。また、管路２０、２１の途中には図示しないポンプが配置されている。また、ディーゼル機関１２と混合機１６、及び図示しないポンプ等は、図示しない制御装置によって制御される。

船舶１０は、図３に示すように構成されても良い。すなわち、ＬＣＯタンク１３とＧＴＬタンク１４に代えて混合油タンク２３を備えるようにしても良い。混合油タンク２３は、事前に陸上のプラントで分解軽質軽油（ＬＣＯ）とガス液化油（ＧＴＬ）を混合して製造された混合油を貯蔵するタンクである。また、図３に示した船舶１０は、混合機１６が混合油タンク２３から供給される混合油と、清水タンク１５から供給される清水を混合攪拌して、水エマルジョン燃料を製造する点で、図２に示した船舶１０と異なる。その他の点においては、図２に示した船舶１０と図３に示した船舶１０の間に差異はない。

（燃料組成物自動切り替えシステム）
ＮＯｘ及びＳＯｘの排出制限は海域によって異なる。一般に北米大陸や欧州大陸の近海では排出制限が厳しく、遠洋や、その他の海域では排出制限は緩やかである。以下、本明細書では、ＮＯｘ及びＳＯｘの排出制限が厳しい海域を規制海域と呼び、排出制限が緩やかな海域を一般海域と呼ぶことにする。

規制海域では、ＮＯｘ及びＳＯｘの排出制限が厳しいので、ＮＯｘ及びＳＯｘの排出量が小さい燃料組成物、例えば実施例３に係る燃料組成物を使用する必要がある。一方、一般海域ではＮＯｘ及びＳＯｘの排出制限が規制海域に比べて緩いので、例えば実施例１に係る燃料組成物の使用が許容される。また、一般にガス液化油（ＧＴＬ）は分解軽質軽油（ＬＣＯ）に比べて高価なので、実施例３に係る燃料組成物は実施例１に係る燃料組成物に比べて高価である。

そこで、船舶１０に、船舶１０が現に所在する海域に応じて、混合機１６における原料油（本明細書において、分解軽質軽油（ＬＣＯ）とガス液化油（ＧＴＬ）の総称）と水の混合割合を自動的に変更する燃料組成物自動切り替えシステムを備えるようにすれば、各海域における排出制限をクリアしつつ、燃料費を低減することができる。以下、この燃料組成物自動切り替えシステムについて詳述する。

図４は、燃料組成物自動切り替えシステム３０のハードウェア構成を示す概念図である。図４に示すように、燃料組成物自動切り替えシステム３０は、電子海図装置３１と、位置情報取得装置３２と、混合割合変更装置３３とで構成される。

電子海図装置３１は、電子化された海図情報を保存して、必要に応じて表示する公知の装置に、規制海域と前記規制海域の外側に設定された準備海域との境界の位置を示す規制海域外縁情報と、前記準備海域と前記準備海域の更に外側にある一般海域の境界の位置を示す準備海域外縁情報を保存した装置である。なお、規制海域外縁情報と準備海域外縁情報については後で、詳述する。

位置情報取得装置３２は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した測地装置であって、船舶１０の現に所在する地球上の位置をリアルタイムで取得する装置である。

混合割合変更装置３３は、図示しないコンピュータを備える装置であって、位置情報取得装置３２から入力される船舶１０の位置情報を、電子海図装置３１に保存された規制海域外縁情報及び準備海域外縁情報と照合して、船舶１０の現在位置に応じて、混合機１６における原料油及び水の混合割合を変更する装置である。なお、管路１７ないし１９には、調整弁３４ないし３６がそれぞれ備えられていて、調整弁３４ないし３６は混合割合変更装置３３によって制御されて、開度が変更される。調整弁３４を開けば、ＬＣＯタンク１３から混合機１６に流入する分解軽質軽油（ＬＣＯ）の流量が増え、調整弁３４を絞れば、分解軽質軽油（ＬＣＯ）の流量が減る。同様に、調整弁３５を開けば、ＧＴＬタンク１４から混合機１６に流入するガス液化油（ＧＴＬ）の流量が増え、調整弁３５を絞れば、ガス液化油（ＧＴＬ）の流量が減る。また、調整弁３６を開けば、清水タンク１５から混合機１６に流入する水の流量が増え、調整弁３６を絞れば、水の流量が減る。

ここで、規制海域外縁情報と準備海域外縁情報について説明する。図５は規制海域外縁と準備海域外縁の概念を示す概念図である。図５に示すように、人間の生活領域である陸地４０（具体的に言えば、例えば北米大陸）の周縁においては、ＮＯｘ及びＳＯｘの排出が厳しく制限される規制海域４１が設定される。そして、規制海域４１の外側には、「他の海域」、つまりＮＯｘ及びＳＯｘの排出制限が緩やかな海域が広がる。本明細書では、「他の海域」の内、規制海域４１に接続する帯状の領域を、準備海域４２と呼ぶことにする。「準備海域」とは、規制海域４１に進入する船舶１０が使用する燃料組成物の変更（例えば、実施例１に係る燃料組成物から実施例３に係る燃料組成物の変更）を準備する海域を意味する。また、準備海域４２の外側に広がる海域、つまり「他の海域」から、準備海域４２を除外した海域を、一般海域４３と呼ぶ。そして、規制海域４１と準備海域４２の間の境界線を規制海域外縁４４と呼び、準備海域４２と一般海域４３の間の境界線を準備海域外縁４５と呼ぶことにする。

混合割合変更装置３３には、図６に示すような処理を行う混合割合変更プログラムがインストールされ、混合割合変更装置３３は、例えば、２分おきに、このプログラムを実行する。以下、図６を参照しながら、このプログラムによる処理を説明する。

混合割合変更プログラムが実行されると、混合割合変更装置３３は船舶１０の現在位置情報を、位置情報取得装置３２から読み出す。そして、混合割合変更装置３３は、位置情報取得装置３２から読み出した船舶１０の現在位置情報を、電子海図装置３１に保存された規制海域外縁情報と照合する。

現在位置情報を、規制海域外縁情報と照合した結果、船舶１０が規制海域外縁４４の内側に所在することが解ったら、つまり、船舶１０が規制海域４１に所在することが解ったら（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に進んで、「実施例３」を選択して、処理を終わる。なお、「実施例３」を選択するとは、混合機１６において、実施例３に係る燃料組成物が生成されるように、調整弁３４〜３６の開度を制御することを言う。

ステップＳ１において、船舶１０が規制海域４１に所在しないことが解ったら（ステップＳ１、Ｎｏ）、ステップＳ３に進んで、船舶１０の現在位置情報を、電子海図装置３１に保存された準備海域外縁情報と照合する。その結果、船舶１０が準備海域外縁４５の外側に所在することが解ったら、つまり、船舶１０が一般海域４３に所在することが解ったら（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進んで、「実施例１」を選択して、処理を終わる。なお、「実施例１」を選択するとは、混合機１６において、実施例１に係る燃料組成物が生成されるように、調整弁３４〜３６の開度を制御することを言う。

ステップＳ３において、船舶１０が一般海域４３に所在しないことが解ったら（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ５に進む。なお、この時、船舶１０は規制海域４１あるいは一般海域４３の何れにも所在しないので、準備海域４２に所在していることが解る。そして、ステップＳ５においては、船舶１０の進行方向を判定する。つまり、船舶１０が規制海域４１に近づく方向（規制海域４１に入域する方向）に進んでいるか、あるいは規制海域４１から離れる方向（規制海域４１から出域する方向）に進んでいるかを判定する。なお、進行方向の判定は、前回の混合割合変更プログラムの実行時（つまり、２分前）に取得された現在位置情報と今回取得された現在位置情報を比較して行う。

ステップＳ５において、船舶１０が規制海域４１に入域する方向に進行していると判定された場合は、ステップＳ２に進んで、「実施例３」を選択して、処理を終わる。一方、船舶１０が規制海域４１から出域する方向に進行していると判定された場合は、ステップＳ４に進んで、「実施例１」を選択して、処理を終わる。

燃料組成物自動切り替えシステム３０は、このように構成されているので、船舶１０が規制海域４１に所在する場合には、混合機１６において実施例３に係る燃料組成物が生成される。つまり、規制海域４１における大気汚染物質の排出規制に適合する燃料組成物が生成される。また、船舶１０が一般海域４３に所在する場合には、混合機１６において実施例１に係る燃料組成物が生成される。つまり、一般海域４３において使用が許容される燃料組成物が生成させる。

また、船舶１０が一般海域４３から規制海域４１に進入する場合においては、準備海域４２において、混合機１６で生成する燃料組成物が実施例３に係る燃料組成物に変更される。つまり、船舶１０が規制海域４１に入域する前に、混合機１６で生成される燃料組成物が規制海域４１における大気汚染物質の排出規制に適合する燃料組成物に変更される。船舶１０が規制海域４１から一般海域４３に進出する場合においては、船舶１０が準備海域４２に移動すると、混合機１６で生成する燃料組成物が実施例１に係る燃料組成物に変更される。つまり、船舶１０が規制海域４１から出域した後で、混合機１６で生成される燃料組成物が一般海域４３において使用が許容される燃料組成物に変更される。

このように燃料組成物自動切り替えシステム３０によれば、混合機１６で生成される燃料組成物を、船舶１０が所在する海域に応じて、自動的に変更することができる。つまり、船舶１０が規制海域４１に所在する場合には、規制海域４１における大気汚染物質の排出規制に適合する燃料組成物がディーゼル機関１２に自動的に供給される。船舶１０が一般海域４３に所在する場合には、一般海域４３において使用が許容される比較的に安価な燃料組成物がディーゼル機関１２に自動的に供給される。

以上説明したように、本発明によれば、分解軽質軽油（ＬＣＯ）にガス液化油（ＧＴＬ）と水を加えて、混合攪拌して水エマルジョン燃料を構成したので、分解軽質軽油（ＬＣＯ）を主成分とする水エマルジョン燃料において顕著な着火性の低さを解消することができる。そのため、本発明に係る燃料組成物は、パイロット噴射装置を備えない従来型のディーゼル機関において、主燃料として使用することができる。

また、分解軽質軽油（ＬＣＯ）は硫黄の含有比率が小さく、ガス液化油（ＧＴＬ）は硫黄を殆ど含まないので、本発明に係る燃料組成物を推進機関の主燃料とする船舶は、硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出規制を容易にクリアすることができる。本発明に係る燃料組成物は水エマルジョン燃料であるから、本発明に係る燃料組成物をディーゼル機関の燃焼室において燃焼させる場合の燃焼温度を低くすることができる。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成と排出が抑制される。そのため、本発明に係る燃料組成物を推進機関の主燃料とする船舶は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出規制を容易にクリアすることができる。

また、本発明に係る燃料組成物自動切り替えシステムによれば、船舶で使用される燃料の性状を、当該船舶が所在する海域に応じて自動的に選択することができる。つまり、当該船舶が大気汚染物質の排出規制が厳しく規制される海域に所在する場合には、排出規制をクリアする燃料が自動的に選択される。当該船舶がその他の海域に所在する場合には、当該海域での使用が許容される比較的安価な燃料が自動的に選択される。

なお、上記実施形態は、本発明の具体的な実施形態の例示であって、本発明の技術的範囲は、上記実施形態によっては限定されない。本発明は、特許請求の範囲に示された技術的思想の限りにおいて、自由に、変形または改良して実施することができる。

例えば、表１に示した分解軽質軽油（ＬＣＯ）とガス液化油（ＧＴＬ）の性状は例示である。本発明の技術的範囲は表１によっては限定されない。

また、上記実施形態で示した分解軽質軽油（ＬＣＯ）、ガス液化油（ＧＴＬ）及び水の混合比率は例示である。本発明の技術的範囲は例示された混合比率を有するものには限定されない。

なお、水エマルジョン燃料においては、一般に、水の添加量を増やすと、燃焼温度が低下するので、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が低下する。上記実施形態においても、水の添加量を５０質量％（実施例１）、７０質量％（実施例２）、１００質量％（実施例３）のように増やすと、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が低下している。したがって、水の添加量をさらに増やせば、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が更に低下することが予想される。

また、水エマルジョン燃料において水の添加量を増やすと、一般に、着火性が低下する。そこで、上記実施形態では、ガス液化油（ＧＴＬ）の添加量を、実施例１及び２における３０質量％に対して、実施例３では５０質量％に増やして、着火性を維持している。１００質量％を超えて水の添加量を増やす場合にも、ガス液化油（ＧＴＬ）の添加量を増やせば着火性は維持されると考えられる。

本発明に係る燃料組成物には、特許請求の範囲に記載されていない添加物、例えば乳化剤が添加されていても良い。

また、本発明に係る燃料組成物の用途はディーゼル燃料には限定されない。本発明に係る燃料組成物はボイラ燃料として使用することもできる。

本発明に係る船舶は、図２及び図３に例示された船舶１０には限定されない。つまり、前記発明に係る船舶は混合機１６を備える船舶１０には限定されない。事前に、例えば陸上のプラントで本発明に係る燃料組成物を生産して、その事前に生産された燃料組成物を船舶に搭載して、当該船舶の推進機関の燃料として使用するようにしても良い。

本発明に係る船舶において、バッファタンク２１は任意の構成要素である。例えば、ディーゼル機関１２における燃料組成物の消費速度の増減に合わせて、混合機１６における燃料組成物の生産（吐出）速度を増減するように制御すれば、バッファタンク２１は不要になる。

本発明に係る船舶において、混合機１６を配置する区画は任意である。混合機１６はディーゼル機関１２と同一の区画、つまり機関室内に配置されても良いし、機関室以外の区画に配置されても良い。

本発明に係る船舶において、タンク類（ＬＣＯタンク１３、ＧＴＬタンク１４、清水タンク１５及び混合油タンク２３）をどこに配置するかは任意である。一般にタンク類は、船底（二重底）や船側（船側外板と船側内板の間）に配置されるが、タンク類の配置はこれらには限定されない。

図４に示した燃料組成物自動切り替えシステムのハードウェア構成及び、図６に示した混合割合変更プログラムによる処理は、例示であって、本発明の技術的範囲は、これらによっては限定されない。ハードウェア及びソフトウェアの具体的な構成は任意である。なお、上記実施形態の説明において、混合割合変更プログラムを２分間隔で実行する旨を示したが、混合割合変更プログラムの実行頻度は任意である。例えば、船速の高低に応じて実行頻度を決定しても良い。つまり船速が高い場合には実行頻度を上げ、船速が低い場合には実行頻度を下げるようにしても良い。

また、図５に示した準備海域４２の幅は、任意である。準備海域４２の幅は船舶１０が準備海域４２を通過する間に、燃料組成物の変更が完了するような幅を選択すれば良い。例えば、ディーゼル機関１２の燃料消費率とバッファタンク２１の容積を勘案して、船舶１０が準備海域４２に入域した時にバッファタンク２１内に貯留されていた実施例１に係る燃料組成物が、準備海域４２内で全て消費されるように、準備海域４２の幅を設定すれば良い。あるいは、船舶１０が準備海域４２に入域した時にバッファタンク２１内に貯留されていた実施例１に係る燃料組成物が、準備海域４２内で全て消費されるように、バッファタンク２１の容積を設定しても良い。

本発明に係る船舶は商船には限定されない。本発明に係る船舶は、客船であっても良いし漁船であっても良いし、その他の船舶、例えば特殊船や官公船であっても良い。

また、上記実施形態では、本発明に係る燃料組成物を船舶１０のプロペラ１１を駆動するディーゼル機関１２、つまり船舶１０の推進機関（主機関）の燃料として使用する例を示したが、本発明に係る燃料組成物の用途は、船舶の主機関用燃料には限定されない。本発明に係る燃料組成物は船舶の補助機関、つまり発電機等の燃料、あるいは陸上に設置されたプラントの燃料として使用することもできる。

１ ＲＣＥＭ装置
２ シリンダ
３ 燃料噴射弁
４ 吸気弁
５ 圧縮空気タンク
６ 管路
７ 覘き窓
１０ 船舶
１１ プロペラ
１２ ディーゼル機関
１３ ＬＣＯタンク
１４ ＧＴＬタンク
１５ 清水タンク
１６ 混合機
１７〜２０ 管路
２１ バッファタンク
２２ 管路
２３ 混合油タンク
３０ 燃料組成物自動切り替えシステム
３１ 電子海図装置
３２ 位置情報取得装置
３３ 混合割合変更装置
３４，３５，３６ 調整弁
４０ 陸地
４１ 規制海域
４２ 準備海域
４３ 一般海域
４４ 規制海域外縁
４５ 準備海域外縁

Claims (10)

1. 分解軽質軽油にガス液化油と水を添加して、エマルジョン化して構成される燃料組成物。
2. 前記分解軽質軽油と前記ガス液化油の合計質量に対して、前記ガス液化油を３０％以上含有する、
   請求項１に記載の燃料組成物。
3. 前記分解軽質軽油と前記ガス液化油の合計質量に対して、前記水を５０％以上含有する、
   請求項１又は請求項２に記載の燃料組成物。
4. 前記分解軽質軽油と前記ガス液化油の合計質量に対して、前記水を７０％以上含有する、
   請求項１又は請求項２に記載の燃料組成物。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料組成物を推進機関の燃料として使用する船舶。
6. 前記水、前記分解軽質軽油及び前記ガス液化油をそれぞれ貯蔵するタンクと、
   前記各タンクから供給される前記水、前記分解軽質軽油及び前記ガス液化油を混合して前記燃料組成物を製造する混合機を備える、
   請求項５に記載の船舶。
7. 前記水を貯蔵するタンクと、
   前記分解軽質軽油と前記ガス液化油を混合して構成される混合油を貯蔵するタンクと、
   前記各タンクから供給される前記水と前記混合油を混合して前記燃料組成物を製造する混合機を備える、
   請求項５に記載の船舶。
8. 請求項６又は請求項７に記載の船舶に搭載される燃料組成物自動切り替えシステムであって、
   大気汚染物質の排出が他の海域に比べて厳しく規制される規制海域と前記他の海域との境界の位置を示す規制海域外縁情報が記録された電子海図装置と、
   当該船舶の現在位置情報を取得する位置情報取得装置と、
   前記混合機における原料油及び水の混合割合を変更して、前記混合機において、少なくとも、前記規制海域における大気汚染物質の排出規制に適合する第１の燃料組成物と、前記他の海域において使用が許容される第２の燃料組成物を選択して生成させる混合割合変更装置とを備え、
   前記混合割合変更装置は、前記位置情報取得装置で取得された当該船舶の現在位置情報を前記電子海図装置に記録された規制海域外縁情報と照合して、当該船舶が前記規制海域に所在する場合には、前記混合機において、前記第１の燃料組成物を生成させ、当該船舶が前記他の海域に所在する場合には、前記混合機において、前記第２の燃料組成物を生成させる、
   燃料組成物自動切り替えシステム。
9. 前記混合割合変更装置は、当該船舶が前記他の海域から前記規制海域に進入する場合においては、当該船舶が前記規制海域に入域する前に、前記混合機で生成される燃料組成物を前記第１の燃料組成物に変更し、当該船舶が前記規制海域から前記他の海域に進出する場合においては、当該船舶が前記規制海域から出域した後で、前記混合機で生成される燃料組成物を前記第２の燃料組成物に変更する、
   請求項８に記載の燃料組成物自動切り替えシステム。
10. 請求項８又は請求項９に記載の燃料組成物自動切り替えシステムを搭載する船舶。
    
    
    

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