JP3226377U - 船上で動力を発生させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】アンモニアエンジンおよび排気ガス再循環によって、船上で動力を発生するためのシステムを提供する。【解決手段】システム１は、排気ガスを生成するように配置されるアンモニアエンジン３と、タービン２１およびコンプレッサ２３を含むターボチャージャ５とを備える。アンモニアエンジンが、アンモニアエンジンにより発生した排気ガスＥＧの第１の部分ＥＧ１の再循環を可能にするために接続される排気ガス出口２５と排気ガス入口２７を含む。タービンが、アンモニアエンジンと連通し、アンモニアエンジンにより発生した排気ガスの第２の部分ＥＧ２によって回転するように配置される。コンプレッサは、タービンの回転によって動力を得て空気を加圧するように配置され、またコンプレッサは、アンモニアエンジンと連通して加圧された空気をアンモニアエンジンに供給する。【選択図】図１

Description

本考案は、船上で動力を発生するためのシステムに関する。また、本考案は、船上で動力を発生するための方法に関する。
大型船は、典型的には、重油(HFO)、ディーゼル油(DO)、または液化天然ガス(LNG)などの燃料で動作する船舶用エンジンによって駆動される。これらの燃料はすべてが、燃焼すると二酸化炭素を排出する炭素ベースの化石燃料である。IMOからの最新の草案では、船舶産業が2030年までに二酸化炭素排出の40%、2050年までに70%をカットするべきとなっている。
船舶用エンジンのための代替燃料はアンモニアであり、化石燃料で動作する既存の船舶用エンジンは、典型的には、アンモニア、およびアンモニアと化石燃料との混合物を含む燃料などのアンモニア含有燃料で代替/追加で動作可能であるように、比較的容易に変更することができる。
アンモニアはいくつかの利点を有する。アンモニアは、既に世界的な産業スケールで、十分に確立された地球規模の流通ネットワークを用いて非常に大量に製造されている。さらに、アンモニアの製造は、電力だけで動力供給できるバーバーボッシュプロセスに基づいている。また、アンモニアは、LNGでの-162℃と比較して、わずか-33℃で液体の形で貯蔵でき、このことは、長期間貯蔵になるとき有利となる。最後に、アンモニアが燃焼するときに二酸化炭素排出がなく、このことがアンモニアを、IMOの大望を満足させるのに好都合な燃料にする。
しかし、アンモニアは、欠点も有しており、1つには、そのエネルギー密度が、化石燃料のもののおよそ半分にすぎないことである。さらに、アンモニアがエンジン内で燃焼すると、腐食性であるだけでなく環境に危険な硝酸を生成することになる。しかし、硝酸の排出は、排気ガス再循環(EGR)システムをエンジンに設けて、燃焼空気中の酸素濃度を減少させ、これが次に硝酸の形成を減少させることによって低下させることができる。再循環ガスの低い温度によって、エンジンの中の燃焼温度が低下し、したがって硝酸の形成が低下する。したがって、再循環される排気ガスは、エンジンの中に導かれる前に冷却されるべきである。
特許文献１は、EGRシステムを備えるアンモニアエンジンを開示する。再循環される排気ガスは、その中へ液体アンモニアを噴出することによって冷却される。そのようなエンジンは、アンモニア漏れの危険を伴う可能性がある。さらに、得られる冷却効果は、噴出されるアンモニアの量に依存する。アンモニアの不十分な量の噴出は、再循環される排気ガスの不十分な冷却をもたらす可能性がある。
米国特許第9,347,366号明細書
本考案の目的は、アンモニアエンジンおよび排気ガス再循環によって、船上で動力を発生するためのシステムおよび方法を提供することであり、これらは、上述の問題を少なくとも部分的に解決する。
本発明の基本概念は、再循環のために排気ガスを十分に冷却するため、再循環される排気ガスが通過する湿式スクラバを設けることである。スクラバのおかげで、循環される排気ガスの十分な冷却を保証することができる。さらに、再循環される排気ガスへアンモニアを噴出するための機器が必要でないために、アンモニア漏れの危険が大きく減少する。本考案によるシステムおよび方法は、添付される請求項および下の議論で規定される。
上で述べたように、アンモニアがエンジンの中で燃焼すると、硝酸が生成され、生成される硝酸の量を減らすために、排気ガス再循環が適用される。燃焼による排気ガスは、典型的には、すす、油、および重金属などの粒子状物質をも含む。粒子状物質は、アンモニアからはもたらされないが、エンジン中のたとえば潤滑油からもたらされる。アンモニアエンジンを動作させるための燃料が硫黄も含む場合、排気ガスは、硫黄酸化物(SOX)も含むことになる。再循環される排気ガスを、内側では排気ガスがスクラバ流体と共に流されるスクラバを通過させることによって、排気ガス中の汚染物質がスクラバ流体に捕らえられ、このことによって、環境に最終的に放出される排気ガスの影響を減少させる。
本考案による、船上で動力を発生するためのシステムは、排気ガスを生成するように配置されるアンモニアエンジンを備える。システムは、タービンおよびコンプレッサを含むターボチャージャをさらに備える。アンモニアエンジンは、間接的に接続される排気ガス出口と排気ガス入口とを含み、アンモニアエンジンに戻る、アンモニアエンジンにより発生した排気ガスの第1の部分の再循環を可能にする。タービンは、アンモニアエンジンと連通し、アンモニアエンジンにより発生した排気ガスの第2の部分によって回転するように配置される。コンプレッサは、タービンの回転によって動力を得て空気を加圧するように配置され、またコンプレッサは、アンモニアエンジンと連通して加圧された空気をアンモニアエンジンに供給する。システムは、スクラバ流体で排気ガスの少なくとも前記第1の部分を洗って冷却するためのスクラバをさらに備えるという点で特徴づけられる。スクラバは、アンモニアエンジンから排気ガスの少なくとも前記第1の部分を受け取るためにアンモニアエンジンと連通する。さらに、スクラバは、排気ガスの第1の部分を洗って冷却した後に、排気ガスの前記第1の部分をアンモニアエンジンに供給するため、アンモニアエンジンと連通する。
アンモニアエンジンは、少なくともアンモニアおよび/またはアンモニアを含む燃料によって、場合によっては他の燃料によっても、動力を得ることができるエンジンを意味する。
テキストを通して、何かが他の何かと連通すると言われるとき、それらは、互いに直接または間接に連通してよい。
第1の部分は、排気ガスの0〜100%を構成してよく、これは、経時的に変わってよい。典型的には、第1の部分は、現在の規制を達成することを可能にするため、排気ガスの30〜40%を構成するべきである。
排気ガスの第2の部分は、排気ガスの第1の部分を含んでも含まなくてもよい。排気ガスの第2の部分が排気ガスの第1の部分を含む場合、スクラバは、排気ガスの第2の部分を受け取って、洗い、冷却するように配置することができる。
排気ガスの第2の部分は、前記排気ガス出口を介してアンモニアエンジンを離れても離れなくてもよい。
再循環されるように配置される排気ガスの少なくとも第1の部分がスクラバを通して供給されるという点で、第1の部分は、再循環するのに十分に効果的に冷却される。さらに、第1の部分は、スクラバ流体で洗われ、それによって、粒子状物質、および排気ガスを発生する燃料が硫黄を含む場合に硫黄酸化物から浄化される。
異なるタイプのスクラバが存在する。1つのタイプのスクラバは、いわゆる開ループスクラバであって、これは、海水を使用して排気ガスを洗って冷却する。海水は、ここで、海に戻して排出する前に、排気ガスからの汚染物質の吸収および排気ガスの冷却のために、一旦海からスクラバを通して供給される。別のタイプのスクラバは、いわゆる閉ループスクラバであり、これは、場合によって水酸化ナトリウム(NaOH)、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、または酸化マグネシウム(MgO)などのアルカリ性剤と組み合わせて、循環する真水または海水を使用して、排気ガスを洗って冷却する。そのようなスクラバでは、循環する真水または海水中の粒子状物質および場合によっては塩の量が徐々に増加する。したがって、循環する真水または海水の品質を制御するために、少量の真水または海水を時々または連続的に流し出して、再循環、船上での貯蔵、または船外への排出の前に浄化することができる。
本考案によるシステムは、スクラバのスクラバ流体入口が、スクラバのスクラバ流体出口と連通して配置されるものであってよい。それによって、スクラバ流体の再循環、すなわち閉ループスクラバを可能にすることができる。閉ループスクラバ、特に真水閉ループスクラバは、EGR機能を有するシステムに特に好都合となることができる。というのは、スクラバ流体は、システムの残りの構成要素に腐食を引き起こす可能性がある海水からの塩化物を含まないためである。
システムは、循環タンクをさらに備えることができ、その循環タンクは、排気ガスの第1の部分を洗って冷却した後に、スクラバからスクラバ流体を受け取るために、たとえばスクラバの前記スクラバ流体出口を用いてスクラバと連通し、またその循環タンクは、スクラバにスクラバ流体を供給するために、たとえばスクラバの前記スクラバ流体入口を用いてスクラバと連通する。
システムは、スクラバ流体出口の下流でスクラバ流体入口の上流に配置される熱交換器をさらに備えることができる。それによって、スクラバ流体は、排気ガスの第1の部分の十分な冷却を可能にするように、再循環期間に、すなわちスクラバの通過後でスクラバをもう1回通過する前に冷却することができる。熱交換器の異なる冷却媒体、たとえば海水が可能である。
システムは、水浄化ユニットをさらに備えることができる。水浄化ユニットは、排気ガスの第1の部分を洗って冷却した後のスクラバ流体を受け取り、スクラバ流体を第1の画分と第2の画分へと分けるために、場合によって存在すれば循環タンクを用いてスクラバと連通するように配置することができる。第2の画分は、第1の画分よりも汚染されている。第1の画分は、たとえばそのようなものが存在する場合には循環タンクを介して、直接または間接的にスクラバに戻して供給する、または貯蔵タンクに供給するもしくはスクラバ流体の補充を必要とする可能性があるが、船外に排出することができる。それによって、システム中のスクラバ流体は、スクラバの適正な動作のため十分きれいに保つことができる。
水浄化ユニットは、高速分離器などの遠心分離器、デカンタ、もしくはそれらの組合せ、および/またはメンブレンフィルタを備えることができる。
一実施形態によれば、スクラバはタービンの下流に配置され、排気ガスの第2の部分は、排気ガスの第1の部分を含む。それによって、排気ガスの第1の部分を含む排気ガスの第2の部分は、スクラバによって排気ガスの少なくとも第1の部分が浄化され冷却される前に、タービンを通って供給することができ、排気ガスの第1の部分は、アンモニアエンジンに再循環される。この実施形態は、いわゆる低圧EGRを可能にする。低圧EGRの利点は、既存の湿式スクラバが、低圧EGRタイプのシステム中で動作可能なように、比較的容易に修正できることである。
上の実施形態の場合には、第2の部分マイナス第1の部分である、排気ガスの第3の部分は、タービンを通過した後、すなわちスクラバを通過することなく排出することができる。あるいは、スクラバは、排気ガスの第1の部分を含む排気ガスの前記第2の部分、すなわち排気ガスの第3の部分をも受け取って、スクラバ流体を用いて洗って冷却するように配置することができる。排気ガスの第3の部分がスクラバを通過するかしないかは、たとえば、アンモニアエンジンを動作させるためにどの燃料が使用されるのかに依存する場合がある。たとえば、HFOとアンモニアの混合物が燃料として使用される場合、排気ガスの第3の部分がスクラバを通過することができる。しかし、DOとアンモニアの混合物が燃料として使用される場合、排気ガスの第3の部分はスクラバを通過することができない。
上の実施形態に対する代替として、排気ガスの第1の部分を排気ガスの第2の部分から分離することができ、その代わりに、スクラバは、排気ガスの第1の部分が排気ガスの第2の部分から分離された後、タービンの上流に配置することができる。それによって、排気ガスの第2の部分だけをタービンを通して供給することができ、一方排気ガスの第1の部分だけを、スクラバが浄化して冷却し、アンモニアエンジンに再循環する。この実施形態は、いわゆる高圧EGRを可能にする。高圧EGRの利点は、粒子状物質、およびそのようなものが排気ガス中に存在する場合には硫黄酸化物が、システムの何らかの構成要素を腐食する、またはブロックするのを防ぐことができることであり、このことが下でさらに議論される。
システムは、排気ガスの第1の部分をスクラバを通してアンモニアエンジンへと引き込むように配置されるファン、またはEGRファンをさらに備えることができる。ファンによって、再循環される排気ガスの圧力を増加させることができ、再循環される排気ガスの流れを制御することができる。ファンはたとえば、アンモニアエンジンに動力を加えるために使用される燃料に依存して、システム中の様々な位置に配置することができる。たとえば、燃料が比較的汚れたものである場合、排気ガスがスクラバ中で冷却される前に排気ガスがファンを通って供給されるように、ファンはスクラバの前または上流に配置することができる。それによって、ファンの内側の粒子状物質の堆積を最小化することができる。一方燃料が比較的きれいなものである場合、排気ガスがスクラバ中で冷却された後に排気ガスがファンを通って供給されるように、ファンはスクラバの後または下流に配置することができる。そのような下流のファンは、上流のファンよりも多くの排気ガス流に対処することができる。というのは、通過する排気ガスがより冷たく、したがってより少ない体積を必要とするためである。さらに、そのような下流のファンは、上流のファンよりも「高度」でなくてよい。というのは、その構成要素がより低い温度にさらされるためである。
本考案による、船上で動力を発生するための方法は、アンモニアエンジンを動作させ、それによって、排気ガスが生成されるステップと、アンモニアエンジンによって生成される排気ガスの第1の部分を、アンモニアエンジンに戻して再循環させるステップと、を含む。方法は、アンモニアエンジンによって生成された排気ガスの第2の部分をターボチャージャのタービンにそれを回転させるために供給するステップと、タービンの回転からターボチャージャのコンプレッサに動力を提供して空気を加圧するステップと、加圧された空気をアンモニアエンジンに供給するステップと、をさらに含む。方法は、アンモニアエンジンによって生成された排気ガスの第1の部分をスクラバに供給するステップと、スクラバ流体を用いて、スクラバ中の排気ガスの第1の部分を洗って冷却するステップと、洗って冷却した後に排気ガスの第1の部分をスクラバからアンモニアエンジンに再循環させるステップと、をさらに含むことを特徴とする。したがって、本考案によれば、排気ガスの第1の部分の再循環は、それがスクラバによって洗って冷却された後に行われる。
スクラバのスクラバ流体入口は、スクラバのスクラバ流体出口と連通して配置することができ、方法は、スクラバを通してスクラバ流体を再循環させるステップをさらに含むことができる。
方法は、スクラバ流体出口の下流、スクラバ流体入口の上流で、スクラバ流体を熱交換器の中で冷却するステップをさらに含むことができる。
方法は、スクラバ流体が排気ガスの第1の部分を洗って冷却するために使用された後に、スクラバ流体の一部をスクラバから水浄化ユニットに供給するステップと、水浄化ユニット中で、スクラバ流体の前記部分を第1の画分と第2の画分へと分離するステップであって、第2の画分が第1の画分よりも汚染されているステップと、をさらに含むことができる。
アンモニアエンジンによって生成される排気ガスの第2の部分は、アンモニアエンジンによって生成される排気ガスの第1の部分を含むことができる。さらに、方法は、排気ガスの第1の部分をスクラバに供給する前に排気ガスの第2の部分をタービンに供給するステップをさらに含むことができる。排気ガスの、第1の部分だけでなく全部の第2の部分が、スクラバによって、受け取られ、洗われ、冷却されても、されなくてもよい。
あるいは、アンモニアエンジンによって生成された排気ガスの第1の部分をアンモニアエンジンによって生成された排気ガスの第2の部分から分離することができる。さらに、方法は、第1の部分をスクラバに第2の部分をタービンに供給する前に、排気ガスの第1の部分と第2の部分を互いに分離するステップを含むことができる。
本考案によるシステムの様々な実施形態の、上で議論した利点は、本考案による方法の対応する様々な実施形態についても存在する。
本考案のさらに他の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な記載ならびに図面から明らかとなろう。
本考案は、ここで、添付される概略図を参照してより詳細に記載されることになる。
船上で動力を発生するためのシステムを概略的に図示するブロック図である。 図1によるシステムによって船上で動力を発生するための方法を図示するフローチャートである。 船上で動力を発生するための代替システムを概略的に図示するブロック図である。 図3によるシステムによって船上で動力を発生するための方法を図示するフローチャートである。
図1は、船(図示略)上で動力を発生するためのシステム1を図示する。システム1は、エンジン3、ターボチャージャ5、スクラバ7、循環タンク9、プレート熱交換器11、高速分離器の形の水浄化ユニット13、汚泥タンク15、薬品注入ユニット17、EGRファン18、および空気冷却器19を備える。次いで、ターボチャージャ5はタービン21およびコンプレッサ23を備え、エンジン3は排気ガス出口25および排気ガス入口27を備え、スクラバ7はスクラバ流体入口29およびスクラバ流体出口31を備える。スクラバ7は、ランダムなまたは構造化されたパッキング、噴霧器、トレーまたはそれらの組合せに基づく。スクラバ7は、本明細書ではもう記載しない従来型の方法で機能する。
図2は、システム1によって動力を発生するための方法を図示する。エンジン3は、HFOとアンモニアの混合物によって動力を得る。すなわち、アンモニアエンジンであり、排気ガスEGを発生する(ステップA)。下でさらに議論されるように、システム1は、排気ガスEGの第1の部分EG1をエンジン3に再循環して、硝酸の排出を減少させるように配置される。排気ガスEGの第2の部分EG2は、ここでは排気ガスの全部であり、したがって排気ガスの第1の部分EG1を含むが、エンジン3からタービン21に供給されて、タービン21を回転させる(ステップB)。タービン21の回転がコンプレッサ23によって動力として使用されて、外側から取られた空気を加圧して圧縮する(ステップC)。加圧され圧縮された空気は、空気冷却器19によって冷却され(ステップD)、その後、エンジン3へと供給される(ステップE)。排気ガスがタービン21を通過したら、排気ガスは、EGRファン18によってスクラバ7に供給される(ステップF)。スクラバ7の内部で、排気ガスは、依然として排気ガスの全部であるが、水酸化ナトリウム(NaOH)などのアルカリ性剤を含有する真水の形でのスクラバ流体SFを用いて洗って冷却される(ステップG)。スクラバ流体SFは、循環タンク9から熱交換器11を介してスクラバ7に、スクラバ7のスクラバ流体入口29を通って供給される。スクラバ7の内部で、スクラバ流体SFが排気ガスを冷却し、排気ガスから汚染物質を吸収して、排気ガスを浄化し、その後、スクラバ流体SFは、スクラバ流体出口31を通って循環タンク9へと戻して供給される。したがって、スクラバ流体入口29は、間接的に、すなわち循環タンク9および熱交換器11を介して、スクラバ流体出口31と連通し、それによって、スクラバ流体SFがスクラバ7を通って再循環する(ステップH)。再循環期間に、スクラバ流体SFは、スクラバ7の中の排気ガスの十分な冷却を可能にするように、熱交換器11によって冷却される(ステップI)。熱交換器中では海水が冷却媒体として使用される。
スクラバ流体SFがスクラバ7を通って再循環されると、スクラバ流体SFは、ますます汚染される。スクラバ7の効果的な動作を確かにするため、スクラバ流体は、汚染されすぎてはいけない。したがって、スクラバ流体SFの一部は、浄化するために、循環タンク9から水浄化ユニット13に連続的にポンプ注入される(ステップJ)。循環タンク9中の十分な量のスクラバ流体を確かにするため、ポンプ排出されるスクラバ流体を埋め合わせるために、循環タンク9にスクラバ流体を補充する必要がある可能性がある。スクラバ流体が排気ガスを冷却すると、排気ガス中の水蒸気が凝結する場合があり、このことが、スクラバ流体の自動的で連続的な補充、および場合によっては、水浄化ユニット13に対し、スクラバ流体の流し出しが必要となる過剰な量のスクラバ流体をもたらす場合がある。さらに、スクラバ流体の補充は、システム1の外部からきれいな真水を追加することを含む場合がある。さらに、下でさらに記載されるように、浄化後に循環タンク9にスクラバ流体を戻すことによって、スクラバ流体の「内部」補充を行うことができる。
水浄化ユニット13は、スクラバ流体SFの前記の部分を、第1の画分と第2の画分へと分離する(ステップK)。第1の画分よりも汚染されている第2の画分は、汚泥タンク15に供給される(ステップL)。第1の画分は、循環タンク9に戻して供給され、このことが、スクラバ流体の「内部」補充をもたらす、または貯蔵タンク(図示略)に戻して供給される、または排出される(ステップM)。
スクラバ流体のpHを6.5に調整するため、アルカリ性剤、本明細書ではNaOHを含む化学物質が、薬品注入ユニット17によって、循環タンク9の中のスクラバ流体SFに支給される(ステップN)。
浄化されて冷却された排気ガスがスクラバ7から出た後、排気ガスの第1の部分EG1がコンプレッサ23に供給されて、加圧および圧縮され(ステップO)、その後、それが冷却器19に供給されて冷却される(ステップP)。さらに、排気ガスの第1の部分EG1が、エンジン3に戻して供給されるか、または再循環される(ステップQ)。したがって、排気ガス出口25は、間接的に、すなわちタービン21、スクラバ7、コンプレッサ23、および冷却器19を介して排気ガス入口27と連通し、排気ガス再循環を可能にする。一方での、排気ガスの第1の部分EG1の圧縮、冷却、およびエンジンへの供給(ステップO、P、およびQ)と、他方での、空気が外部から取り込まれること(ステップC、D、およびE)と、が同時に、すなわち、外部の空気と排気ガスの第1の部分の混合物に実施される。同時に、排気ガスの第3の部分EG3は、排気ガスの第2の部分EG2マイナス第1の部分EG1であるが、システム1から排出される(ステップR)。
上のシステム1では、排気ガスの第2の部分EG2が排気ガスの全部である、すなわち、排気ガスの第2の部分EG2は、排気ガスの第1の部分EG1を含む。したがって、排気ガスの全部が使用されてタービン21を回転し、排気ガスの全部がスクラバ7によって浄化されて冷却される。スクラバ7の後に、第2の部分EG2、すなわち排気ガスの全部が、第1の部分EG1と第3の部分EG3へと分割される。第1の部分EG1は、エンジン3に再循環され、一方第3の部分EG3は、システム1から排出される。したがって、システム1は、いわゆる低圧タイプのものである。低圧システムの欠点は、排気ガスの第1の部分EG1、および特にその中に含まれる汚染物質が、冷却器19を通って供給され、このことが、冷却器の腐食および堆積をもたらす可能性があることである。
代替実施形態によれば、特にアンモニアエンジン3が純粋アンモニアまたはアンモニアとDOの混合物などのよりきれいな燃料によって動力を得る場合、スクラバ7は、排気ガスの第1の部分EG1だけを冷却して洗うように配置することができる。次に、第2の部分EG2、すなわち排気ガスの全部は、タービン21の後だがスクラバ7の前に、第1の部分EG1と第3の部分EG3へと分割することができ、その後、第3の部分EG3をシステムから排出することができる。
図3は、船(図示略)上で動力を発生するための別のシステム51を図示する。システム51は、エンジン3、ターボチャージャ5、スクラバ7、循環タンク9、プレート熱交換器11、高速分離器の形の水浄化ユニット13、汚泥タンク15、薬品注入ユニット17、および空気冷却器19を備える。次いで、ターボチャージャ5はタービン21およびコンプレッサ23を備え、エンジン3は排気ガス出口25および排気ガス入口27を備え、スクラバ7はスクラバ流体入口29およびスクラバ流体出口31を備える。上のスクラバと同様に、このスクラバ7は、ランダムなまたは構造化されたパッキング、噴霧器、トレーまたはそれらの組合せに基づく。スクラバ7は、本明細書ではもうこれ以上記載しない従来型の方法で機能する。図4は、システム51によって動力を発生するための方法を図示する。エンジン3は、HFOとアンモニアの混合物によって動力を得る。すなわち、アンモニアエンジンであり、排気ガスEGを発生する(ステップA)。下でさらに議論されるように、システム51は、排気ガスEGの第1の部分EG1をエンジン3に再循環して、硝酸の排出を減少させるように配置される。エンジン3の下流で、排気ガスEGは、排気ガスの第1の部分EG1と第2の部分EG2へと分割される。したがって、ここで、第1の部分EG1と第2の部分EG2は、排気ガスEGの別個の部分である。排気ガスEGの第2の部分EG2は、エンジン3からタービン21に供給されてタービン21を回転する(ステップB)。タービン21の回転は、コンプレッサ23によって動力として使用されて、外側から取られた空気を加圧して圧縮する(ステップC)。加圧され圧縮された空気が空気冷却器19によって冷却され(ステップD)、その後エンジン3へと供給される(ステップE)。排気ガスEGの第1の部分EG1がスクラバ7に供給される(ステップF)。スクラバ7の内部で、排気ガスの第1の部分EG1は、水酸化ナトリウム(NaOH)などのアルカリ性剤を含有する真水の形でのスクラバ流体SFを用いて洗って冷却される(ステップG)。スクラバ流体SFは、循環タンク9から熱交換器11を介してスクラバ7にスクラバ7のスクラバ流体入口29を通って供給される。スクラバ7の内部で、スクラバ流体SFが排気ガスを冷却し、排気ガスから汚染物質を吸収して、排気ガスを浄化し、その後、スクラバ流体SFは、スクラバ流体出口31を通って循環タンク9へと戻して供給される。したがって、スクラバ流体入口29は、間接的に、すなわち循環タンク9および熱交換器11を介して、スクラバ流体出口31と連通し、それによって、スクラバ流体SFがスクラバ7を通って再循環する(ステップH)。再循環期間に、スクラバ流体SFは、スクラバ7の中の排気ガスの十分な冷却を可能にするように、熱交換器11によって冷却される(ステップI)。
スクラバ流体SFがスクラバ7を通って再循環されると、スクラバ流体SFは、ますます汚染される。スクラバ7の効果的な動作を確かにするため、スクラバ流体は、汚染されすぎてはいけない。したがって、スクラバ流体SFの一部は、浄化するために、循環タンク9から水浄化ユニット13に連続的にポンプ注入される(ステップJ)。循環タンク9中の十分な量のスクラバ流体を確かにするため、ポンプ排出されるスクラバ流体を埋め合わせるために、循環タンク9にスクラバ流体を補充する必要がある可能性がある。スクラバ流体が排気ガスを冷却すると、排気ガス中の水蒸気が凝結する場合があり、このことが、スクラバ流体の自動的で連続的な補充、および場合によっては、水浄化ユニット13に対し、スクラバ流体の流し出しが必要となる過剰な量のスクラバ流体をもたらす場合がある。さらに、スクラバ流体の補充は、システム1の外部からきれいな真水を追加することを含む場合がある。さらに、以下でさらに記載されるように、浄化後に循環タンク9にスクラバ流体を戻すことによって、スクラバ流体の「内部」補充を行うことができる。
水浄化ユニット13は、スクラバ流体SFの前記の部分を、第1の画分と第2の画分へと分離する(ステップK)。第1の画分よりも汚染されている第2の画分は、汚泥タンク15に供給される(ステップL)。第1の画分は、循環タンク9に戻して供給され、このことが、スクラバ流体の「内部」補充をもたらすか、または貯蔵タンク(図示略)に戻して供給されるか、もしくは排出される(ステップM)。
スクラバ流体のpHを6.5に調整するため、アルカリ性剤、本明細書ではNaOHを含む化学物質が、薬品注入ユニット17によって、循環タンク9の中のスクラバ流体SFに支給される(ステップN)。
浄化されて冷却された排気ガスの第1の部分EG1がスクラバ7から出た後、排気ガスの第1の部分EG1はエンジン3に戻して供給されるか、またはエンジン3へ再循環される(ステップQ)。したがって、排気ガス出口25は、間接的に、すなわちスクラバ7を介して、排気ガス入口27と連通し、排気ガス再循環を可能にする。一方での、排気ガスの第1の部分EG1のエンジンへの供給(ステップQ)と、他方での、冷却され加圧された空気が外部から取り込まれること(ステップE)と、が単一の動作で同時に、すなわち、外部の空気と排気ガスの第1の部分の混合物に実施される。排気ガスの第2の部分EG2がタービン21を通過したら、それは、システム51から排出される(ステップR)。
上のシステム51では、排気ガスの第2の部分EG2は、排気ガスの第1の部分EG1を含まない。したがって、排気ガスの第2の部分EG2だけが使用されて、システム57から排出される前にタービン21を回転させる。さらに、排気ガスの第1の部分EG1だけは、エンジン3へと再循環される前に、スクラバ7によって浄化され冷却される。したがって、システム51は、いわゆる高圧タイプのものである。このシステムの利点は、排気ガスEGの第1の部分EG1、および特にそこに含まれる汚染物質が冷却器19を通過せず、このことが、冷却器の腐食およびブロックの危険を減らすことができる。
代替実施形態によれば、システム57は、タービン21の下流に配置される別のスクラバを備え、排気ガスの第2の部分EG2を、それが排出される前に浄化することができる。そのような追加スクラバは、別個の循環タンク、熱交換器、薬品注入ユニット、水浄化ユニット、および汚泥タンクを伴うことができ、または、これらの構成要素のうちの1つ以上をスクラバ7と共有することができる。
上に記載したシステムの両方で、スクラバは、排気ガスから汚染物質を除去して環境に対して有害度を減らすだけでなく、排気ガスを効果的に冷却して、排気ガスの再循環を可能にもする。排気ガス再循環は、エンジンの燃焼空気の酸素濃度を減少させ、これが次に排気ガス中の硝酸の形成を減少させる。
上に記載されたシステムの構成要素は、好適な配管によって接続されて、構成要素が上に指定された方法で連通することを可能にし、構成要素間の上で指定された流れを可能にする。配管設計は、本考案の様々な実施形態間で変わってよい。たとえば、図1に図示されたものに対する代替形態であるシステムの実施形態では、空気と排気ガスの第1の部分は、コンプレッサからエンジンに、異なった、共通でない配管を通って供給することができる。また、スクラバ流体の第1の画分は、水浄化ユニットから循環タンクに別個の配管を通して供給することができる。同様に、排気ガスの第1の部分EG1と第3の部分EG3とは、スクラバを別個の配管を通して離れることができる。別の例として、図3に図示されたものに対する代替形態であるシステムの実施形態では、空気は冷却器から、排気ガスの第1の部分はスクラバから、異なる配管を通してエンジンに最後までそれぞれ供給することができる。また、排気ガスの第1の部分EG1と第2の部分EG2とは、エンジンを別個の配管を通して離れることができる。
本考案の上に記載した実施形態は、例としてのみ考えるべきである。当業者ならば、議論した実施形態は、本考案の概念から逸脱することなく多くの方法で変えることができると理解する。
上に記載した実施形態では、スクラバ流体の第1の画分は、水浄化ユニットから循環タンクに供給されるか、船外へ排出されるか、または貯蔵タンクに供給される。第1の画分は、さらにたとえば膜によって浄化して、その後、循環タンクもしくは貯蔵タンクに供給するか、または船外に排出することができる。第1の画分が、循環タンクに、貯蔵タンクに、または船外に供給されるかは、その品質、船の環境、およびスクラバ流体の量に依存する可能性がある。さらに、スクラバ流体は、循環タンクから水浄化ユニットに連続的に供給される必要はない。供給は不連続であってよい。また、経時的に変わってよい。
上で記載したシステムは、ポンプ、弁、センサ、水分析ユニット、制御ユニットなどといった、システムを適正に働かせるための追加構成要素を備えることができる。例として、システムは、スクラバ流体のpHを測定するため、スクラバと循環タンクの間にpHメータまたはセンサを備えることができる。このpHメータは、薬品注入ユニット17と連通することができる。別の例として、システムは、再循環される排気ガスの流れを制御するためのEGR弁を備えることができる。
システム構成要素の互いに関する代わりの配置が可能である。たとえば、薬品注入ユニットは、スクラバと循環タンクもしくは熱交換器の間、または循環タンクと熱交換器の間に配置することができる。他の実施形態では、たとえば、アンモニアエンジンが純粋アンモニアまたはDOとアンモニアの混合物などのよりきれいな燃料によって動力を得る場合、薬品注入ユニットを除外することが可能な場合がある。さらに、アンモニアエンジンがよりきれいな燃料によって動力を得る場合、スクラバの後または下流に、EGRファンを配置することができる。
薬品注入ユニットによって支給される化学物質は、凝集剤および/または凝固剤などの、アルカリ性剤以外の/アルカリ性剤以外に追加の化合物を含むことができる。加えて、水浄化は、上流すなわち高速分離器の前、および下流すなわち薬品注入ユニットの後に配置される凝集ユニットをさらに備えることができる。そのような凝集ユニットは、スクラバ流体が高速分離器によって受け取られて、凝集のための十分な時間を可能にする前に、スクラバ流体を保持するように配置することができる。それによって、高速分離器の効率を最適化することができる。
本考案によるシステムは、循環タンクを備える必要はない。したがって、代替実施形態では、水浄化ユニットは、循環タンクの代わりにスクラバに第1の画分を供給するように配置することができる。別の代替実施形態では、システムは、スクラバ流体の再循環または戻りを含まないように、開ループタイプのものであってよい。
スクラバ流体は、真水およびアルカリ性剤を含む必要はないが、代わりに海水およびアルカリ性剤またはそれらの組合せを含む場合がある。しかし、スクラバ流体中の海水の使用は、腐食問題を回避するように、システム構成要素に一定の材料の使用を必要とする可能性がある。
本考案による方法のステップは、識別する目的のためだけに、ステップA、ステップBなどと名前を付けられていることが強調されるべきである。したがって、ステップは、ステップA、ステップBなどの特定の順番で実施される必要はない。さらに、1つまたは複数のステップが、代替実施形態では除外される場合がある。
第1、第2、第3などの属性は、本考案では、識別する目的のためだけに使用され、何らかの種類の特定の順番を表すためでないことが強調されるべきである。
本考案に関連しない詳細の記載は省略されており、図面は単に概略であって原寸に比例しないことが強調されるべきである。
1 システム
3 アンモニアエンジン
5 ターボチャージャ
7 スクラバ
9 循環タンク
11 プレート熱交換器
13 水浄化ユニット
15 汚泥タンク
17 薬品注入ユニット
18 EGRファン
19 空気冷却器
21 タービン
23 コンプレッサ
25 排気ガス出口
27 排気ガス入口
29 スクラバ流体入口
31 スクラバ流体出口
51 システム
EG 排気ガス
EG1 第1の部分
EG2 第2の部分
SF スクラバ流体

Claims (15)

  1. 船上で動力を発生するためのシステム(1、51)であって、排気ガスを生成するように配置されるアンモニアエンジン(3)と、タービン(21)およびコンプレッサ(23)を含むターボチャージャ(5)と、を備え、前記アンモニアエンジン(3)が、前記アンモニアエンジン(3)に戻る、前記アンモニアエンジン(3)により発生した排気ガス(EG)の第1の部分(EG1)の再循環を可能にするために接続される排気ガス出口(25)および排気ガス入口(27)を含み、前記タービン(21)が、前記アンモニアエンジン(3)と連通し、前記アンモニアエンジン(3)により発生した前記排気ガス(EG)の第2の部分(EG2)によって回転するように配置され、前記コンプレッサ(23)がタービンの回転によって動力を得て空気を加圧するように配置され、前記コンプレッサ(23)が前記アンモニアエンジン(3)と連通して、前記加圧された空気を前記アンモニアエンジン(3)に供給するシステム(1、51)において、スクラバ流体(SF)で前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)を洗浄して冷却するためのスクラバ(7)をさらに備え、前記スクラバ(7)が、前記アンモニアエンジン(3)から前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)を受け取るために、前記アンモニアエンジン(3)と連通し、前記スクラバ(7)が、前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)を浄化し冷却した後に、前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)を前記アンモニアエンジン(3)に供給するため、前記アンモニアエンジン(3)と連通することを特徴とする、システム(1、51)。
  2. 前記スクラバ(7)のスクラバ流体入口(29)が、前記スクラバ(7)のスクラバ流体出口(31)と連通して配置される、請求項1に記載のシステム(1、51)。
  3. 循環タンク(9)をさらに備え、前記循環タンク(9)が、洗浄して冷却した後に前記スクラバ(7)から前記スクラバ流体(SF)を受け取るために、前記スクラバ(7)と連通し、前記循環タンク(9)が、前記スクラバ(7)に前記スクラバ流体(SF)を供給するために、前記スクラバ(7)と連通する、請求項2に記載のシステム(1、51)。
  4. 前記スクラバ流体出口(31)の下流に且つ前記スクラバ流体入口(29)の上流に配置された熱交換器(11)をさらに備える、請求項2または3に記載のシステム(1、51)。
  5. 洗浄して冷却した後に前記スクラバ流体(SF)を受け取り、前記スクラバ流体(SF)を第1の画分と第2の画分へと分割するために、前記スクラバ(7)と連通して配置された水浄化ユニット(13)をさらに備え、前記第2の画分が前記第1の画分よりも汚染されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム(1、51)。
  6. 前記スクラバ(7)が前記タービン(21)の下流に配置され、前記排気ガス(EG)の前記第2の部分(EG2)が前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム(1)。
  7. 前記スクラバ(7)が、前記排気ガス(EG)の前記第2の部分(EG2)を受け取って、前記スクラバ流体(SF)を用いて洗浄して冷却するように配置される、請求項6に記載のシステム(1)。
  8. 前記スクラバ(7)が前記タービン(21)の上流に配置され、前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)が前記排気ガス(EG)の前記第2の部分(EG2)と別個である、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム(51)。
  9. 前記排気ガス(EG)の前記第1の部分(EG1)を、前記スクラバ(7)を通して前記アンモニアエンジン(3)内へと引き込むように配置されるファン(18)をさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載のシステム(1、51)。
  10. 船上で動力を発生するための方法であって、アンモニアエンジンを作動させ、それによって排気ガスが生成されるステップ(ステップA)と、前記アンモニアエンジンによって生成された前記排気ガスの第1の部分を再循環させて、前記アンモニアエンジンに戻すステップ(ステップQ)と、前記アンモニアエンジンによって生成された前記排気ガスの第2の部分を、ターボチャージャのタービンにそれを回転させるために供給するステップ(ステップB)と、タービンの回転から前記ターボチャージャのコンプレッサに動力を提供して空気を加圧するステップ(ステップC)と、前記加圧された空気を前記アンモニアエンジンに供給するステップ(ステップE)と、を含む方法において、前記アンモニアエンジンによって生成された前記排気ガスの前記第1の部分を、スクラバに供給するステップ(ステップF)と、スクラバ流体を用いて、前記スクラバ中の前記排気ガスの前記第1の部分を洗浄して冷却するステップ(ステップG)と、洗浄して冷却した後に、前記排気ガスの前記第1の部分を前記スクラバから前記アンモニアエンジンに再循環させるステップ(ステップQ)と、をさらに含むことを特徴とする、方法。
  11. 前記スクラバのスクラバ流体入口が前記スクラバのスクラバ流体出口と連通して配置され、前記スクラバを通して前記スクラバ流体を再循環させるステップ(ステップH)をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記スクラバ流体出口の下流且つ前記スクラバ流体入口の上流で、前記スクラバ流体を熱交換器の中で冷却するステップ(ステップI)をさらに含む、請求項11に記載の方法。
  13. 洗浄して冷却した後に、前記スクラバ流体の一部を前記スクラバから水浄化ユニットに供給するステップ(ステップJ)と、前記水浄化ユニット中で、前記スクラバ流体の前記部分を第1の画分および第2の画分へと分離するステップ(ステップK)であって、前記第2の画分が前記第1の画分よりも汚染されているステップと、をさらに含む、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記アンモニアエンジンによって生成される前記排気ガスの前記第2の部分が、前記アンモニアエンジンによって生成される前記排気ガスの前記第1の部分を含み、前記方法が、前記排気ガスの前記第2の部分を前記タービンに供給するステップ(ステップB)と、その後、前記排気ガスの前記第1の部分を前記スクラバに供給するステップ(ステップF)と、をさらに含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記アンモニアエンジンによって生成された前記排気ガスの前記第1の部分が、前記アンモニアエンジンによって生成された前記排気ガスの前記第2の部分から分離され、前記方法が、前記排気ガスの前記第1の部分と第2の部分を互いに分離し、その後、前記第1の部分を前記スクラバに(ステップF)、前記第2の部分を前記タービンに(ステップB)供給するステップをさらに含む、請求項10から13のいずれか一項に記載の方法。
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