特開 2024-143613 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143613

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/21 20060101AFI20241003BHJP

   B63H 21/16 20060101ALI20241003BHJP

   C25B 1/04 20210101ALI20241003BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20241003BHJP

   C01B 3/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

B63H21/21

B63H21/16

C25B1/04

C25B9/00 A

C01B3/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056379

(22)【出願日】2023-03-30

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「グリーンイノベーション基金事業／次世代船舶の開発／水素燃料船の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】303047034

【氏名又は名称】株式会社ジャパンエンジンコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 哲司

【テーマコード（参考）】

4G140

4K021

【Ｆターム（参考）】

4G140BA02

4G140BB03

4K021AA01

4K021BA02

4K021CA08

4K021CA09

4K021DC03

(57)【要約】

【課題】ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジンシステムにおいて、その低コスト化を実現する。
【解決手段】船舶１００に搭載されるエンジンシステムＳは、ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジン１と、エンジン１の排ガスから熱エネルギを回収する第１回収器３と、第１回収器３によって回収された熱エネルギに基づいて電力を生成する第１発電モジュール４と、第１回収器３による熱エネルギの回収に伴って生じた凝縮水を排ガスから回収する第２回収器５と、第１発電モジュール４によって生成された電力に基づいて、第２回収器５によって回収された凝縮水を電気分解する電気分解槽７と、を備え、エンジン１は、電気分解槽７による電気分解によって生成された水素ガスをガス燃料に再利用する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶に搭載されるエンジンシステムであって、
ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジンと、
前記エンジンの排ガスから熱エネルギを回収する第１回収器と、
前記第１回収器によって回収された熱エネルギに基づいて、電力を生成する発電装置と、
前記熱エネルギの回収に伴って生じた凝縮水を排ガスから回収する第２回収器と、
前記発電装置によって生成された電力に基づいて、前記第２回収器によって回収された凝縮水を電気分解する電気分解槽と、を備え、
前記エンジンは、前記電気分解槽による電気分解によって生成された水素ガスを、ガス燃料に再利用する
ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項2】

請求項１に記載されたエンジンシステムにおいて、
自然エネルギから電力を生成する第２の発電装置を備え、
前記電気分解槽は、前記発電装置によって生成された電力に加え、前記第２の発電装置によって生成された電力を用いることで、前記第２回収器によって回収された凝縮水を電気分解する
ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項3】

請求項２に記載されたエンジンシステムにおいて、
前記第２の発電装置は、前記船舶の甲板上に設置された、太陽光発電機及び風力発電機のうちの少なくとも一方により電力を生成する
ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項4】

請求項１に記載されたエンジンシステムにおいて、
前記第１回収器は、前記排ガスを通過させるとともに、該排ガスから受熱するエコノマイザによって構成され、
前記第２回収器は、前記排ガスを通過させるとともに、該排ガスから凝縮水を捕集するデミスタによって構成される
ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項5】

請求項１に記載されたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンのシリンダ内に空気を導入する吸気通路と、
前記シリンダ内から排ガスを排出する排気通路と、
前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、
前記吸気通路における前記エンジンと前記コンプレッサの間に配置され、該コンプレッサによって圧縮された空気を冷却するエアクーラと、を備え、
前記電気分解槽は、前記第２回収器によって回収された凝縮水に加え、前記エアクーラにおいて生じた凝縮水を電気分解する
ことを特徴とするエンジンシステム。

【請求項6】

請求項１に記載されたエンジンシステムにおいて、
前記発電装置の発電量に基づいて、前記電気分解槽による水素ガスの生成可能量を判定するコントローラを備え、
前記コントローラは、前記生成可能量の判定結果に基づいて、前記電気分解槽における貯水量が所定範囲に収まるように、前記第１回収器による熱エネルギの回収量を調整する
ことを特徴とするエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、船舶に搭載されるエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エンジンシステムの一例が開示されている。具体的に、この特許文献１には、水素を燃料とするエンジンと、このエンジンからの排ガスを熱源とし、熱化学反応を利用して水から水素を生成する第１の水素生成器と、この第１の水素生成器で生成された水素の一部を燃焼させて、該第１の水素生成器に導入される排ガスを昇温させるバーナと、を備えた水素エンジンシステムが開示されている。

【0003】

前記特許文献１によると、前記水素エンジンシステムは、第１の水素生成器で生成された水素の少なくとも一部を、燃料としてエンジンに供給する。エンジンの排ガスを利用して水の熱化学反応に必要な熱量を得ているので、省エネルギ化が実現されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－３３６５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、インフラの未整備、グリーン水素の価格等の事情から、ガス燃料としての水素ガスは、重油等の既存の燃料と比べて高コストになる傾向がある。そのため、前記特許文献１に開示されているように、熱化学反応を利用して水素ガスを生成し、それをエンジンに供給することが考えられる。

【0006】

しかしながら、前記特許文献１に開示されている手法は、水素ガスの一部を燃焼させることで、排ガスを昇温する必要がある。この手法は、高コストな水素ガスを消費することになるため、燃料コストを抑制するには不十分である。

【0007】

また、前記特許文献１に開示されているような熱化学反応器は、一般に高価であり、その導入コストという点で、船舶に搭載するには不都合である。船舶に搭載されるようなエンジンシステムにおいて、その導入コスト及び燃料コストを含めたトータルのコストを抑制できるような仕組みが求められていた。

【0008】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジンシステムにおいて、その低コスト化を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の第１の態様は、船舶に搭載されるエンジンシステムに係る。このエンジンシステムは、ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジンと、前記エンジンの排ガスから熱エネルギを回収する第１回収器と、前記第１回収器によって回収された熱エネルギに基づいて、電力を生成する発電装置と、前記第１回収器による熱エネルギの回収に伴って生じた凝縮水を排ガスから回収する第２回収器と、前記発電装置によって生成された電力に基づいて、前記第２回収器によって回収された凝縮水を電気分解する電気分解槽と、を備える。

【0010】

そして、前記第１の態様によれば、前記エンジンは、前記電気分解槽による電気分解によって生成された水素ガスを、ガス燃料に再利用する。

【0011】

前記第１の態様によると、前記エンジンシステムは、エンジンの排ガスから電力と水分を回収し、前者の電力によって後者の水分を電気分解することで、ガス燃料に再利用される水素ガスを得る。これによれば、排ガスから回収した熱エネルギに基づいて電気分解を行うため、熱化学反応を利用した場合のように、水素ガスの一部を燃焼させることは不要となる。水素ガスの一部燃焼が不要になる分、より多くの水素ガスを確保することができ、ひいては燃料コストを抑制することが可能になる。

【0012】

さらに、排ガスから熱エネルギを奪ったことで生じた凝縮水を電気分解に用いることで、電気分解用の水を保管する水タンクを別途設けたり、飲料水を電気分解に流用したりすることも不要となる。熱化学反応器のような高コストの設備が不要となることと相まって、低コスト化を実現する上でさらに有利になる。

【0013】

また、本開示の第２の態様によれば、前記エンジンシステムは、自然エネルギから電力を生成する第２の発電装置を備え、前記電気分解槽は、前記発電装置によって生成された電力に加え、前記第２の発電装置によって生成された電力を用いることで、前記第２回収器によって回収された凝縮水を電気分解する、としてもよい。

【0014】

前記第２の態様によると、熱エネルギに加えて自然エネルギも用いることで、より多くの凝縮水を電気分解することが可能になる。これにより、より多くの水素ガスを確保することができ、燃料コストを抑制する上で有利になる。

【0015】

また、本開示の第３の態様によれば、前記第２の発電装置は、前記船舶の甲板上に設置された、太陽光発電機及び風力発電機のうちの少なくとも一方により電力を生成する、としてもよい。

【0016】

一般に、太陽光発電機及び風力発電機は、その設置スペースの確保に難がある。しかしながら、船舶の甲板を用いることで、各発電機の設置スペースを容易に確保することができる。このように、前記第３の態様に係る構成は、船舶に搭載されるエンジンシステムにおいて取り分け有効となる。

【0017】

また、本開示の第４の態様によれば、前記第１回収器は、前記排ガスを通過させるとともに、該排ガスから受熱するエコノマイザによって構成され、前記第２回収器は、前記排ガスを通過させるとともに、該排ガスから凝縮水を捕集するデミスタによって構成される、としてもよい。

【0018】

また、本開示の第５の態様によれば、前記エンジンシステムは、前記エンジンのシリンダ内に空気を導入する吸気通路と、前記シリンダ内から排ガスを排出する排気通路と、前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、前記吸気通路における前記エンジンと前記コンプレッサの間に配置され、該コンプレッサによって圧縮された空気を冷却するエアクーラと、を備え、前記電気分解槽は、前記第２回収器によって回収された凝縮水に加え、前記エアクーラにおいて生じた凝縮水を電気分解する、としてもよい。

【0019】

前記第５の態様によると、熱エネルギの回収によって生じた凝縮水に加えて、エアクーラにおいて生じた凝縮水も用いることで、より多くの凝縮水を電気分解することが可能になる。これにより、より多くの水素ガスを確保することができ、燃料コストを抑制する上で有利になる。

【0020】

また、本開示の第６の態様によれば、前記エンジンシステムは、前記発電装置における発電量に基づいて、前記電気分解槽による水素ガスの生成可能量を判定するコントローラを備え、前記コントローラは、前記生成可能量の判定結果に基づいて、前記電気分解槽における貯水量が所定範囲に収まるように、前記第１回収器による熱エネルギの回収量を調整する、としてもよい。

【0021】

前記第６の態様によると、水素ガスの生成可能量（生成可能な水素ガスの上限）に基づいて熱エネルギの回収量を調整することで、熱エネルギの回収に伴う凝縮水の生成を、より適切に制御することができる。これにより、電気分解槽からの凝縮水のオーバーフローを抑制することができる。

【発明の効果】

【0022】

以上説明したように、本開示によれば、ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジンシステムにおいて、その低コスト化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、エンジンシステムが搭載された船舶を例示する図である。

【図2】図２は、エンジンシステムの概略構成を例示するシステム図である。

【図3】図３は、コントローラの構成を例示するブロック図である。

【図4】図４は、水素ガスの製造方法を例示するフローチャートである。

【図5】図５は、凝縮水の回収量の調整手順を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、エンジンシステムＳが搭載された船舶１００を例示する図である。また、図２は、エンジンシステムＳの概略構成を例示するシステム図であり、図３は、コントローラ８の構成を例示するブロック図である。

【0025】

＜主要構成＞
エンジンシステムＳは、船舶１００に搭載されており、図１及び図２に示すように、ガス燃料に水素ガスを利用可能なエンジン１と、その水素ガスを貯留する水素タンク２と、を備えている。

【0026】

エンジンシステムＳは、排ガスの含有成分及び熱エネルギに基づいて水素ガスを生成し、これをガス燃料に再利用することができる。水素ガスの生成に関連する要素として、エンジンシステムＳは、排ガスから熱エネルギを回収する第１回収器３と、熱エネルギに基づいて発電する第１発電モジュール４と、排ガスから凝縮水を回収する第２回収器５と、自然エネルギに基づいて発電する第２発電モジュール６と、電気分解槽７と、コントローラ８と、を備えている（図１～図３を参照）。これらの要素のうち、コントローラ８は図３にのみ示す。

【0027】

以下、エンジンシステムＳの各部について、順番に説明する。

【0028】

（１）エンジン１
本実施形態に係るエンジン１は、水素ガスをシリンダ１１内で燃焼させる水素エンジンである。なお、エンジン１は、水素ガスと、他の油燃料又はガス燃料とを併用するものであってもよい。例えば、エンジン１は、重油に併せて水素ガスを燃焼させるものであってもよいし、メタンガス等、他のガス燃料に併せて水素ガスを燃焼させるものであってもよい。

【0029】

エンジン１は、ユニフロー掃気方式の２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、図１に例示するような大型の船舶１００に搭載される。

【0030】

エンジン１は、搭載先の船舶１００を推進させるための主機関として用いられる。図１に示すように、エンジン１の出力軸は、プロペラ軸１０１を介してプロペラ１０２に連結されている。エンジン１が運転することで、その出力がプロペラ１０２に伝達されて、船舶１００が推進するようになっている。

【0031】

具体的に、本実施形態に係るエンジン１は、図２に示すように、前述のシリンダ１１を有する機関本体１０と、この機関本体１０に接続された吸気通路１２及び排気通路１３と、排気通路１３を流れる排気によって作動する排気タービン式過給機１４と、排気を還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム１５と、を有している。

【0032】

このうち、機関本体１０は、２ストローク式の機関であり、船舶１００の機関室に設置されている。機関本体１０は、複数のシリンダ１１（図２においては、４つのシリンダ１１のみを例示）を有している。各シリンダ１１内には、ピストン（不図示）が往復動可能にそれぞれ挿入されている。各シリンダ１１の内壁、シリンダヘッド（不図示）の天井面、及び、ピストンの頂面によって、シリンダ１１毎に燃焼室が区画されている。

【0033】

吸気通路１２は、エンジン１のシリンダ１１内に空気を導入するように構成されている。この吸気通路１２には、上流側から順に、外部（大気）から取り込んだ空気（新気）を圧縮するコンプレッサ１４ａと、コンプレッサ１４ａにより圧縮された空気を冷却するエアクーラ１６と、が設けられている。エアクーラ１６によって冷却された空気は、掃気トランク１０ａを経由してシリンダ１１内に至る。また、エアクーラ１６が空気を冷却することで凝縮した空気中の水分は、凝縮水として電気分解槽７に供給されるようになっている（図２の破線を参照）。

【0034】

一方、排気通路１３は、シリンダ１１内から排ガスを排出するように構成されている。この排気通路１３には、上流側から順に、コンプレッサ１４ａに対して駆動連結されたタービン１４ｂと、第１回収器３及び第２回収器５と、後述のＥＧＲ通路１５ａへと分岐する分岐部（ＥＧＲ通路１５ａの上流端部と排気通路１３との接続部）１３ａと、が設けられている。シリンダ１１内から排出された排ガスは、排気マニホールド１０ｂを介して排気通路１３に流入し、タービン１４ｂ、第１回収器３及び第２回収器５を通過して大気に開放される。

【0035】

排気タービン式過給機１４は、吸気通路１２に配置されるコンプレッサ１４ａと、排気通路１３に配置されるタービン１４ｂと、を有しており、タービン１４ｂに供給される排気によってコンプレッサ１４ａを駆動するように構成されている。ここで、コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとは連結されており、互いに同期して回転する。そのため、タービン１４ｂを通過する排気によってコンプレッサ１４ａが回転駆動されると、このコンプレッサ１４ａを通過する空気を圧縮することができる。

【0036】

ＥＧＲシステム１５は、排気通路１３におけるタービン１４ｂ下流側の部位（分岐部１３ａ）と、吸気通路１２におけるコンプレッサ１４ａ上流側の部位と、を接続するＥＧＲ通路１５ａを有している。ＥＧＲシステム１５は、いわゆる低圧ＥＧＲシステムとして構成されており、ＥＧＲ通路１５ａを介して排気を循環させるように構成されている。具体的に、本実施形態に係るＥＧＲ通路１５ａには、循環される排気の流れ方向の上流側から順に、ＥＧＲ弁１５ｂと、ＥＧＲユニット１５ｃと、が設けられている。

【0037】

このうち、ＥＧＲ弁１５ｂは、ＥＧＲ通路１５ａを開閉する。このＥＧＲ弁１５ｂは、例えばコントローラ８と電気的に接続された電磁弁によって構成されており、コントローラ８から入力される制御信号にしたがって作動する。

【0038】

ＥＧＲユニット１５ｃは、ＥＧＲガスからスート、ＳＯｘ等を除去するスクラバと、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲガスを昇圧するブロワと、を組み合わせることで構成されている。なお、スクラバやＥＧＲクーラでの圧損が少なく、ＥＧＲ弁１５ｂの開度調整だけで必要なＥＧＲガス量を循環可能な場合には、ブロワは必須ではない。

【0039】

（２）水素タンク
水素タンク２は、ガス燃料としての水素ガスを貯留している。この水素タンク２は、機関本体１０の各シリンダ１１と流体的に接続されており、この機関本体１０に対して水素ガスを圧送するように構成されている。水素タンク２と各シリンダ１１とを流体的に接続し、かつ水素ガスを流通させる流通路（図２の一点鎖線を参照）には、ガスゲート弁２ａが設けられている。

【0040】

ガスゲート弁２ａは、前記流通路を開閉する。このガスゲート弁２ａは、例えばコントローラ８と電気的に接続された電磁弁によって構成されており、コントローラ８から入力される電気信号にしたがって作動する。

【0041】

（３）第１回収器３
第１回収器３は、エンジン１の排ガスから熱エネルギを回収する。詳しくは、本実施形態に係る第１回収器３は、排ガスを通過させるとともに、その排ガスから受熱する排ガスエコノマイザによって構成されている。

【0042】

さらに詳しくは、第１回収器３は、水と排ガスとの間で熱交換させるエコノマイザ本体３１と、このエコノマイザ本体３１及び後述の蒸気タービン４１の間で水を循環させる循環ポンプ３３と、エコノマイザ本体３１及び循環ポンプ３３の間に介在する高圧ドラム３２と、高圧ドラム３２及びエコノマイザ本体３１の間に介在するメインポンプ３４と、を有している。ここでいう「水」には、液相の水と気相の水との両方が含まれるが、以下の記載では、前者の水を単に「水」と呼称し、後者の水を「蒸気」と呼称する。

【0043】

なお、図示は省略するが、蒸気タービン４１には、蒸気タービン４１を回転させた蒸気を凝縮する復水器が設けられている。また、図２では、簡単のため１つの循環ポンプ３３のみを例示したが、エコノマイザ本体３１及び循環ポンプ３３を結ぶ循環路の途中に、液相又は気相の水を圧送するための１つ又は複数の他のポンプを設けてもよい。

【0044】

循環ポンプ３３は、不図示の復水器から供給された水を高圧ドラム３２に送り込む。メインポンプ３４は、高圧ドラム３２に送り込まれた水を、エコノマイザ本体３１に供給する。エコノマイザ本体３１は、該エコノマイザ本体３１を通過する排ガスと、メインポンプ３４によって高圧ドラム３２から送り込まれた水との間で熱交換させる。熱交換された水は、排ガスから受熱して蒸気となり、高圧ドラム３２に戻る。高圧ドラム３２に戻った蒸気は、再びエコノマイザ本体３１に送り込まれて加熱された後、蒸気タービン４１に送り込まれる。

【0045】

つまり、第１回収器３によって回収された熱エネルギ、つまり第１回収器３において水に吸収させた熱エネルギは、高温の蒸気によって、第１発電モジュール４の蒸気タービン４１に供給される。

【0046】

なお、本実施形態に係る循環ポンプ３３及びメインポンプ３４は、それぞれ、コントローラ８と電気的に接続されている。循環ポンプ３３及びメインポンプ３４の出力は、コントローラ８から入力される制御信号にしたがって調整することができる。例えば、メインポンプ３４の出力を弱めることで、第１回収器３における熱エネルギの回収量（言い換えると、第１回収器３による排ガスの冷却量）を減少させることができる。これにより、後段の第２回収器５における凝縮水の回収量を減少させることが可能になる。

【0047】

（４）第１発電モジュール４
第１発電モジュール４は、第１回収器３によって回収された熱エネルギに基づいて、電力を生成する発電装置である。詳しくは、本実施形態に係る第１発電モジュール４は、前述の蒸気タービン４１と、発電用モータ４２と、を有している。

【0048】

蒸気タービン４１は、第１回収器３によって生成された高温の蒸気によって回転駆動される。発電用モータ４２は、蒸気タービン４１と駆動連結されており、蒸気タービン４１の回転に伴って駆動することで電力を生成する。

【0049】

第１発電モジュール４によって生成された電力は、蓄電池９に蓄電された後、適宜、その蓄電池９から電気分解槽７に供給される（図２の二点鎖線を参照）。なお、蓄電池９は必須ではない。

【0050】

（５）第２回収器５
第２回収器５は、第１回収器３による熱エネルギの回収に伴って生じた凝縮水を、排ガスから回収する。詳しくは、本実施形態に係る第２回収器５は、熱エネルギ回収後の排ガスを通過させるとともに、該排ガスから凝縮水を捕集するデミスタによって構成されている。

【0051】

さらに詳しくは、第２回収器５は、排ガスの流れ方向において、第１回収器３の下流側、かつ分岐部１３ａの上流側に配置されている。この第２回収器５は、タービン１４ｂと第１回収器３を通過した後、分岐部１３ａに到達する前の排ガス（つまり、第１回収器３によって熱エネルギが回収された後の排ガス）を流通させる。

【0052】

第２回収器５によって回収された凝縮水は、図２の破線に示すように電気分解槽７に供給される。一方、第２回収器５を通過した排ガスは、そのまま大気に放出されたり、分岐部１３ａからＥＧＲ通路１５ａを介して環流されたりするようになっている。

【0053】

なお、第１回収器３は、図２に示すようにＥＧＲシステム１５の上流（具体的には、分岐部１３ａの上流）に配してもよいし、ＥＧＲシステム１５の下流（具体的には、分岐部１３ａの下流）に配してもよい。上流に配した場合は、全排ガスの熱エネルギを使用し、水素を最大限生成可能になる。下流に配した場合は、EGRガス量で水の回収量を調整でき、配管の取り回し距離が減少し、コンパクトな装置になる。

【0054】

（６）第２発電モジュール６
第２発電モジュール６は、自然エネルギから電力を生成する第２の発電装置である。詳しくは、第２発電モジュール６は、船舶１００の甲板１０３上に設置された、太陽光発電機及び風力発電機のうちの少なくとも一方により電力を生成する。

【0055】

さらに詳しくは、第２発電モジュール６は、図１に例示するように、太陽光により電力を生成する太陽光発電機６１と、風力により電力を生成する風力発電機６２と、を双方とも有しており、これらの発電機６１，６２によって電力を生成する。

【0056】

第２発電モジュール６によって生成された電力は、蓄電池９に蓄電された後、適宜、その蓄電池９から電気分解槽７に供給される。なお、第２発電モジュール６は必須ではない。太陽光発電機６１及び風力発電機６２の一方又は双方を省略してもよい。また、第１発電モジュール４用の蓄電池９と、第２発電モジュール６用の蓄電池９とを別ユニットとしてもよい。

【0057】

（７）電気分解槽７
電気分解槽７は、第１発電モジュール４によって生成された電力に基づいて、第２回収器５によって回収された凝縮水を電気分解する。前述のように第２発電モジュール６を設けた場合、この電気分解槽７は、第１発電モジュール４によって生成された電力に加え、第２発電モジュール６によって生成された電力も用いることで、第２回収器５によって回収された凝縮水を電気分解することになる。

【0058】

さらに、本実施形態に係る電気分解槽７は、第２回収器５によって回収された凝縮水に加え、エアクーラ１６において生じた凝縮水も電気分解するように構成されている。

【0059】

電気分解槽７における電気分解によって生成される水素ガスは、図２に一点鎖線で示したように水素タンク２に供給された後、その水素タンク２を介してエンジン１に供給される。これにより、エンジン１は、電気分解槽７による電気分解によって生成された水素ガスを、ガス燃料に再利用することになる。

【0060】

（８）コントローラ８
コントローラ８は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、入出力デバイスを有している。コントローラ８には、種々のセンサ類が接続されている。例えば図３に示すように、本実施形態に係るコントローラ８には、ＳＯＣセンサＳｗ１と、貯水量センサＳｗ２と、が電気的に接続されている。

【0061】

ここで、ＳＯＣセンサＳｗ１は、例えば蓄電池９に設けられており、該蓄電池９における充電状態又は充電率を検出する。貯水量センサＳｗ２は、例えば電気分解槽７に設けられており、該電気分解槽７における水の貯留量（貯水量）を検出する。

【0062】

コントローラ８は、これらのセンサから入力された検出信号に基づいて制御信号を生成し、その制御信号を、ガスゲート弁２ａ、ＥＧＲ弁１５ｂ、循環ポンプ３３、メインポンプ３４等、エンジンシステムＳの各部に入力する。

【0063】

コントローラ８は、例えばガスゲート弁２ａに制御信号を入力することで、シリンダ１１内での水素ガスの燃焼を制御したり、ＥＧＲ弁１５ｂに制御信号を入力することで、吸気通路１２への排ガスの環流を制御したりすることができる。

【0064】

その他、コントローラ８は、メインポンプ３４に制御信号を入力することで、第１回収器３における熱エネルギの回収量、ひいては第２回収器５における水の回収量を調整することができる。

【0065】

＜水素ガスの製造方法の具体例＞
図４は、水素ガスの製造方法を例示するフローチャートである。

【0066】

まず、図４のステップＳ１において、エンジン１が、水素タンク２から供給された水素ガスを、シリンダ１１内で燃焼させる。この燃焼によって生じた排ガスは、タービン１４ｂを回転駆動させた後、第１回収器３に至る。

【0067】

続くステップＳ２において、第１回収器３が、エンジン１の排ガスから熱エネルギを回収する。第１回収器３によって回収された熱エネルギは、高温の蒸気によって第１発電モジュール４の蒸気タービン４１に供給される。また、第１回収器３によって熱エネルギが回収された排ガスは、その回収量に応じて温度低下した後、第２回収器５に供給される。

【0068】

続くステップＳ３において、第１発電モジュール４が、ステップＳ１で回収された熱エネルギに基づいて電力を生成する。具体的に、第１発電モジュール４は、第１回収器３から供給された蒸気によって蒸気タービン４１を回転駆動させるとともに、その回転による機械的仕事によって発電をする。第１発電モジュール４によって生成された電力は、蓄電池９に供給される。

【0069】

同じステップＳ３において、第２発電モジュール６が、自然エネルギに基づいて電力を生成する。具体的に、第２発電モジュール６は、太陽光発電機６１と、風力発電機６２とによって発電をする。第２発電モジュール６によって生成された電力は、第１発電モジュール４によって生成された電力と同様に、蓄電池９に供給される。

【0070】

続くステップＳ４において、第２回収器５が、ステップＳ２で熱エネルギが回収された排ガスから凝縮水を回収する。具体的に、第２回収器５は、ステップＳ２で温度低下させたことで生じた凝縮水を、排ガスから捕集する。第２回収器５によって回収された凝縮水は、電気分解槽７に供給される。また、第２回収器５によって凝縮水が回収された排ガスは、ＥＧＲ通路１５ａを介して吸気通路１２に環流されたり、船外（大気）に排出されたりする。

【0071】

同じステップＳ４において、エアクーラ１６が、空気の冷却によって生じた凝縮水を回収する。エアクーラ１６によって回収された凝縮水は、第２回収器５によって回収された凝縮水と同様に、電気分解槽７に供給される。

【0072】

続くステップＳ５において、電気分解槽７が、ステップＳ３で生成されて蓄電池９から供給された電力に基づいて、第２回収器５及びエアクーラ１６から供給された凝縮水を電気分解する。

【0073】

続くステップＳ６において、電気分解槽７が、ステップＳ５における電気分解によって生成された水素ガスを、水素タンク２に供給する。これにより、電気分解によって生成された水素ガスが、ガス燃料に再利用されることになる。

【0074】

＜水の回収量の調整手順＞
図５は、凝縮水の回収量の調整手順を例示するフローチャートである。

【0075】

まず、図５のステップＳ１１において、コントローラ８が、各種センサの検出信号を読み込む。具体的に、コントローラ８が、ＳＯＣセンサＳｗ１及び貯水量センサＳｗ２の検出信号を読み込む。

【0076】

続くステップＳ１２において、コントローラ８が、第１発電モジュール４及び第２発電モジュール６の発電量に基づいて、電気分解槽７による水素ガスの生成可能量（生成量の上限）を判定する。

【0077】

詳しくは、前記ステップＳ１２において、コントローラ８は、ＳＯＣセンサＳｗ１の検出信号に基づいて、第１発電モジュール４及び第２発電モジュール６による発電量及び蓄電池９の蓄電量を算出し、その発電量及び蓄電量に対応した水素ガスの生成可能量を算出する。なお、第２発電モジュール６を具備しない場合、コントローラ８は、第１発電モジュール４による発電量のみを算出する。

【0078】

続くステップＳ１３～ステップＳ１６において、コントローラ８が、水素ガスの生成可能量の判定結果に基づいて、電気分解槽７における貯水量が所定範囲に収まるように、第１回収器３による熱エネルギの回収量を調整する。

【0079】

具体的に、ステップＳ１３において、コントローラ８は、前記生成可能量の算出値に基づいて、その算出値に対応した凝縮水の消費上限（電気分解によって消費可能な水量の上限）を算出する。

【0080】

続くステップＳ１４において、コントローラ８は、ステップＳ１３で算出した凝縮水の消費上限が、電気分解槽７における現在の貯水量以上であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合、制御プロセスはステップＳ１５に進む。この場合、コントローラ８は、例えばメインポンプ３４の出力を向上することで、凝縮水の生成を増加させる。言い換えると、コントローラ８は、第１回収器３による排ガスの冷却量を増加させることで、凝縮水の生成ペースを向上させる。

【0081】

一方、ステップＳ１４の判定がＮＯの場合、制御プロセスはステップＳ１６に進む。この場合、コントローラ８は、例えばメインポンプ３４の出力を低下させることで、凝縮水の生成を抑制する。言い換えると、コントローラ８は、第１回収器３による排ガスの冷却量を現状から低下させることで、凝縮水の生成ペースを現状よりも抑制する。

【0082】

＜エンジンシステムの低コスト化について＞
図４のステップＳ２～ステップＳ５に例示したように、本実施形態に係るエンジンシステムＳは、エンジン１の排ガスから電力と水分を回収し、前者の電力によって後者の水分を電気分解することで、ガス燃料に再利用される水素ガスを得る。これによれば、排ガスから回収した熱エネルギに基づいて電気分解を行うため、熱化学反応を利用した場合のように、水素ガスの一部を燃焼させることは不要となる。水素ガスの一部燃焼が不要になる分、より多くの水素ガスを確保することができ、ひいては燃料コストを抑制することが可能になる。

【0083】

さらに、排ガスから熱エネルギを奪ったことで生じた凝縮水を電気分解に用いることで、電気分解用の水を保管する水タンクを別途設けたり、飲料水を電気分解に流用したりすることも不要となる。熱化学反応器のような高コストの設備が不要となることと相まって、低コスト化を実現する上でさらに有利になる。

【0084】

また、図１、図２及び図４のステップＳ３に例示したように、熱エネルギに加えて自然エネルギも用いることで、より多くの凝縮水を電気分解することが可能になる。これにより、より多くの水素ガスを確保することができ、燃料コストを抑制する上で有利になる。

【0085】

また、一般に、太陽光発電機６１及び風力発電機６２は、その設置スペースの確保に難がある。しかしながら、図１に例示したように船舶１００の甲板１０３を用いることで、各発電機６１，６２の設置スペースを容易に確保することができる。このように、図１に例示した構成は、船舶１００に搭載されるエンジンシステムＳにおいて取り分け有効となる。

【0086】

また、図２及び図４のステップＳ４に例示したように、熱エネルギの回収によって生じた凝縮水に加えて、エアクーラ１６において生じた凝縮水も用いることで、より多くの凝縮水を電気分解することが可能になる。これにより、より多くの水素ガスを確保することができ、燃料コストを抑制する上で有利になる。

【0087】

また、図５を用いて説明したように、水素ガスの生成可能量に基づいて熱エネルギの回収量を調整することで、熱エネルギの回収に伴う凝縮水の生成を、より適切に制御することができる。これにより、電気分解槽７からの凝縮水のオーバーフローを抑制することができる。

【0088】

＜他の実施形態＞
前記実施形態では、コントローラ８に貯水量センサＳｗ２が接続されていたが、この線は必須ではない。例えば、排気通路１３を通過する排ガスの流量、及び／又は、第２回収器５から電気分解槽７に供給される凝縮水の流量を検出し、その検出結果に基づいて第１回収器３による熱エネルギの回収量を調整してもよい。

【0089】

また、前記実施形態では、メインポンプ３４の出力調整を通じて熱回収量（凝縮水の生成量）を制御するように構成されていたが、そうした構成は必須ではない。例えば、排ガスに第１回収器３を迂回させるバイパス路と、そのバイパス路を開閉するバイパス弁と、を設け、バイパス弁の開度調整を通じて熱回収量を制御してもよい。

【符号の説明】

【0090】

Ｓ エンジンシステム
１ エンジン
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ 排気タービン式過給機
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ タービン
３ 第１回収器
４ 第１発電モジュール（発電装置）
５ 第２回収器
６ 第２発電モジュール（第２の発電装置）
６１ 太陽光発電機
６２ 風力発電機
７ 電気分解槽
８ コントローラ
１００ 船舶
１０３ 甲板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】