特表 2024-546907 船舶用の排気ガスの廃熱回収システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-26

(54)【発明の名称】船舶用の排気ガスの廃熱回収システム

(51)【国際特許分類】

   B63J 3/02 20060101AFI20241219BHJP

   B63B 25/16 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

B63J3/02 D

B63B25/16 H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024535715

(86)(22)【出願日】2022-12-20

(85)【翻訳文提出日】2024-06-14

(86)【国際出願番号】 KR2022020862

(87)【国際公開番号】W WO2023121235

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0187201

(32)【優先日】2021-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0187202

(32)【優先日】2021-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0187203

(32)【優先日】2021-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0187204

(32)【優先日】2021-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0187205

(32)【優先日】2021-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517430897

【氏名又は名称】ハンファ オーシャン カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】ジョン，ソン ギュ

(72)【発明者】

【氏名】ウ，イル グク

(72)【発明者】

【氏名】カン，ドン オク

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，デ ウォン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ユ ジン

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヨン ス

(72)【発明者】

【氏名】アン，ス キョン

(57)【要約】

船舶用の排気ガスの廃熱回収システムが開示される。本発明の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムは、船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を気化させる気化器と、前記熱媒体循環ラインに設けられ、前記作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービンとを備え、前記エンジンに低引火点の液化ガスを燃料として供給し、前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化することを特徴とする。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ライン；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を気化させる気化器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられ、前記作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン；とを備え、
前記エンジンに低引火点の液化ガスを燃料として供給し、
前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化することを特徴とする、
船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項2】

前記熱媒体循環ラインには、
前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器；と、
前記凝縮器で凝縮した作動流体を加圧して前記気化器に送出する供給ポンプ；とが設けられることを特徴とする、
請求項１記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項3】

前記膨張タービンで生成した軸動力により空気を圧縮する圧縮機；と、
前記圧縮機に空気を供給する空気供給ライン；とをさらに備えることを特徴とする、
請求項２記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項4】

前記圧縮機で圧縮された空気を前記空気供給ラインより前記船舶内の消費先に供給し、
前記船舶内の消費先が、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムであることを特徴とする、
請求項３記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項5】

前記エンジンに供給される掃気を過給する過給機；と、
前記過給機で圧縮された掃気を冷却して前記エンジンに供給する掃気供給ライン；と、
前記掃気供給ラインから分岐して前記空気供給ラインの前記圧縮機よりも下流側に接続される分岐ライン；と、
前記分岐ラインに設けられる分岐バルブ；とをさらに備えることを特徴とする、
請求項４記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項6】

前記過給機で圧縮された前記掃気の圧力が前記圧縮機の吐出圧力よりも高いために前記掃気の圧力を減圧する必要がある場合に、前記分岐バルブの開度を調節して前記過給機で圧縮された前記掃気の一部を前記船舶内の消費先に供給することを特徴とする、
請求項５記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項7】

船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ライン；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を加熱する気化器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化器で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器；と、
前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン；と、
前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮器で凝縮した作動流体を加圧する供給ポンプ；と、
前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を、前記熱媒体循環ラインの膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドライン；とを備え、
前記エンジに低引火点の液化ガスを燃料として供給することを特徴とする、
船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項8】

前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧された作動流体を加熱して前記気化器に供給する復熱器をさらに備え、
前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化することを特徴とする、
請求項７記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項9】

前記復熱器は、前記熱媒体循環ラインの前記リキッドラインとの合流点よりも下流側に設けられ、
前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体を、前記凝縮器に供給される作動流体との熱交換により加熱することを特徴とする、
請求項８記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項10】

前記作動流体は、水よりも低い沸点を有する流体であることを特徴とする、
請求項９記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項11】

前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体を、前記気液分離器で分離されて前記リキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱することを特徴とする、
請求項８記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項12】

前記膨張タービンで生成した軸動力により圧縮機で空気を圧縮して、
前記圧縮機で圧縮された空気を船舶内の消費先に供給し、
前記船舶内の消費先は、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムであることを特徴とする、
請求項１１記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項13】

船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ライン；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を加熱する気化器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化器で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器；と、
前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン；と、
前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮熱交換器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を加圧して前記気化器に送出する供給ポンプ；と、
前記凝縮熱交換器に前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する第１冷却水供給ライン；とを備え、
前記エンジンに低引火点の液化ガスを燃料として供給し、
前記凝縮熱交換器で、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体と、前記供給ポンプで加圧された作動流体と、前記第１冷却水供給ラインの冷却水との３つの流れを熱交換させることを特徴とする、
船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項14】

前記凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を前記供給ポンプに供給する前に追加冷却するサクションポット；と、
前記サクションポットに前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する第２冷却水供給ライン；とをさらに備え、
前記サクションポットで追加冷却された前記作動流体を前記供給ポンプに供給して、前記供給ポンプの吸引部でのキャビテーションを防止することを特徴とする、
請求項１３記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項15】

前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記熱媒体循環ラインの前記膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドライン；をさらに備え、
前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記リキッドラインにより、前記膨張タービンから排出された作動流体と共に、前記凝縮熱交換器に供給することを特徴とする、
請求項１４記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項16】

前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化し、且つ水よりも低い沸点を有する流体であることを特徴とする、
請求項１５記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項17】

前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を加熱して前記気化器に供給する復熱器をさらに備えることを特徴とする、
請求項１５記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項18】

前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を、前記気液分離器で分離されて前記リキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱することを特徴とする、
請求項１７記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項19】

前記膨張タービンで生成した軸動力により圧縮機で空気を圧縮して、
前記圧縮機で圧縮された空気を船舶内の消費先に供給し、
前記船舶内の消費先は、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムであることを特徴とする、
請求項１８記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項20】

船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ライン；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、低引火点の液化ガスを燃料として使用する前記船舶のエンジンから排出された排気ガスと前記作動流体とを熱交換させる気化部；と、
前記気化部に前記作動流体と熱交換させる排気ガスを供給する排気ガス供給ライン；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化部で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器；と、
前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン；と、
前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮熱交換器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を加圧して前記気化部に送出する供給ポンプ；とを備え、
前記気化部は、前記供給ポンプから供給される作動流体が流れる方向の順に設けられる気化器と、過熱器とを備え、前記排気ガス供給ラインより供給される排気ガスは、前記過熱器と、前記気化器との順で供給され、
前記気化器で前記排気ガスと熱交換させた作動流体を前記気液分離器で気液分離して、分離された気体状態の作動流体を前記過熱器で追加加熱して前記膨張タービンに供給することを特徴とする、
船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項21】

前記凝縮熱交換器に前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給ライン；をさらに備え、
前記凝縮熱交換器で、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体と、前記供給ポンプで加圧された作動流体と、前記冷却水供給ラインの冷却水の３つの流れとを熱交換させることを特徴とする、
請求項２０記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項22】

前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を、前記熱媒体循環ラインの前記膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドライン；をさらに備え、
前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記リキッドラインにより、前記膨張タービンから排出された作動流体と共に、前記凝縮熱交換器に供給することを特徴とする、
請求項２１記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項23】

前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に前記エンジンから排出された排気ガスを熱源として液体から気体に相変化し、且つ水よりも低い沸点を有する流体であることを特徴とする、
請求項２２記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項24】

前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧されて前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を加熱して前記気化器に供給する復熱器をさらに備えることを特徴とする、
請求項２２に記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項25】

前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を、前記気液分離器で分離されて前記リキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱することを特徴とする、
請求項２４記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項26】

前記気化部は、前記気化器から排出された排気ガスと、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体とを熱交換させる排熱ヒーターをさらに備え、
前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を分岐させて前記排熱ヒーターに供給し、前記排熱ヒーターから排出された作動流体を前記熱媒体循環ラインの前記復熱器よりも下流側に供給する分岐ラインをさらに備えることを特徴とする、
請求項２５記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項27】

前記膨張タービンで生成した軸動力により圧縮機で空気を圧縮して、
前記圧縮機で圧縮された空気を船舶内の消費先に供給し、
前記船舶内の消費先は、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムであることを特徴とする、
請求項２６に記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項28】

船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ライン；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、低引火点の液化ガスを燃料として使用する前記船舶のエンジンから排出された排気ガスと前記作動流体とを熱交換させる気化部；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化部で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器；と、
前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン；と、
前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器；と、
前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮器で凝縮した作動流体を加圧する供給ポンプ；と、
前記供給ポンプで加圧された作動流体の一部を加熱して前記気化部に供給する第１復熱器；と、
前記第１復熱器と並列に設けられて、前記供給ポンプで加圧された作動流体の他の一部を加熱して前記気化部に供給する第２復熱器；とを備え、
前記第１復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体と、前記膨張タービンで膨張により冷却された後に前記凝縮器に供給される作動流体とを熱交換させて、
前記第２復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体を、船舶内の圧縮装置または冷却装置から供給される廃熱により加熱することを特徴とする、
船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項29】

前記気化部は、供給ポンプから供給される作動流体が流れる方向の順に設けられる気化器及び過熱器、並びに前記気化器及び前記過熱器に前記作動流体と熱交換させる排気ガスを供給する排気ガス供給ラインを備え、前記排気ガス供給ラインより排気ガスは、前記過熱器、前記気化器の順で供給され、
前記気化器で前記排気ガスと熱交換させた前記作動流体を前記気液分離器で気液分離して、分離された気体状態の作動流体を前記過熱器で追加加熱して前記膨張タービンに供給することを特徴とする、
請求項２８記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項30】

前記凝縮器に前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給ライン；と、
前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を、前記熱媒体循環ラインの膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドライン；とをさらに備え、
前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記リキッドラインより、前記膨張タービンから排出された作動流体と共に、前記第１復熱器に供給した後に前記凝縮器に供給することを特徴とする、
請求項２９に記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項31】

前記膨張タービンで生成した軸動力により空気を圧縮する圧縮機；と、
前記圧縮機に空気を供給する空気供給ライン；とをさらに備え、
前記圧縮機で圧縮された空気を前記空気供給ラインより前記第２復熱器に供給して、前記供給ポンプで加圧された作動流体の他の一部と熱交換させた後に前記船舶内の消費先に供給することを特徴とする、
請求項３０記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項32】

前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧された後に前記第１または第２復熱器で熱交換された作動流体を加熱して前記気化器に供給する第３復熱器をさらに備えることを特徴とする、
請求項３０記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項33】

前記第３復熱器で、前記供給ポンプで加圧された後に前記第１または前記第２復熱器で熱交換された作動流体を、前記気液分離器で分離されてリキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱することを特徴とする、
請求項３２記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項34】

前記気化部は、前記気化器から排出された排気ガスと、前記供給ポンプで加圧されて前記第１復熱器で熱交換させた後に分岐させた作動流体とを熱交換させる排熱ヒーターをさらに備え、
前記排熱ヒーターで熱交換させた前記作動流体を前記熱媒体循環ラインの前記第３復熱器よりも下流側に供給する分岐ラインをさらに備えることを特徴とする、
請求項３３記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項35】

前記膨張タービンで生成した軸動力により空気を圧縮する圧縮機；と、
前記圧縮機に空気を供給する空気供給ライン；とをさらに備え、
前記圧縮機で圧縮された空気を前記空気供給ラインより前記第２復熱器に供給して、前記供給ポンプで加圧された作動流体の他の一部と熱交換させた後に前記船舶内の消費先に供給することを特徴とする、
請求項３４記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項36】

前記作動流体は、有機冷媒またはアンモニア水溶液であることを特徴とする、
請求項１～３５のいずれか１項に記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【請求項37】

前記低引火点の液化ガスは、ＬＰＧ及びアンモニアのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、
請求項３６に記載の船舶用の排気ガスの廃熱回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムに関し、より詳細には、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスを熱源として、閉ループ(Closed loop)の熱媒体循環ラインを循環する作動流体を相変化させて軸動力を生成する、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、船舶の推進エンジンには、バンカーＣ油等の比較的安価な重油を使用する燃料供給システムが設けられている。このような重油を使用した燃料供給システムは、燃料燃焼時に、国際海事機関(International Maritime Organization，ＩＭＯ)により排出量が規制されている、二酸化炭素等の温室効果ガスや、硫黄酸化物、窒素酸化物等の物質を含む排気ガスが大量に排出される。

【0003】

地球温暖化が深刻化する中、温室効果ガスの排出量を削減する取り組みが、全世界的に行われている。先進国に対する温室効果ガスの排出量の削減義務が盛り込まれ、１９９７年に採択された京都議定書が２０２０年で終了することに伴い、２０１５年１２月にフランス・パリにて開催された国連気候変動枠組条約第２１回締約国会議で採択され、２０１６年１１月に発効したパリ気候変動協約(Paris Climate Change Accord)の締約国１９５か国では、温室効果ガスの排出量を削減するために、様々な取り組みが行われている。このような国際的な環境規制基準の強化と相まって、各国では、温室効果ガスや大気汚染物質の排出に対する関心が高まり、船舶でも環境性に優れた燃料技術の開発が積極的に行われている。

【0004】

液化ガスは、液化工程中に、大気汚染物質の除去や削減が可能なことから、重油や船舶用ディーゼル油(Marine Diesel Oil，ＭＤＯ)等と比較して大気汚染物質の排出が少なく、環境性に優れた燃料として知られている。代表的な液化ガスである液化天然ガス(Liquefied Natural Gas，ＬＮＧ)は、メタンを主成分とする天然ガスを、約－１６３℃に冷却して液化させることで得られる無色透明の液体である。液化天然ガスは、気体状態の天然ガスに比べて、その体積が約１／６００まで減少することから、貯蔵や輸送効率の点で優れている。このような理由から、液化ガスは、船舶用燃料として積極的に開発され、また使用されている。また、他の代表的な液化ガスであるＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas)は、原油中のプロパン(Propane)やブタン(Butane)等の低沸点の炭化水素を主成分とする石油ガスを液化させたものであり、極低温で液化させる必要があるＬＮＧと比較して貯蔵が容易である。また、ＬＰＧの比エネルギー(Specific energy)やエネルギー密度(Energy density)は、ＨＦＯ(Ｃ重油)と遜色がなく、また、ＨＦＯに比べてＳＯｘ，ＮＯｘ，ＣＯ_２，ＰＭ等の排出量を低減できる点で優れている。このような理由から、ＬＰＧは、船舶用燃料として積極的に開発され、また使用されている。

【0005】

近年、完全な脱炭素化を達成するために、アンモニアを船舶用燃料として使用する研究開発が活発に行われている。アンモニア(ＮＨ_３)は、１個の窒素原子に３個の水素原子が結合した物質であり、分子間で強い水素結合を形成することから、液化し易く、標準圧力下で、沸点が－３３．３４℃、融点が－７７．７３℃である。特に、アンモニアは貯蔵や輸送が容易であり、また、ハーバー・ボッシュ法による大量生産が容易であることから、他のカーボンニュートラル(炭素中立)燃料と比較して経済性に優れている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、エンジンに燃料を供給するためには、燃料油やＬＮＧ等の液化ガスをエンジンの燃料供給条件に応じて加熱する必要がある。ＨＦＯを燃料として使用する船舶では、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収して水蒸気(Steam)を生成し、生成した水蒸気により燃料油を加熱して、加熱した燃料油をエンジンに供給する。また、ＬＮＧを燃料として使用する船舶でも同様に、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収して水蒸気を生成し、生成した水蒸気によりＬＮＧを気化させて、気化させた天然ガスをエンジンに供給する。このように、排気ガスの廃熱を回収して燃料の加熱に利用することで、船舶の熱効率を向上させることができる。しかし、燃料油には、硫黄(Sulfur)成分が含まれており、排気ガスの廃熱回収時に、排気ガス中に含まれる二酸化硫黄(SO₂)が、硫酸(H₂SO₄)として金属表面で凝縮して金属を腐食させる硫酸露点腐食(Sulfuric Acid Dew Point Corrosion)が生じる虞がある。このため、排気ガスの廃熱を利用する熱交換器が設置されたものでは、装置の金属表面温度が硫酸の露点以下となると、金属表面で腐食が生じ易く、これを回避するため、温度が１５０℃以上の排気ガスのみから廃熱が回収される。

【0007】

ここで、低引火点燃料(Low Flashpoint fuel)のうち、沸点(Boiling point)が比較的高いＬＰＧやアンモニア(Ammonia)は、燃料供給時にエンジンが要求する供給温度まで加熱するために必要な熱量が非常に少なくて済み、また、燃料供給用のヒーターの氷結(Icing)の虞が殆どない。このため、ＬＰＧやアンモニアは、排気ガスの廃熱を利用せずとも、エンジンの冷却水等により加熱することができる。

【0008】

また、これらの燃料には硫黄成分が含まれないことから、温度が１５０℃以下の排気ガスから廃熱を回収する場合でも、低温腐食が発生し難い。

【0009】

本発明は、これらの点に着目し、エンジンに液化ガスを燃料として供給する場合、特にＬＰＧやアンモニア等の低引火点の液化ガスをエンジンに燃料として供給する場合に、エンジンから排出された排気ガスの廃熱から、船舶内で利用可能なエネルギーを回収する方法を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明の実施形態では、船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を気化させる気化器と、前記熱媒体循環ラインに設けられ、前記作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービンとを備え、前記エンジンに低引火点の液化ガスを燃料として供給し、前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化することを特徴とする、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムが提供される。

【0011】

好ましくは、前記熱媒体循環ラインには、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮した作動流体を加圧して前記気化器に送出する供給ポンプとが設けられる。

【0012】

好ましくは、前記膨張タービンで生成した軸動力により空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に空気を供給する空気供給ラインとをさらに備える。

【0013】

好ましくは、前記圧縮機で圧縮された空気を前記空気供給ラインより前記船舶内の消費先に供給し、前記船舶内の消費先が、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムである。

【0014】

好ましくは、前記エンジンに供給される掃気を過給する過給機と、前記過給機で圧縮された掃気を冷却して前記エンジンに供給する掃気供給ラインと、前記掃気供給ラインから分岐して前記空気供給ラインの前記圧縮機よりも下流側に接続される分岐ラインと、前記分岐ラインに設けられる分岐バルブとをさらに備える。

【0015】

好ましくは、前記過給機で圧縮された前記掃気の圧力が前記圧縮機の吐出圧力よりも高いために前記掃気の圧力を減圧する必要がある場合に、前記分岐バルブの開度を調節して前記過給機で圧縮された前記掃気の一部を前記船舶内の消費先に供給する。

【0016】

好ましくは、前記作動流体は、有機冷媒またはアンモニア水溶液である。

【0017】

好ましくは、前記低引火点の液化ガスは、ＬＰＧ及びアンモニアのうち少なくとも一方を含む。

【0018】

上記課題を解決するため本発明の実施形態では、船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を加熱する気化器と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化器で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービンと、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮器で凝縮した作動流体を加圧する供給ポンプと、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を、前記熱媒体循環ラインの膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドラインとを備え、前記エンジに低引火点の液化ガスを燃料として供給することを特徴とする、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムが提供される。

【0019】

好ましくは、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧された作動流体を加熱して前記気化器に供給する復熱器をさらに備え、前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化する。

【0020】

好ましくは、前記復熱器は、前記熱媒体循環ラインの前記リキッドラインとの合流点よりも下流側に設けられ、前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体を、前記凝縮器に供給される作動流体との熱交換により加熱する。

【0021】

好ましくは、前記作動流体は、水よりも低い沸点を有する流体である。

【0022】

好ましくは、前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体を、前記気液分離器で分離されて前記リキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱する。

【0023】

好ましくは、前記作動流体は、アンモニア水溶液である。

【0024】

好ましくは、前記エンジンは、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンであり、前記低引火点の液化ガスは、ＬＰＧ及びアンモニアのうち少なくとも一方を含む。

【0025】

好ましくは、前記膨張タービンで生成した軸動力により圧縮機で空気を圧縮して、前記圧縮機で圧縮された空気を船舶内の消費先に供給し、前記船舶内の消費先は、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムである。

【0026】

上記課題を解決するため本発明の実施形態では、船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により前記作動流体を加熱する気化器と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化器で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービンと、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮熱交換器と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を加圧して前記気化器に送出する供給ポンプと、前記凝縮熱交換器に前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する第１冷却水供給ラインとを備え、前記エンジンに低引火点の液化ガスを燃料として供給し、前記凝縮熱交換器で、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体と、前記供給ポンプで加圧された作動流体と、前記第１冷却水供給ラインの冷却水との３つの流れを熱交換させることを特徴とする、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムが提供される。

【0027】

好ましくは、前記凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を前記供給ポンプに供給する前に追加冷却するサクションポットと、前記サクションポットに前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する第２冷却水供給ラインとをさらに備え、前記サクションポットで追加冷却された前記作動流体を前記供給ポンプに供給して、前記供給ポンプの吸引部でのキャビテーションを防止することができる。

【0028】

好ましくは、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記熱媒体循環ラインの前記膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドラインをさらに備え、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記リキッドラインにより、前記膨張タービンから排出された作動流体と共に、前記凝縮熱交換器に供給する。

【0029】

好ましくは、前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に、前記排気ガスを熱源として液体から気体に相変化し、且つ水よりも低い沸点を有する流体である。

【0030】

好ましくは、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を加熱して前記気化器に供給する復熱器をさらに備える。

【0031】

好ましくは、前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を、前記気液分離器で分離されて前記リキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱する。

【0032】

好ましくは、前記作動流体は、アンモニア水溶液である。

【0033】

好ましくは、前記低引火点の液化ガスは、ＬＰＧ及びアンモニアのうち少なくとも一方を含む。

【0034】

好ましくは、前記膨張タービンで生成した軸動力により圧縮機で空気を圧縮して、前記圧縮機で圧縮された空気を船舶内の消費先に供給し、前記船舶内の消費先は、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムである。

【0035】

上記課題を解決するため本発明の実施形態では、船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、低引火点の液化ガスを燃料として使用する前記船舶のエンジンから排出された排気ガスと前記作動流体とを熱交換させる気化部と、前記気化部に前記作動流体と熱交換させる排気ガスを供給する排気ガス供給ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化部で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービンと、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮熱交換器と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を加圧して前記気化部に送出する供給ポンプとを備え、前記気化部は、前記供給ポンプから供給される作動流体が流れる方向の順に設けられる気化器と、過熱器とを備え、前記排気ガス供給ラインより供給される排気ガスは、前記過熱器と、前記気化器との順で供給され、前記気化器で前記排気ガスと熱交換させた作動流体を前記気液分離器で気液分離して、分離された気体状態の作動流体を前記過熱器で追加加熱して前記膨張タービンに供給することを特徴とする、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムが提供される。

【0036】

好ましくは、前記凝縮熱交換器に前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給ラインをさらに備え、前記凝縮熱交換器で、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体と、前記供給ポンプで加圧された作動流体と、前記冷却水供給ラインの冷却水の３つの流れとを熱交換させる。

【0037】

好ましくは、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を、前記熱媒体循環ラインの前記膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドラインをさらに備え、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記リキッドラインにより、前記膨張タービンから排出された作動流体と共に、前記凝縮熱交換器に供給する。

【0038】

好ましくは、前記作動流体は、前記熱媒体循環ラインを循環すると共に前記エンジンから排出された排気ガスを熱源として液体から気体に相変化し、且つ水よりも低い沸点を有する流体である。

【0039】

好ましくは、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧されて前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を加熱して前記気化器に供給する復熱器をさらに備える。

【0040】

好ましくは、前記復熱器で、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を、前記気液分離器で分離されて前記リキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱する。

【0041】

好ましくは、前記気化部は、前記気化器から排出された排気ガスと、前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体とを熱交換させる排熱ヒーターをさらに備え、
前記供給ポンプで加圧された後に前記凝縮熱交換器で熱交換された作動流体を分岐させて前記排熱ヒーターに供給し、前記排熱ヒーターから排出された作動流体を前記熱媒体循環ラインの前記復熱器よりも下流側に供給する分岐ラインをさらに備える。

【0042】

好ましくは、前記作動流体は、アンモニア水溶液である。

【0043】

好ましくは、前記低引火点の液化ガスは、ＬＰＧ及びアンモニアのうち少なくとも一方を含む。

【0044】

好ましくは、記膨張タービンで生成した軸動力により圧縮機で空気を圧縮して、前記圧縮機で圧縮された空気を船舶内の消費先に供給し、前記船舶内の消費先は、運航中の船舶の底面外部に空気を噴射して海水との摩擦抵抗を低減させる空気潤滑システムである。

【0045】

上記課題を解決するため本発明の実施形態では、船舶に設けられて作動流体が循環する熱媒体循環ラインと、前記熱媒体循環ラインに設けられて、低引火点の液化ガスを燃料として使用する前記船舶のエンジンから排出された排気ガスと前記作動流体とを熱交換させる気化部と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記気化部で加熱された作動流体を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービンと、前記膨張タービンで膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器と、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記凝縮器で凝縮した作動流体を加圧する供給ポンプと、前記供給ポンプで加圧された作動流体の一部を加熱して前記気化部に供給する第１復熱器と、前記第１復熱器と並列に設けられて、前記供給ポンプで加圧された作動流体の他の一部を加熱して前記気化部に供給する第２復熱器とを備え、前記第１復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体と、前記膨張タービンで膨張により冷却された後に前記凝縮器に供給される作動流体とを熱交換させて、前記第２復熱器で、前記供給ポンプで加圧された作動流体を、船舶内の圧縮装置または冷却装置から供給される廃熱により加熱することを特徴とする、船舶用の排気ガスの廃熱回収システムが提供される。

【0046】

好ましくは、前記気化部は、供給ポンプから供給される作動流体が流れる方向の順に設けられる気化器及び過熱器、並びに前記気化器及び前記過熱器に前記作動流体と熱交換させる排気ガスを供給する排気ガス供給ラインを備え、前記排気ガス供給ラインより排気ガスは、前記過熱器、前記気化器の順で供給され、前記気化器で前記排気ガスと熱交換させた前記作動流体を前記気液分離器で気液分離して、分離された気体状態の作動流体を前記過熱器で追加加熱して前記膨張タービンに供給する。

【0047】

好ましくは、前前記凝縮器に前記作動流体を冷却するための冷却水を供給する冷却水供給ラインと、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を、前記熱媒体循環ラインの膨張タービンよりも下流側に供給するリキッドラインとをさらに備え、前記気液分離器で分離された液体状態の作動流体を前記リキッドラインより、前記膨張タービンから排出された作動流体と共に、前記第１復熱器に供給した後に前記凝縮器に供給する。

【0048】

好ましくは、記膨張タービンで生成した軸動力により空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に空気を供給する空気供給ラインとをさらに備え、前記圧縮機で圧縮された空気を前記空気供給ラインより前記第２復熱器に供給して、前記供給ポンプで加圧された作動流体の他の一部と熱交換させた後に前記船舶内の消費先に供給する。

【0049】

好ましくは、前記熱媒体循環ラインに設けられて、前記供給ポンプで加圧された後に前記第１または第２復熱器で熱交換された作動流体を加熱して前記気化器に供給する第３復熱器をさらに備える。

【0050】

好ましくは、前記第３復熱器で、前記供給ポンプで加圧された後に前記第１または前記第２復熱器で熱交換された作動流体を、前記気液分離器で分離されてリキッドラインを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱する。

【0051】

好ましくは、前記気化部は、前記気化器から排出された排気ガスと、前記供給ポンプで加圧されて前記第１復熱器で熱交換させた後に分岐させた作動流体とを熱交換させる排熱ヒーターをさらに備え、前記排熱ヒーターで熱交換させた前記作動流体を前記熱媒体循環ラインの前記第３復熱器よりも下流側に供給する分岐ラインをさらに備える。

【0052】

好ましくは、前記膨張タービンで生成した軸動力により空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に空気を供給する空気供給ラインとをさらに備え、前記圧縮機で圧縮された空気を前記空気供給ラインより前記第２復熱器に供給して、前記供給ポンプで加圧された作動流体の他の一部と熱交換させた後に前記船舶内の消費先に供給する。

【0053】

好ましくは、前記作動流体は、アンモニア水溶液である。

【0054】

好ましくは、前前記低引火点の液化ガスは、ＬＰＧ及びアンモニアのうち少なくとも一方を含む。

【発明の効果】

【0055】

本発明の排気ガスの廃熱回収システムは、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスの廃熱を効率的に回収することで、船舶のエネルギー効率を向上させることができる。

【0056】

また、本発明の排気ガスの廃熱回収システムは、排気ガスの廃熱を動力に変換して圧縮空気を生成し、圧縮空気を空気潤滑システム等の船舶内の消費先に供給する。この場合、空気潤滑システムにより船舶運航時の海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃費を向上させることができる。

【0057】

また、本発明の排気ガスの廃熱回収システムは、低温の排気ガスの廃熱回収に適した有機ランキンサイクル(ＯＲＣ，Organic Rankine Cycle)を適用し、３台の熱交換器が設けられた熱媒体循環ライン、３つの流体の流れの熱交換を行う凝縮熱交換器が設けられた熱媒体循環ライン、または、システム内の熱効率を高めるために複数の復熱器が設けられた熱媒体循環ラインを構成して、低引火点燃料を使用するエンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。そして、回収した廃熱を電力に変換し、船舶内で消費可能な電気や圧縮空気を生成して、排気ガスの廃熱を効果的に利用することで、船舶のエネルギー効率を向させることができる。

【0058】

また、本発明の排気ガスの廃熱回収システムは、供給ポンプよりも上流側にサクションポットを設けて、凝縮熱交換器で凝縮した作動流体を追加冷却する。これにより、蒸気が供給ポンプに流入することで発生する供給ポンプの吸引部でのキャビテーションを防止することで、システムの安定性を向上させることができる。

【0059】

また、本発明の排気ガスの廃熱回収システムは、気化部を排気ガスの温度に応じて過熱器と気化器とに分けて構成し、気化器で気化させた後に気液分離した気体状態の作動流体を、過熱器で高温の排気ガスにより追加加熱して、過熱状態の作動流体を膨張タービンに供給する。これにより、液滴の発生が防止されて、廃熱回収効率やシステムの安定性を向させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0060】

【図1】本発明の第１実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図2】本発明の第２実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図3】本発明の第３実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図4】本発明の第４実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図5】本発明の第５実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図6】本発明の第６実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図7】本発明の第７実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図8】本発明の第８実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図9】本発明の第９実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図10】本発明の第１０実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図11】本発明の第１１実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【図12】本発明の第１２実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0061】

本発明の作用上の利点及び本発明の実施形態によって達成される目的について、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を例に説明する。

【0062】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態の構成及び作用について説明する。なお、本明細書及び添付の図面において、同じ構成要素には、同じ参照符号を付する。

【0063】

後述する本発明の実施形態の船舶は、液化ガスを燃料として使用できる推進用エンジンや発電用エンジンが設置される、あらゆる種類の船舶である。このような船舶としては、例えば、ＬＰＧ運搬船、ＬＮＧ運搬船(LNG Carrier)、液体水素運搬船、ＬＮＧ ＲＶ(Regasification Vessel)等の自航式船舶をはじめ、ＬＮＧ ＦＰＳＯ(Floating Production Storage Offloading)、ＬＮＧ ＦＳＲＵ(Floating Storage Regasification Unit)等の自航能力を有しない浮遊式海上構造物である。

【0064】

また、本発明の実施形態は、低温で液化させて輸送することができ、エンジンの燃料として供給できる、あらゆる種類の液化ガスに適用することができる。このような液化ガスとしては、例えば、ＬＮＧ(Liquefied Natural Gas)、ＬＥＧ(Liquefied Ethane Gas)、ＬＰＧ(Liquefied Petroleum Gas)、液化エチレンガス(Liquefied Ethylene Gas)、液化プロピレンガス(Liquefied Propylene Gas)等の液化石油化学ガスや、アンモニア等がある。また、後述する実施形態では、液化ガスの中でも引火点(Flash point)が低い低引火点の液化ガスであり、且つ沸点が比較的高い、アンモニアやＬＰＧを、エンジンの燃料として供給する場合を例に説明する。

【0065】

図１には、本発明の第１実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。また、図２には、本発明の第２実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【0066】

図１及び図２に示すように、第１及び第２実施形態の排気ガスの廃熱回収システムは、船舶に設けられて、作動流体が循環する熱媒体循環ラインＲＣＬと、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により、作動流体を気化させる気化器１００と、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン２００とを備える。

【0067】

第１及び第２実施形態では、エンジン(図示せず)に、低引火点の液化ガスが燃料として供給される。また、作動流体は、閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環すると共に、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスを熱源として、液体から気体に相変化する。

【0068】

ここで、アンモニアやＬＰＧは、低引火点の液化ガスの中でも比較的沸点が高く、プロパンを主成分とするＬＰＧは、標準圧力下で、引火点が－１０５℃、また沸点が－４２℃である。また、アンモニアの沸点は標準圧力下で－３３℃であり、標準圧力下の沸点が－１６１℃のメタン(ＬＮＧ)や－２５３℃の水素と比較して沸点が高い。このため、アンモニアやＬＰＧをエンジンに燃料として供給する場合には、エンジンが要求する供給温度まで加熱するために必要な熱量が非常に少なくて済み、エンジンから排出された高温の排気ガスを利用して発生させた水蒸気を使用せずとも、エンジンの冷却水等で加熱した後、エンジンに燃料として供給することができる。また、燃料中に硫黄成分が含まれていないことから、低温腐食が発生し難く、温度が１５０℃以下の排気ガスからも廃熱を回収することができる。そこで、第１及び第２実施形態では、熱媒体循環ラインＲＣＬに、低温廃熱の回収に適した有機ランキンサイクルを適用して、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。

【0069】

熱媒体循環ラインＲＣＬには、排気ガスとの熱交換により作動流体を気化させる気化器１００と、気化器１００で気化させた作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン２００と、膨張タービン２００で膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器３００と、凝縮器３００で凝縮した作動流体を加圧して、気化器１００に供給する供給ポンプ４００とが設けられている。

【0070】

また、第１及び第２実施形態のシステムで、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体は、例えば、有機冷媒やアンモニア水溶液であり得る。作動流体は、液体状態で供給ポンプ４００に供給され、供給ポンプ４００で膨張タービン２００の駆動に必要な圧力まで加圧された後、気化器１００に供給される。気化器１００では、作動流体が、排気ガス供給ラインＨＲＬにより供給される排気ガスＨＭの廃熱によって加熱され、加熱されて気化した気体状態の作動流体が、膨張タービン２００に供給される。気体状態の作動流体は、膨張タービン２００で膨張することでタービンを駆動させて軸動力を生成する。また、膨張により部分的に冷却された作動流体が、凝縮器３００に供給される。凝縮器３００では、冷却水供給ラインＣＲＬより供給される冷却水ＣＭによって、供給ポンプ４００に供給される前の作動流体が、さらに冷却されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体が供給ポンプ４００に供給される。このように、作動流体が、相変化を伴って閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環することで、排気ガスの廃熱を回収して、これを動力に変換する。

【0071】

排気ガスの廃熱を利用して膨張タービン２００で生成した軸動力は、発電機を駆動させて電力を生成するために使用することができる。また、第１及び第２実施形態では、膨張タービン２００で生成した軸動力を使用して、空気を圧縮する圧縮機２５０と、圧縮機２５０に空気を供給する空気供給ラインＡＬとが設けられている。圧縮機２５０で圧縮された圧縮空気は、空気供給ラインＡＬより船舶内の消費先ＣＳに供給される。また、圧縮機２５０を、シャフト(Shaft)を介して膨張タービン２００に連結することもできる。なお、圧縮機２５０の圧縮比は、圧縮空気が供給される船舶内の消費先に応じて決定され得る。

【0072】

また、圧縮空気が供給される船舶内の消費先ＣＳとしては、例えば、船舶の船体の底面外部に空気を噴射する空気潤滑システム(Air Lubrication System)であり得る。空気潤滑システムは、船体の底面外部に空気を噴射して、船体と海水との間に連続した空気層を形成することで、運航中の船体と海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃費が向上する。

【0073】

空気潤滑システムは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機(図示せず)、圧縮空気を供給する配管、空気噴射ユニット(Air Injection Unit，図示せず)、船体の底面外部の表面に形成される空気層(Air layer，図示せず)、制御部(図示せず)等を備えて構成される。また、空気潤滑システムに、廃熱回収システムで生成した圧縮空気を供給することもできる。また、第１及び第２実施形態のシステムでは、膨張タービン２００で生成した軸動力を利用して圧縮機２５０で空気を圧縮し、圧縮機２５０で圧縮された圧縮空気を空気潤滑システムに供給する。このように、空気潤滑システムの空気圧縮機に代替して廃熱回収システムの圧縮機を利用することができるため、空気潤滑システムに空気圧縮機等を別途設ける必要がない。また、空気潤滑システムに空気圧縮機が設けられている場合でも、空気圧縮機で不足する容量を、廃熱回収システムで生成した圧縮空気で補うことができるため、より小容量の空気圧縮機を使用することができる。また、空気潤滑システムに圧縮空気を供給する場合、圧縮機２５０を約２の圧縮比で作動させる。また、この場合、圧縮機２５０を単段(一段)遠心式圧縮機(Centrifugal compressor)で構成することができる。

【0074】

以上のように、第１及び第２実施形態のシステムは、低引火点燃料を使用するエンジンから排出された排気ガスから廃熱を回収する。また、回収した廃熱を電力に変換して、または圧縮空気を生成して、船舶内の消費先である空気潤滑システムに供給することで、船舶運航時の海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃料効率やエネルギー効率を向上させることができる。

【0075】

また、図２に示す第２実施形態は、過給機５００から余剰の圧縮空気を、廃熱回収システムに供給して船舶内の消費先に供給できるように一部の構成を追加して設けた点で、上記第１実施形態のシステムと相違する。以下、上記第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、上記第１実施形態と相違する構成を中心に説明する。

【0076】

図２に示すように、第２実施形態のシステムは、エンジンに供給される掃気(Scavenge air)を過給する過給機５００と、過給機５００で圧縮された掃気を冷却してエンジンに供給する掃気供給ラインＳＬと、掃気供給ラインＳＬから分岐して、空気供給ラインＡＬの圧縮機２５０よりも下流側に接続される分岐ラインＢＬと、分岐ラインＢＬに設けられる分岐バルブＢＶとをさらに備える。

【0077】

船舶のエンジンの効率を向上させるため、エンジンには、過給機５００で高圧に圧縮された吸気(これを掃気と呼ぶ)が供給される。過給機５００で高圧に圧縮されて高温となった圧縮空気を、掃気クーラーＳＣに供給して冷却した後、エンジンに供給する。ところで、エンジンに供給される掃気圧力は、エンジンの負荷(Load)や外気温度等に応じて変わり、掃気圧力が高い場合には、掃気圧力を調整するために、掃気の一部を排出(Vent)させる必要がある。本実施形態では、このように掃気圧力が高く、圧力を調整するために掃気の一部を排出させる必要がある場合に、余剰の圧縮空気を分岐ラインＢＬによって、空気供給ラインＡＬの圧縮機２５０よりも下流側に供給した後、空気潤滑システム等の船舶内の消費先ＣＳに供給して利用する。

【0078】

すなわち、過給機５００で圧縮された掃気の圧力が、圧縮機の出口圧力よりも高く、エンジンに供給される掃気圧力を減圧する必要がある場合、掃気供給ラインＳＬに設けられた圧力トランスミッタＰＴで検出された掃気圧力に応じて、分岐ラインＢＬに設けられた分岐バルブＢＶの開度を調整し、過給機５００で圧縮された掃気の一部を空気供給ラインＡＬに供給して、これを船舶内の消費先ＣＳに供給する。

【0079】

以上のように、第２実施形態のシステムでは、エンジンの負荷変動に応じてエンジンに供給される掃気圧力を調整すると共に、過給機５００からの余剰の圧縮空気を船舶内の消費先に供給する。

【0080】

次に、図３には、本発明の第３実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。また、図４には、本発明の第４実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【0081】

図３及び図４に示すように、第３及び第４実施形態の排気ガスの廃熱回収システムは、船舶に設けられて、作動流体が循環する熱媒体循環ラインＲＣＬと、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により、作動流体を加熱して気化させる気化器１００と、気化器１００で加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００とを備える。

【0082】

第３及び第４実施形態では、エンジン(図示せず)に、低引火点の液化ガスが燃料として供給される。また、作動流体は、閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環すると共に、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスを熱源として、液体から気体に相変化する。

【0083】

ここで、アンモニアやＬＰＧは、低引火点の液化ガスの中でも比較的沸点が高く、プロパンを主成分とするＬＰＧは、標準圧力下で、引火点が－１０５℃、また沸点が－４２℃である。また、アンモニアの沸点は標準圧力下で－３３℃であり、標準圧力下の沸点が－１６１℃のメタン(ＬＮＧ)や－２５３℃の水素と比較して沸点が高い。このため、アンモニアやＬＰＧをエンジンに燃料として供給する場合には、エンジンが要求する供給温度まで加熱するために必要な熱量が非常に少なくて済み、エンジンから排出された高温の排気ガスを利用して発生させた水蒸気を使用せずとも、エンジンの冷却水等で加熱した後、エンジンに燃料として供給することができる。また、燃料中に硫黄成分が含まれていないことから、低温腐食が発生し難く、温度が１５０℃以下の排気ガスからも廃熱を回収することができる。そこで、第３及び第４実施形態では、熱媒体循環ラインＲＣＬに、低温廃熱の回収に適した有機ランキンサイクルを適用して、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。

【0084】

熱媒体循環ラインＲＣＬには、排気ガスとの熱交換により作動流体を加熱して気化させる気化器１００と、気化器１００で加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００と、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器５００と、凝縮器５００で凝縮した作動流体を加圧して送出する供給ポンプ６００と、供給ポンプ６００で加圧された作動流体を加熱する復熱器４００ａまたは４００ｂとが設けられている。そして、復熱器４００ａまたは４００ｂで加熱された作動流体が気化器１００に供給される。また、気液分離器２００で分離された液体状態の作動流体は、リキッドラインＬＬａまたはＬＬｂによって熱媒体循環ラインＲＣＬの膨張タービン３００よりも下流側に供給されて、膨張タービン３００から排出された作動流体と共に、凝縮器５００に供給される。

【0085】

また、第３実施形態のシステムでは、低温の排気ガスの廃熱も回収できるように、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体として、水よりも低い沸点を有する流体を用いることができる。

【0086】

図３に示すように、第３実施形態のシステムでは、凝縮器５００で凝縮した液体状態の作動流体が、供給ポンプ６００で膨張タービン３００の駆動に必要な圧力まで加圧されて、復熱器４００ａに供給された後、気化器１００に供給される。復熱器４００ａでは、熱媒体循環ラインＲＣＬのリキッドラインＬＬａとの合流点よりも下流側で、供給ポンプ６００で加圧された作動流体が、凝縮器５００に供給される前の作動流体との熱交換により加熱される。すなわち、復熱器４００ａでは、供給ポンプ６００で加圧されて供給ポンプ６００から送出された作動流体と、凝縮器５００に供給される前の作動流体とを熱交換させる。復熱器４００ａから排出されて気化器１００に供給された作動流体は、排気ガス供給ラインＨＬより供給される排気ガスＨＭの廃熱によって加熱されて気化した後、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体が、膨張タービン３００に供給される。気体状態の作動流体は、膨張タービン３００で膨張することでタービンを駆動させて軸動力を生成する。また、膨張により部分的に冷却された作動流体が、復熱器４００ａに供給されて熱交換された後、凝縮器５００に供給される。凝縮器５００では、冷却水供給ラインＣＬより供給される冷却水ＣＭによって、供給ポンプ６００に供給される前の作動流体が、さらに冷却(追加冷却)されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体が供給ポンプ６００に供給される。このように、作動流体が、相変化を伴って閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環することで、排気ガスの廃熱を回収して、これを動力に変換する。

【0087】

また、本実施形態では、排気ガスの廃熱を利用して膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを、発電機を駆動させて電力を生成するために使用することができ、また、軸動力ＳＰを、船舶内消費先に供給される圧縮空気を生成するために圧縮機で使用してもよい。

【0088】

また、圧縮機(図示せず)を、シャフトを介して膨張タービン３００に連結して構成することもできる。なお、圧縮機の圧縮比は、圧縮空気が供給される船舶内の消費先に応じて決定され得る。

【0089】

また、圧縮空気が供給される船舶内の消費先ＣＳとしては、例えば、船舶の船体の底面外部に空気を噴射する空気潤滑システムであり得る。空気潤滑システムは、船体の底面外部に空気を噴射して、船体と海水との間に連続した空気層を形成することで、運航中の船体と海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃費を向上させることができる。

【0090】

空気潤滑システムは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機(図示せず)、圧縮空気を供給する配管、空気噴射ユニット(図示せず)、船体の底面外部の表面に形成される空気層(図示せず)、制御部(図示せず)等を備えて構成される。また、空気潤滑システムに、廃熱回収システムで生成した圧縮空気を供給することもできる。また、本実施形態のシステムでは、膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを利用して圧縮機で空気を圧縮し、圧縮された圧縮空気を空気潤滑システムに供給する。このように、空気潤滑システムの空気圧縮機に代替して廃熱回収システムの圧縮機を利用することができるため、空気潤滑システムに空気圧縮機等を別途設ける必要がない。また、空気潤滑システムに空気圧縮機が設けられている場合でも、空気圧縮機で不足する容量を、廃熱回収システムで生成した圧縮空気で補うことができるため、より小容量の空気圧縮機を使用することができる。

【0091】

以上のように、第３実施形態のシステムは、気化器１００、凝縮器５００及び復熱器４００ａの３台の熱交換器が設けられた熱媒体循環ラインＲＣＬにより、低引火点燃料を使用するエンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。また、回収した廃熱を電力に変換して、または圧縮空気を生成して、船舶内の消費先に供給することで、船舶のエネルギー効率を向上させることができる。

【0092】

また、図４に示す第４実施形態は、復熱器４００ｂを設ける位置が、上記第３実施形態のシステムと相違する。以下、第３実施形態のシステムと同様の構成については説明を省略し、上記第３実施形態と相違する構成を中心に説明する。

【0093】

図４に示すように、第４実施形態のシステムは、復熱器４００ｂで、供給ポンプ６００で加圧された作動流体が、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｂを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱されるように構成されている。

【0094】

このように復熱器４００ｂを配置したことで、気化器１００で排気ガスの廃熱により加熱されても気化せずに液体状態である作動流体から熱エネルギーを回収して、凝縮器５００及び供給ポンプ６００から排出された作動流体を、気化器１００に供給する前に予熱することができる。

【0095】

また、第４実施形態のシステムで、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体は、例えば、アンモニア水溶液であり得る。アンモニア水溶液が気化器１００で低温の排気ガスとの熱交換により加熱される場合、沸点の低いアンモニアは気化して気体状態となるが、水は気化せずに液体状態であり得る。そして、気液分離器２００で分離された気体状態のアンモニアが、膨張タービン３００に供給される。一方、気液分離器２００で分離された水は、リキッドラインＬＬｂより復熱器４００ｂに供給されて、熱エネルギーが回収された後、熱媒体循環ラインＲＣＬの凝縮器５００よりも上流側に供給され、膨張タービン３００から排出されたアンモニアと共に、凝縮器５００に供給されて凝縮する。

【0096】

以上のように、第４実施形態のシステムは、３台の熱交換器が設けられた熱媒体循環ラインＲＣＬにより、排気ガスの廃熱を効果的に回収することで、船舶の熱効率が向上する。また、熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体としてアンモニア水溶液を用いたことで、作動流体の補充や管理が容易となる。特に、エンジンの燃料としてアンモニアを使用するアンモニア燃料推進船やアンモニア運搬船に、本実施形態のシステムを適用する場合、燃料や貨物としてのアンモニアを熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体として直接使用することができるため、冷媒管理システムを別途設ける必要がなく、冷媒貯蔵タンク等の関連設備の設置費用を削減することができる。

【0097】

図５には、本発明の第５実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。また、図６には、本発明の第６実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【0098】

図５及び図６に示すように、第５及び第６実施形態の排気ガスの廃熱回収システムは、船舶に設けられて、作動流体が循環する熱媒体循環ラインＲＣＬと、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により、作動流体を加熱して気化させる気化器１００と、気化器１００で加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００とを備える。

【0099】

第５及び第６実施形態では、エンジン(図示せず)に、低引火点の液化ガスが燃料として供給される。また、作動流体は、閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環すると共に、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスを熱源として、液体から気体に相変化する。

【0100】

ここで、アンモニアやＬＰＧは、低引火点の液化ガスの中でも比較的沸点が高く、プロパンを主成分とするＬＰＧは、標準圧力下で、引火点が－１０５℃、また沸点が－４２℃である。また、アンモニアの沸点は標準圧力下で－３３℃であり、標準圧力下の沸点が－１６１℃のメタン(ＬＮＧ)や－２５３℃の水素と比較して沸点が高い。このため、アンモニアやＬＰＧをエンジンに燃料として供給する場合には、エンジンが要求する供給温度まで燃料を加熱するために必要な熱量が非常に少なくて済み、エンジンから排出された高温の排気ガスを利用して発生させた水蒸気を使用せずとも、エンジンの冷却水等で加熱した後、エンジンに燃料として供給することができる。また、燃料中に硫黄成分が含まれていないことから、低温腐食が発生し難く、温度が１５０℃以下の排気ガスからも廃熱を回収することができる。そこで、第５及び第６実施形態では、熱媒体循環ラインＲＣＬに、低温廃熱の回収に適した有機ランキンサイクルを適用して、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。

【0101】

熱媒体循環ラインＲＣＬには、排気ガスとの熱交換により作動流体を加熱して気化させる気化器１００と、気化器１００で加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００と、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮熱交換器４００と、凝縮熱交換器４００で凝縮した作動流体を加圧して、気化器１００に送出する供給ポンプ６００とが設けられている。また、気液分離器２００で分離された液体状態の作動流体は、リキッドラインＬＬａまたはＬＬｂによって熱媒体循環ラインＲＣＬの膨張タービン３００よりも下流側に供給されて、膨張タービン３００から排出された作動流体と共に、凝縮熱交換器４００に供給される。

【0102】

凝縮熱交換器４００では、膨張タービン３００で膨張により部分的に冷却された作動流体と、リキッドラインＬＬａまたはＬＬｂより供給される作動流体とが、冷却されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体が供給ポンプ６００に供給される。また、第５及び第６実施形態のシステムでは、凝縮熱交換器４００に、第１冷却水供給ラインＣＬ１より作動流体を冷却するための冷却水が供給される。また、凝縮熱交換器４００で凝縮した後に供給ポンプ６００で加圧された作動流体を、気化器１００に供給する前に凝縮熱交換器４００に供給する。これにより、凝縮熱交換器４００で、膨張タービン３００で膨張により冷却された熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体の流れ、供給ポンプ６００で加圧されて気化器１００に供給される熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体の流れ、及び、第１冷却水供給ラインＣＬ１の冷却水の流れの３つの流体の流れを熱交換させる。

【0103】

３つの流体の流れを熱交換させることで、凝縮熱交換器４００では、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体に、他の２つの流れからの冷熱が供給され、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体が効果的に凝縮する。また、供給ポンプ６００で加圧された作動流体を、気化器１００に供給する前に予熱することができる。このため、凝縮熱交換器４００は、気体状態の作動流体を凝縮させる凝縮器(Condenser)としての機能を有すると共に、供給ポンプ６００で加圧された作動流体を気化器１００に供給する前に予熱する復熱器(Recuperator)としての機能も有する。これにより、装置数が削減されると共に船舶の熱効率を最大化することができる。

【0104】

また、第５実施形態のシステムでは、低温の排気ガスの廃熱も回収できるように、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体として、水よりも低い沸点を有する流体を用いることができる。

【0105】

また、図５に示すように、第５実施形態のシステムでは、凝縮熱交換器４００で凝縮した液体状態の作動流体が、供給ポンプ６００で膨張タービン３００の駆動に必要な圧力まで加圧されて、凝縮熱交換器４００に供給された後、気化器１００に供給される。凝縮熱交換器４００で予熱された後に気化器１００に供給された作動流体は、排気ガス供給ラインＨＬより供給される排気ガスＨＭの廃熱によって加熱されて気化し、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体が、膨張タービン３００に供給される。気体状態の作動流体は、膨張タービン３００で膨張することでタービンを駆動させて軸動力を生成する。また、膨張により部分的に冷却された作動流体が、凝縮熱交換器４００に供給される。凝縮熱交換器４００では、第１冷却水供給ラインＣＬより供給される冷却水ＣＭの流れと、供給ポンプ６００から送出されて気化器１００に供給される前の作動流体の流れにとよって、膨張タービン３００で膨張により部分的に冷却された作動流体が、さらに冷却(追加追加)されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体は、供給ポンプ６００に供給されて、膨張タービン３００の駆動に必要な圧力まで加圧される。

【0106】

このとき、本実施形態では、熱媒体循環ラインＲＣＬの凝縮熱交換器４００よりも下流側に、凝縮熱交換器４００で凝縮した作動流体を、供給ポンプ６００に供給する前に、さらに冷却(追加冷却)するサクションポット(Suction pot)５００が設けられている。サクションポット５００には、冷却水を供給する第２冷却水供給ラインＣＬ２が接続されている。そして、第２冷却水供給ラインＣＬ２より供給される冷却水との熱交換によって、供給ポンプ６００に供給される前の作動流体がさらに冷却(追加冷却)される。このように、凝縮熱交換器４００で冷却された作動流体を、サクションポット５００で追加冷却した後に供給ポンプ６００に供給することで、蒸気(Vapor)が供給ポンプに流入することで発生する供給ポンプの吸引部(Suction)でのキャビテーション(Cavitation)を防止して、システムの安定性が向上する。

【0107】

凝縮熱交換器４００で冷却されて凝縮した後にサクションポット５００で追加冷却された液体状態の作動流体は、供給ポンプ６００で加圧された後、凝縮熱交換器４００に供給されて予熱され、気化器１００に供給される。このように、作動流体は、相変化を伴って閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環することで、排気ガスの廃熱を回収して、これを動力に変換する。

【0108】

また、本実施形態では、排気ガスの廃熱を利用して膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを、発電機を駆動させて電力を生成するために使用することができ、また、軸動力ＳＰを、船舶内消費先に供給される圧縮空気を生成するために圧縮機で使用してもよい。

【0109】

また、圧縮機(図示せず)を、シャフトを介して膨張タービン３００に連結して構成することもできる。なお、圧縮機の圧縮比は、圧縮空気が供給される船舶内の消費先に応じて決定され得る。

【0110】

また、圧縮空気が供給される船舶内の消費先ＣＳとしては、例えば、船舶の船体の底面外部に空気を噴射する空気潤滑システムであり得る。空気潤滑システムは、船体の底面外部に空気を噴射して、船体と海水との間に連続した空気層を形成することで、運航中の船体と海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃費を向上させることができる。

【0111】

空気潤滑システムは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機(図示せず)、圧縮空気を供給する配管、空気噴射ユニット(図示せず)、船体の底面外部の表面に形成される空気層(図示せず)、制御部(図示せず)等を備えて構成される。また、空気潤滑システムに、廃熱回収システムで生成した圧縮空気を供給することもできる。また、本実施形態のシステムでは、膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを利用して圧縮機で空気を圧縮し、圧縮された圧縮空気を空気潤滑システムに供給する。このように、空気潤滑システムの空気圧縮機に代替して廃熱回収システムの圧縮機を利用することができるため、空気潤滑システムに空気圧縮機等を別途設ける必要がない。また、空気潤滑システムに空気圧縮機が設けられている場合でも、空気圧縮機で不足する容量を、廃熱回収システムで生成した圧縮空気で補うことができるため、より小容量の空気圧縮機を使用することができる。

【0112】

以上のように、第５実施形態のシステムは、３つの流体の流れを熱交換させる凝縮熱交換器４００が設けられた熱媒体循環ラインＲＣＬにより、低引火点燃料を使用するエンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。また、回収した廃熱を電力に変換して、または圧縮空気を生成して、船舶内消費先に供給することで、船舶のエネルギー効率を向上させることができる。

【0113】

また、図６に示す第６実施形態は、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｂを流れる液体状態の作動流体から熱エネルギーを回収する復熱器４５０を追加して設けた点で、上記第５実施形態のシステムと相違する。以下、第５実施形態のシステムと同様の構成については説明を省略し、上記第５実施形態と相違する構成を中心に説明する。

【0114】

図６に示すように、第６実施形態のシステムでは、熱媒体循環ラインＲＣＬに、供給ポンプ５００で加圧された後に凝縮熱交換器４００で熱交換された作動流体を、気化器１００に供給する前に、さらに加熱(追加加熱)する復熱器４５０が設けられている。復熱器４５０では、供給ポンプ６００及び凝縮熱交換器４００で加圧及び予熱された作動流体が、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｂを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱される。

【0115】

このように復熱器４５０を配置したことで、気化器１００で排気ガスの廃熱により加熱されても気化せずに液体状態である作動流体から熱エネルギーを回収して、供給ポンプ５００及び凝縮熱交換器４００から排出された作動流体を、気化器１００に供給する前に予熱することができる。

【0116】

また、第６実施形態のシステムで、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体は、例えば、アンモニア水溶液であり得る。アンモニア水溶液が、気化器１００で低温の排気ガスとの熱交換により加熱される場合、沸点の低いアンモニアは気化して気体状態となるが、水は気化せずに液体状態であり得る。そして、気液分離器２００で分離された気体状態のアンモニアが、膨張タービン３００に供給される。一方、気液分離器２００で分離された水は、リキッドラインＬＬｂより復熱器４５０に供給されて、熱エネルギーが回収された後、熱媒体循環ラインＲＣＬの凝縮熱交換器４００よりも上流側に供給され、膨張タービン３００から排出されたアンモニアと共に、凝縮熱交換器４００に供給されて凝縮する。

【0117】

以上のように、第６実施形態のシステムは、３つの流体の流れを熱交換させる凝縮熱交換器４００を設けて、排気ガスの廃熱を効果的に回収し、船舶の熱効率を向上させることで、システムの構成が簡素化されると共に船舶の熱効率を最大化することができる。また、熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体としてアンモニア水溶液を用いたことで、作動流体の補充や管理が容易となる。特に、エンジンの燃料としてアンモニアを使用するアンモニア燃料推進船やアンモニア運搬船に、本実施形態のシステムを適用する場合、燃料や貨物としてのアンモニアを熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体として直接使用することができるため、冷媒管理システムを別途設ける必要がなく、冷媒貯蔵タンク等の関連設備の設置費用を削減することができる。

【0118】

図７には、本発明の第７実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。図８には、本発明の第８実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを概略的に示す。

【0119】

図７及び図８に示すように、第７及び第８実施形態の排気ガスの廃熱回収システムは、船舶に設けられて、作動流体が循環する熱媒体循環ラインＲＣＬと、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により、作動流体を加熱して気化させる気化部１００Ａまたは１００Ｂと、気化部１００Ａまたは１００Ｂで加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００とを備える。

【0120】

第７及び第８実施形態では、エンジン(図示せず)に、低引火点の液化ガスが燃料として供給される。また、作動流体は、閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環すると共に、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスを熱源として、液体から気体に相変化する。

【0121】

ここで、アンモニアやＬＰＧは、低引火点の液化ガスの中でも比較的沸点が高く、プロパンを主成分とするＬＰＧは、標準圧力下で、引火点が－１０５℃、また沸点が－４２℃である。また、アンモニアの沸点は標準圧力下で－３３℃であり、標準圧力下の沸点が－１６１℃のメタン(ＬＮＧ)や－２５３℃の水素と比較して沸点が高い。このため、アンモニアやＬＰＧをエンジンに燃料として供給する場合には、エンジンが要求する供給温度まで燃料を加熱するために必要な熱量が非常に少なくて済み、エンジンから排出された高温の排気ガスを利用して発生させた水蒸気を使用せずとも、エンジンの冷却水等で加熱した後、エンジンに燃料として供給することができる。また、燃料中に硫黄成分が含まれていないことから、低温腐食が発生し難く、温度が１５０℃以下の排気ガスからも廃熱を回収することができる。そこで、第７及び第８実施形態では、熱媒体循環ラインＲＣＬに、低温廃熱の回収に適した有機ランキンサイクルを適用して、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。

【0122】

熱媒体循環ラインＲＣＬには、排気ガスとの熱交換により作動流体を加熱して気化させる気化部１００Ａまたは１００Ｂと、気化部１００Ａまたは１００Ｂで加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００と、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮熱交換器４００と、凝縮熱交換器４００で凝縮した作動流体を加圧して気化部１００Ａまたは１００Ｂに送出する供給ポンプ５００とが設けられている。気液分離器２００で分離された液体状態の作動流体は、リキッドラインＬＬａまたはＬＬｂによって熱媒体循環ラインＲＣＬの膨張タービン３００よりも下流側に供給されて、膨張タービン３００から排出された作動流体と共に、凝縮熱交換器４００に供給される。

【0123】

凝縮熱交換器４００では、膨張タービン３００で膨張により部分的に冷却された作動流体と、リキッドラインＬＬａまたはＬＬｂより供給される作動流体とが、冷却されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体が供給ポンプ５００に供給される。また、第７及び第８実施形態のシステムでは、凝縮熱交換器４００に、冷却水供給ラインＣＬより作動流体を冷却するための冷却水ＣＭが供給される。また、凝縮熱交換器４００で凝縮した後に供給ポンプ５００で加圧された作動流体を、気化部１００Ａまたは１００Ｂに供給する前に、凝縮熱交換器４００に供給する。これにより、凝縮熱交換器４００で、膨張タービン３００で膨張により冷却された熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体の流れ、供給ポンプ５００で加圧されて気化部１００Ａまたは１００Ｂに供給される熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体の流れ、及び、冷却水供給ラインＣＬの冷却水ＣＭの流れの３つの流体の流れを熱交換させる。

【0124】

３つの流体の流れを熱交換させることで、凝縮熱交換器４００では、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体に、他の２つの流れからの冷熱が供給され、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体が効果的に凝縮する。また、供給ポンプ６００で加圧された作動流体を、気化部１００Ａまたは１００Ｂに供給する前に予熱することができる。このため、凝縮熱交換器４００は、気体状態の作動流体を液体に凝縮させる凝縮器としての機能を有すると共に、供給ポンプ５００で加圧された作動流体を気化部１００Ａまたは１００Ｂに供給する前に予熱する復熱器としての機能も有する。これにより、装置数が削減されると共に船舶の熱効率を最大化することができる。

【0125】

また、第７及び第８実施形態のシステムは、気化部１００Ａまたは１００Ｂが、供給ポンプ５００から送出された作動流体が流れる方向に順じて設けられる気化器１１０ａまたは１１０ｂと、過熱器１２０ａまたは１２０ｂとを夫々備える。排気ガス供給ラインＨＬより供給される排気ガスＨＭは、気化部１００Ａまたは１００Ｂの過熱器１２０ａまたは１２０ｂに供給された後、気化部１００Ａまたは１００Ｂの気化器１１０ａまたは１１０ｂに供給される。また、過熱器１２０ａまたは１２０ｂに供給される排気ガスは、気化器１１０ａまたは１１０ｂに供給される排気ガスに比べて高温である。

【0126】

また、図７に示すように、第７実施形態のシステムでは、供給ポンプ５００で加圧された作動流体を凝縮熱交換器４００で予熱した後、気化部１００Ａの気化器１１０ａで比較的低温の排気ガスとの熱交換により気化させた作動流体を、気液分離器２００で気液分離する。気液分離器２００で分離した気体状態の作動流体を、気化部１００Ａの過熱器１２０ａに供給し、比較的高温の排気ガスによって、さらに加熱(追加加熱)して膨張タービン３００に供給する。このように、第７実施形態のシステムは、膨張タービン３００に供給される前の作動流体を、過熱器１２０ａで高温の排気ガスにより過熱状態まで追加加熱することで、液滴の発生が防止される。また、本実施形態のシステムは、廃熱回収効率やシステムの安定性を向上させることができる。

【0127】

また、第７実施形態のシステムでは、低温の排気ガスの廃熱も回収できるように、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体として、水よりも低い沸点を有する流体を用いることができる。

【0128】

また、図７に示すように、第７実施形態のシステムでは、凝縮熱交換器４００で凝縮した液体状態の作動流体が、供給ポンプ５００で膨張タービン３００の駆動で必要な圧力まで加圧されて、凝縮熱交換器４００に供給されて予熱された後、気化部１００Ａの気化器１１０ａに供給される。凝縮熱交換器４００で予熱された後に気化器１１０ａに供給された作動流体は、排気ガス供給ラインＨＬより供給される排気ガスＨＭの廃熱によって加熱されて気化し、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体が、気化部１００Ａの過熱器１２０ａに供給される。過熱器１２０ａに供給された作動流体は、排気ガス供給ラインＨＬより供給される高温の排気ガスＨＭによって、過熱状態まで加熱されて膨張タービン３００に供給される。気体状態の作動流体は、膨張タービン３００で膨張することでタービンを駆動させて軸動力を生成する。また、膨張により部分的に冷却された作動流体が、凝縮熱交換器４００に供給される。凝縮熱交換器４００で、作動流体は、冷却水供給ラインＣＬより供給される冷却水ＣＭの流れと、供給ポンプ５００から送出されて気化器１１０ａに供給される前の作動流体の流れとによって、さらに冷却(追加冷却)されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体は、供給ポンプ５００に供給されて、膨張タービン３００の駆動に必要な圧力まで加圧される。

【0129】

供給ポンプ５００で加圧された作動流体は、凝縮熱交換器４００に供給されて予熱されて、気化器１１０ａに供給される。このように、作動流体は、相変化を伴って閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環することで、排気ガスの廃熱を回収して、これを動力に変換する。

【0130】

また、本実施形態では、排気ガスの廃熱を利用して膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを、発電機を駆動させて電力を生成するために使用することができ、また、軸動力ＳＰを、船舶内消費先に供給される圧縮空気を生成するために圧縮機で使用してもよい。

【0131】

また、圧縮機(図示せず)を、シャフトを介して膨張タービン３００に連結して構成することもできる。なお、圧縮機の圧縮比は、圧縮空気が供給される船舶内の消費先に応じて決定され得る。

【0132】

また、圧縮空気が供給される船舶内の消費先ＣＳとしては、例えば、船舶の船体の底面外部に空気を噴射する空気潤滑システムであり得る。空気潤滑システムは、船体の底面外部に空気を噴射して、船体と海水との間に連続した空気層を形成することで、運航中の船体と海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃費を向上させることができる。

【0133】

空気潤滑システムは、船体の底面外部に噴射される圧縮空気を生成する空気圧縮機(図示せず)、圧縮空気を供給する配管、空気噴射ユニット(図示せず)、船体の底面外部の表面に形成される空気層(図示せず)、制御部(図示せず)等を備えて構成される。また、空気潤滑システムに、廃熱回収システムで生成した圧縮空気を供給することもできる。また、本実施形態のシステムでは、膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを利用して圧縮機で空気を圧縮し、圧縮された圧縮空気を空気潤滑システムに供給する。このように、空気潤滑システムの空気圧縮機に代替して廃熱回収システムの圧縮機を利用することができるため、空気潤滑システムに空気圧縮機等を別途設ける必要がない。また、空気潤滑システムに空気圧縮機が設けられている場合でも、空気圧縮機で不足する容量を、廃熱回収システムで生成した圧縮空気で補うことができるため、より小容量の空気圧縮機を使用することができる。

【0134】

以上のように、第７実施形態のシステムは、３つの流体の流れを熱交換させる凝縮熱交換器４００が設けられた熱媒体循環ラインＲＣＬにより、低引火点燃料を使用するエンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。また、回収した廃熱を電力に変換して、または圧縮空気を生成して、船舶内消費先に供給することで、船舶のエネルギー効率を向上させることができる。

【0135】

また、図８に示す第８実施形態は、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｂを流れる液体状態の作動流体から熱エネルギーを回収する復熱器４５０と、低温の排気ガスの排熱を回収する排熱ヒーター１３０ｂとを追加して設けた点で、上記第７実施形態のシステムと相違する。以下、第７実施形態のシステムと同様の構成については説明を省略し、上記第７実施形態と相違する構成を中心に説明する。

【0136】

図８に示すように、第８実施形態のシステムでは、熱媒体循環ラインＲＣＬに、供給ポンプ５００で加圧された後に凝縮熱交換器４００で熱交換された作動流体を、気化部１１０Ｂの気化器１１０ｂに供給する前に、さらに加熱(追加加熱)する復熱器４５０が設けられている。復熱器４５０では、供給ポンプ５００及び凝縮熱交換器４００で加圧及び予熱された作動流体が、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｂを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱される。

【0137】

このように復熱器４５０を配置したことで、気化器１１０ｂで排気ガスの廃熱により加熱されても気化せずに液体状態である作動流体から熱エネルギーを回収して、供給ポンプ５００及び凝縮熱交換器４００から排出された作動流体を、気化器１００に供給する前に予熱することができる。

【0138】

また、第８実施形態のシステムで、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体は、例えば、アンモニア水溶液であり得る。アンモニア水溶液が、気化部１１０Ｂの気化器１１０ｂで低温の排気ガスとの熱交換により加熱される場合、沸点の低いアンモニアは気化して気体状態となるが、水は気化せずに液体状態であり得る。そして、気液分離器２００で分離された気体状態のアンモニアが、過熱器１２０ｂで過熱状態まで加熱された後に膨張タービン３００に供給される。一方、気液分離器２００で分離された水は、リキッドラインＬＬｂより復熱器４５０に供給されて、熱エネルギーが回収された後、熱媒体循環ラインＲＣＬの凝縮熱交換器４００よりも上流側に供給され、膨張タービン３００から排出されたアンモニアと共に、凝縮熱交換器４００に供給されて凝縮する。

【0139】

また、第８実施形態では、気化部１００Ｂに、排気ガス供給ラインＨＬより過熱器１２０ｂ及び気化器１１０ｂに供給されて気化器１１０ｂから排出された低温の排気ガスと、作動流体とを熱交換させる排熱ヒーター１３０ｂがさらに設けられている。供給ポンプ５００で加圧された後に凝縮熱交換器４００で熱交換された作動流体の一部を、分岐ラインＲＣＬｂで分岐させて、排熱ヒーター１３０ｂで低温の排気ガスにより加熱した後、熱媒体循環ラインＲＣＬの復熱器４５０よりも下流側に供給する。すなわち、供給ポンプ５００で加圧された後に凝縮熱交換器４００で予熱された作動流体の一部が、復熱器４５０でリキッドラインＬＬｂの流体の流れにより加熱されると共に、分岐させた作動流体の一部が、排熱ヒーター１３０ｂで低温の排気ガスの流れにより加熱される。そして、これらを、熱媒体循環ラインＲＣＬの復熱器４５０よりも下流側で合流させて、気化部１１０Ｂの気化器１１０ｂに供給する。これにより、排気ガスの廃熱回収量をさらに向上させることができる。

【0140】

以上のように、第８実施形態のシステムは、３つの流体の流れを熱交換させる凝縮熱交換器４００を設けて、排気ガスの廃熱を効果的に回収し、船舶の熱効率を向上させることで、システムの構成が簡素化されると共に船舶の熱効率を最大化することができる。また、熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体としてアンモニア水溶液を用いたことで、作動流体の補充や管理が容易となる。特に、エンジンの燃料としてアンモニアを使用するアンモニア燃料推進船やアンモニア運搬船に、本実施形態のシステムを適用する場合、燃料や貨物としてのアンモニアを熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体として直接使用することができるため、冷媒管理システムを別途設ける必要がなく、冷媒貯蔵タンク等の関連設備の設置費用を削減することができる。

【0141】

図９乃至図１２には、本発明の第９乃至第１２実施形態の船舶用の排気ガスの廃熱回収システムを夫々概略的に示す。

【0142】

図９乃至図１２に示すように、第９乃至第１２実施形態の排気ガスの廃熱回収システムは、船舶に設けられて、作動流体が循環する熱媒体循環ラインＲＣＬと、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、船舶のエンジンから排出された排気ガスとの熱交換により、作動流体を加熱して気化させる気化器１００と、気化器１００で加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、熱媒体循環ラインＲＣＬに設けられて、作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００とを備える。

【0143】

第９乃至第１２実施形態では、エンジン(図示せず)に、低引火点の液化ガスが燃料として供給される。また、作動流体は、閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環すると共に、低引火点の液化ガスを燃料として使用するエンジンから排出された排気ガスを熱源として、液体から気体に相変化する。

【0144】

ここで、アンモニアやＬＰＧは、低引火点の液化ガスの中でも比較的沸点が高く、プロパンを主成分とするＬＰＧは、標準圧力下で、引火点が－１０５℃、また沸点が－４２℃である。また、アンモニアの沸点は標準圧力下で－３３℃であり、標準圧力下の沸点が－１６１℃のメタン(ＬＮＧ)や－２５３℃の水素と比較して沸点が高い。このため、アンモニアやＬＰＧをエンジンに燃料として供給する場合には、エンジンが要求する供給温度まで燃料を加熱するために必要な熱量が非常に少なくて済み、エンジンから排出された高温の排気ガスを利用して発生させた水蒸気を使用せずとも、エンジンの冷却水等で加熱した後、エンジンに燃料として供給することができる。また、燃料中に硫黄成分が含まれていないことから、低温腐食が発生し難く、温度が１５０℃以下の排気ガスからも廃熱を回収することができる。そこで、第９乃至第１２実施形態では、熱媒体循環ラインＲＣＬに、低温廃熱の回収に適した有機ランキンサイクルを適用して、エンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。

【0145】

熱媒体循環ラインＲＣＬには、排気ガスとの熱交換により作動流体を加熱して気化させる気化部１００と、気化部１００で加熱(気化)された作動流体を気液分離する気液分離器２００と、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体を膨張させて軸動力を生成する膨張タービン３００と、膨張タービン３００で膨張により冷却された作動流体を冷却して凝縮させる凝縮器４００と、凝縮器４００で凝縮した作動流体を加圧して気化部１００に送出する供給ポンプ５００と、供給ポンプ５００で加圧された作動流体を加熱して気化部１００に供給する第１及び第２の復熱器６００，６５０とが設けられている。第１及び第２の復熱器６００，６５０は、供給ポンプ５００で加圧された作動流体を、気化部１００に供給する前に予熱する機能を有する。第１復熱器６００では、供給ポンプ５００で加圧された作動流体と、膨張タービン３００で膨張により冷却された後に凝縮器４００に供給される前の作動流体とを熱交換させる。また、第２復熱器６５０ａ，６５０ｂ，６５０ｃ，６５０ｄでは、供給ポンプ５００で加圧された作動流体が、船舶内の圧縮装置や冷却装置等から供給される廃熱によって加熱される。また、気液分離器２００で分離された液体状態の作動流体は、リキッドラインＬＬ，またはＬＬｃもしくはＬＬｄによって熱媒体循環ラインＲＣＬの膨張タービン３００よりも下流側に供給されて、膨張タービン３００から排出された作動流体と共に、第１復熱器６００に供給された後に凝縮器４００に供給される。

【0146】

また、第９乃至第１２実施形態のシステムは、気化部１００が、供給ポンプ５００から送出された作動流体が流れる方向に順じて設けられる気化器１１０と過熱器１２０とを備える。排気ガス供給ラインＨＬより供給される排気ガスＨＭは、気化部１００の過熱器１２０に供給された後、気化部１００の気化器１１０に供給される。また、過熱器１２０に供給される排気ガスは、気化器１１０に供給される排気ガスに比べて高温である。

【0147】

また、図９及び図１０に示すように、第９及び第１０の実施形態のシステムでは、供給ポンプ５００で加圧された作動流体を、第１または第２の復熱器６００または６５０ａもしくは６５０ｂで予熱した後、気化器１１０で比較的低温の排気ガスとの熱交換により気化させた作動流体を、気液分離器２００で気液分離する。気液分離器２００で分離した気体状態の作動流体を、気化部１００の過熱器１２０に供給し、比較的高温の排気ガスによって、さらに加熱(追加加熱)して膨張タービン３００に供給する。このように、第９及び第１０の実施形態では、膨張タービン３００に供給される前の作動流体を、過熱器１２０で高温の排気ガスにより過熱状態まで追加加熱することで、液滴の発生が防止される。また、本実施形態のシステムは、廃熱回収効率やシステムの安定性を向上させることができる。

【0148】

また、第９及び第１０実施形態のシステムでは、低温の排気ガスの廃熱も回収できるように、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体として、水よりも低い沸点を有する流体を用いることができる。

【0149】

また、図９及び図１０に示すように、第９及び第１０実施形態のシステムでは、凝縮器４００で凝縮した液体状態の作動流体が、供給ポンプ５００で膨張タービン３００の駆動に必要な圧力まで加圧されて、第１または第２の復熱器６００または６５０ａもしくは６５０ｂに供給されて予熱された後、気化部１００の気化器１１０に供給される。供給ポンプ５００で加圧された作動流体は、２つの流れに分岐して、第１復熱器６００と第２復熱器６５０ａまたは６５０ｂとに夫々供給される。第１復熱器６００では、熱媒体循環ラインＲＣＬのリキッドラインＬＬとの合流点よりも下流側で、膨張タービン３００から排出されて凝縮器４００に供給される前の作動流体との熱交換により、供給ポンプ５００で加圧された作動流体が加熱される。また、第２復熱器６５０ａまたは６５０ｂでは、船舶内の圧縮装置や冷却装置等の他の装置から排出される空気や冷却水等の廃熱によって、供給ポンプ５００で加圧された作動流体が加熱される。すなわち、第１復熱器６００では、供給ポンプ５００で加圧されて送出された作動流体と、凝縮器４００に供給される前の作動流体とを熱交換させる。また、第２復熱器６５０ａまたは６５０ｂでは、船舶内の他の装置の廃熱が回収される。第１または第２の復熱器６００または６５０ａもしくは６５０ｂで予熱された後に気化器１１０に供給された作動流体は、排気ガス供給ラインＨＬより過熱器１２０に供給された後に気化器１１０に供給された排気ガスＨＭの廃熱によって加熱されて気化し、気液分離器２００で分離された気体状態の作動流体が、気化部１００の過熱器１２０に供給される。過熱器１２０に供給された作動流体は、排気ガス供給ラインＨＬより供給される高温の排気ガスによって、過熱状態まで加熱されて膨張タービン３００に供給される。気体状態の作動流体は、膨張タービン３００で膨張することでタービンを駆動させて軸動力を生成する。また、膨張により部分的に冷却された作動流体を、第１復熱器６００で熱交換させて、凝縮器４００に供給する。凝縮器４００で、作動流体は、冷却水供給ラインＣＬより供給される冷却水によって、さらに冷却(追加冷却)されて凝縮する。そして、凝縮した液体状態の作動流体が供給ポンプ５００に供給される。このように、作動流体は、相変化を伴って閉ループの熱媒体循環ラインＲＣＬを循環することで、排気ガスの廃熱を回収して、これを動力に変換する。

【0150】

また、第９実施形態のシステムでは、排気ガスの廃熱を利用して膨張タービン３００で生成した軸動力ＳＰを、発電機を駆動させて電力を生成するために使用することができ、また、軸動力ＳＰを、船舶内消費先に供給される圧縮空気を生成するために圧縮機で使用してもよい。

【0151】

また、図１０に示す第１０実施形態のシステムは、膨張タービン３００にシャフトを介して連結される圧縮機３５０を追加して設けた点で、上記第９実施形態のシステムと相違する。

【0152】

図１０に示すように、第１０実施形態のシステムは、膨張タービン３００で生成した軸動力を使用して、空気を圧縮する圧縮機３５０と、圧縮機３５０に空気を供給する空気供給ラインＡＬとをさらに備えて構成される。

【0153】

第１０実施形態のシステムでは、圧縮機３５０で圧縮された圧縮空気を、空気供給ラインＡＬより第２復熱器６５０ｂに供給して作動流体と熱交換させた後、船舶内の消費先ＣＳに供給する。すなわち、第１０実施形態と後述する第１２実施形態システムとでは、膨張タービン３００にシャフトを介して連結された圧縮機３５０が設けられている。圧縮機３５０は、軸動力を使用し、空気を圧縮して圧縮空気を生成し、圧縮機３５０で圧縮された圧縮空気が船舶内の消費先ＣＳに供給される。また、圧縮機３５０より吐出された圧縮空気の熱が、第２復熱器６５０ｂまたは６５０ｄで回収されて、作動流体の予熱に利用される。

【0154】

また、圧縮空気が供給される船舶内の消費先ＣＳとしては、例えば、船舶の船体の底面外部に空気を噴射する空気潤滑システムであり得る。空気潤滑システムは、船体の底面外部に空気を噴射して、船体と海水との間に連続した空気層を形成することで、運航中の船体と海水との摩擦抵抗が低減され、船舶の燃費を向上させることができる。

【0155】

また、空気潤滑システムは、船体の底面外部に噴射される圧縮空気を生成するための空気圧縮機(図示せず)、圧縮空気を供給する配管、空気噴射ユニット(図示せず)、船体の底面外部の表面に形成される空気層(図示せず)、制御部(図示せず)等を備えて構成される。また、空気潤滑システムに、廃熱回収システムで生成した圧縮空気を供給することもできる。また、本実施形態のシステムでは、膨張タービン３００で生成した軸動力を利用して圧縮機で空気を圧縮し、圧縮された圧縮空気を空気潤滑システムに供給する。このように、空気潤滑システムの空気圧縮機に代替して廃熱回収システムの圧縮機を利用することができるため、空気潤滑システムに空気圧縮機等を別途設ける必要がない。また、空気潤滑システムに空気圧縮機が設けられている場合でも、空気圧縮機で不足する容量を、廃熱回収システムで生成した圧縮空気で補うことができるため、より小容量の空気圧縮機を使用することができる。また、空気潤滑システムに圧縮空気を供給する場合、圧縮機３５０を約２の圧縮比で作動させる。また、この場、圧縮機３５０を単段(一段)遠心式圧縮機で構成することができる。

【0156】

以上のように、第９及び第１０実施形態のシステムは、複数の復熱器６００，６５０ｂが設けられた熱媒体循環ラインＲＣＬと、排気ガスの温度に応じて順に廃熱を回収するように構成した気化部１００とにより、低引火点燃料を使用するエンジンから排出された排気ガスの廃熱を回収する。また、回収した廃熱を電力に変換して、または圧縮空気を生成して、船舶内の消費先に供給することで、船舶のエネルギー効率を向上させることができる。

【0157】

次に、図１１及び図１２に示す第１１及び第１２実施形態のシステムは、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｃまたはＬＬｄを流れる液体状態の作動流体から熱エネルギーを回収する第３復熱器７００と、気化部１００に設けられて、低温の排気ガスの排熱を回収する排熱ヒーター１３０とを追加して設けた点で、上記第９及び第１０実施形態のシステムと相違する。以下、上記第９及び第１０実施形態のシステムと同様の構成については説明を省略し、上記第９及び第１０実施形態と相違する構成を中心に説明する。

【0158】

図１１及び図１２に示すように、第１１及び第１２実施形態のシステムでは、熱媒体循環ラインＲＣＬに、供給ポンプ５００で加圧された後に第１または第２の復熱器６００または６５０ｃもしくは６５０ｄで予熱された作動流体を加熱する第３復熱器７００が設けられている。第３復熱器７００で加熱された作動流体は、気化器１１０に供給される。第１１及び第１２実施形態のシステムで、供給ポンプ５００で加圧された作動流体は、２つの流れに分岐されて、第１または第２復熱器６００または６５０ｃもしくは６５０ｄに夫々供給される。そして、第１または第２復熱器６００または６５０ｃもしくは６５０ｄから排出されて合流した作動流体が、気液分離器２００で分離されてリキッドラインＬＬｃまたはＬＬｄを流れる液体状態の作動流体との熱交換により加熱される。

【0159】

このように第３復熱器７００を配置したことで、気化器１１０で排気ガスの廃熱により加熱されても気化せずに液体状態である作動流体から熱エネルギーを回収して、供給ポンプ５００及び第１または第２復熱器６００または６５０ｃもしくは６５０ｄから排出された作動流体を、気化器１１０に供給する前に予熱することができる。

【0160】

また、第１１及び第１２実施形態のシステムで、熱媒体循環ラインＲＣＬを循環する作動流体は、例えば、アンモニア水溶液であり得る。アンモニア水溶液が、気化部１００の気化器１１０で低温の排気ガスとの熱交換により加熱される場合、沸点の低いアンモニアは気化して気体状態となるが、水は気化せずに液体状態であり得る。そして、気液分離器２００で分離された気体状態のアンモニアが、過熱器１２０で過熱状態まで加熱されて、膨張タービン３００に供給される。一方、気液分離器２００で分離された水は、リキッドラインＬＬｃまたはＬＬｄより第３復熱器７００に供給されて、熱エネルギーが回収された後、熱媒体循環ラインＲＣＬの膨張タービン３００よりも下流側に供給されて、膨張タービン３００から排出されたアンモニアと共に、第１復熱器６００に供給された後、凝縮器４００に供給される。

【0161】

また、第１１及び第１２実施形態のシステムでは、気化部１００に、排熱ヒーター１３０がさらに設けられている。排熱ヒーター１３０では、排気ガス供給ラインＨＬより過熱器１２０及び気化器１１０に供給されて気化器１１０から排出された低温の排気ガスと、作動流体とが熱交換される。供給ポンプ５００で加圧された後に第１復熱器６００で熱交換された作動流体の一部を、分岐ラインＲＣＬｃまたはＲＣＬｄで分岐させて、排熱ヒーター１３０で低温の排気ガスにより加熱した後、熱媒体循環ラインＲＣＬの第３復熱器７００よりも下流側に供給する。すなわち、供給ポンプ５００で加圧された後に第１復熱器６００で予熱された作動流体の一部が、第３復熱器７００でリキッドラインＬＬｃまたはＬＬｄの流体の流れにより加熱されると共に、分岐させた作動流体の一部が、排熱ヒーター１３０で低温の排気ガスの流れにより加熱される。そして、これらを、熱媒体循環ラインＲＣＬの第３復熱器７００よりも下流側で合流させて、気化部１００の気化器１１０に供給する。これにより、排気ガスの廃熱回収量をさらに向上させることができる。

【0162】

また、第１２実施形態のシステムは、上記第１０実施形態のシステムと同様に、軸動力を使用して圧縮機３５０で生成した圧縮空気を、空気供給ラインＡＬより第２復熱器６５０ｄに供給した後に船舶内の消費先ＣＳに供給して、圧縮機３５０より吐出された圧縮空気の熱を作動流体の予熱に利用できるように構成されている。なお、上記第１１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0163】

以上のように、本実施形態のシステムは、第３復熱器７００と排熱ヒーター１３０とを設けたことで、船舶の熱効率がさらに向上され、排気ガスの廃熱を効果的に回収することができる。また、熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体としてアンモニア水溶液を用いたことで、作動流体の補充や管理が容易となる。特に、エンジンの燃料としてアンモニアを使用するアンモニア燃料推進船やアンモニア運搬船に、本実施形態のシステムを適用する場合、燃料や貨物としてのアンモニアを熱媒体循環ラインＲＣＬの作動流体として直接使用することができるため、冷媒管理システムを別途設ける必要がなく、冷媒貯蔵タンク等の関連設備の設置費用を削減することができる。

【0164】

本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の技術的要旨を超えない範囲内で様々な変更または変形ができることは、本発明が属する技術分野の当業者にとって自明である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図6】

【国際調査報告】