專利名稱：船舶用脫硝系統(tǒng)及具備該系統(tǒng)的船舶、以及船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在來自柴油發(fā)動機(jī)的廢氣的脫硝中使用而搭載于適合的船舶上的船舶用脫硝系統(tǒng)及具備該系統(tǒng)的船舶、以及船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
為了將從船舶推進(jìn)用的柴油發(fā)動機(jī)(主發(fā)動機(jī))產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)除去，而在船舶上搭載脫硝裝置。在下述專利文獻(xiàn)I中公開了一種在船舶上能夠生成作為脫硝催化劑的還原劑而使用的氨的發(fā)明。氨由于在船舶上能夠生成，因此無需將液體氨向船舶輸送并儲藏在船舶內(nèi)。而且，由于液體氨被作為危險物處理，因此需要設(shè)置泄漏探測傳感器或雙重配管這樣的特別的儲藏設(shè)備，但在船舶上無需為了生成必要量的氨而設(shè)置特別的儲藏設(shè)備。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開平11-292531號公報發(fā)明的概要發(fā)明要解決的課題在船舶上為了 生成氨而需要用于電解水或驅(qū)動輸送泵等的電能。在上述專利文獻(xiàn)I中，示出了利用來自作為輔機(jī)的柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動型發(fā)電機(jī)的電力的情況。然而，通常柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動型發(fā)電機(jī)比主發(fā)動機(jī)的熱效率低，因此若從柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動型發(fā)電機(jī)得到電力的話，為了生成氨而更加浪費能量，從節(jié)約能量的觀點出發(fā)不優(yōu)選。另外，在船內(nèi)產(chǎn)生了剩余電力時，希望有效地利用該剩余電力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這種情況而作出，目的在于提供一種能夠節(jié)約能量且穩(wěn)定地供給向生成脫硝用的氨的氨生成器供給的電力的船舶用脫硝系統(tǒng)及具備該系統(tǒng)的船舶以及船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的船舶用脫硝系統(tǒng)及具備該系統(tǒng)的船舶以及船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法采用以下的機(jī)構(gòu)。S卩，本發(fā)明的第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)具備氨生成器，其具有由水制造氫的氫制造部及由空氣制造氮的氮制造部，由通過所述氫制造部制造出的氫及通過所述氮制造部制造出的氮來生成氨，并且從船內(nèi)電力系統(tǒng)被供給電力；脫硝催化劑部，其設(shè)置在船舶用推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)的廢氣通路上，與通過所述氨生成器生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝；發(fā)電機(jī)，其使用所述主發(fā)動機(jī)的廢氣能量進(jìn)行發(fā)電，向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力；軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，其由所述主發(fā)動機(jī)驅(qū)動而發(fā)電，能夠進(jìn)行向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，并且由從所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給的電力驅(qū)動而對螺旋槳軸加力；發(fā)電輸出控制部，其控制向所述氨生成器供給的供給電力、所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出、以及向所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)供給的供給電力及所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)的發(fā)電輸出。氨生成器具有由水制造氫的氫制造部和由空氣制造氮的氮制造部,利用由氫制造部及氮制造所制造出的氫及氮來生成氨。這樣的話，以水及空氣為原料而能夠在船舶上生成氨，因此在船舶上無需設(shè)置儲藏液體氨(例如氨水溶液)或尿素等還原劑的空間。因此，不用確保大的空間就能夠?qū)⒋坝妹撓跸到y(tǒng)設(shè)置在船舶內(nèi)。另外，從主發(fā)動機(jī)的廢氣能量回收的發(fā)電輸出經(jīng)由船內(nèi)電力系統(tǒng)而使用在氨生成器中。由此，能夠以少的消耗能量使氨生成器運(yùn)轉(zhuǎn)，因此能夠避免另行設(shè)置的柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動型發(fā)電機(jī)等的發(fā)電用輔機(jī)的容量增大或臺數(shù)增加。另外，由于設(shè)有對螺旋槳軸加力的軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，因此能夠減少主發(fā)動機(jī)的燃料消耗率。而且，對螺旋槳軸加力的軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)由于從船內(nèi)電力系統(tǒng)接受電力供給，因此使用由發(fā)電機(jī)排熱回收的電力來驅(qū)動軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，由此能夠構(gòu)筑出熱效率高的系統(tǒng)。尤其是在不需要廢氣脫硝的海域中航行時無需向氨生成器供給電力，因此能夠?qū)⑼ㄟ^排熱回收而得到的電力的剩余部分對于軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)有效地利用。而且，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以具備與所述船內(nèi)電力系統(tǒng)連接的蓄電池。由于具備與船內(nèi)電力系統(tǒng)連接的蓄電池，因此即使主發(fā)動機(jī)產(chǎn)生負(fù)載變動而發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出發(fā)生變動，也可以使用蓄電池的電力。尤其是在主發(fā)動機(jī)的低負(fù)載時無法充分得到來自發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出的情況下有用。因此，能夠經(jīng)由船內(nèi)電力系統(tǒng)對氨生成器穩(wěn)定地供給電力。此外，由于蓄電池與發(fā)電機(jī)同樣地與船內(nèi)電力系統(tǒng)連接，因此能夠蓄積由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的剩余電力。而且，在主發(fā)動機(jī)的減速時，可以利用蓄電池進(jìn)行動力回收。在船舶上設(shè)置發(fā)電用發(fā)動機(jī)時，通過具備蓄電池而能夠抑制負(fù)載變動，因此能夠減少發(fā)電用發(fā)動機(jī)的容量及尺寸。此外，根據(jù)所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)，可以在所述船內(nèi)電力系統(tǒng)上連接太陽能發(fā)電裝置。由于將太陽能發(fā)電裝置與電力系統(tǒng)連接，因此能夠?qū)⑻柲馨l(fā)電裝置的發(fā)電輸出向蓄電池供給。由此，能夠更穩(wěn)定地進(jìn)行電力供給。此外，根據(jù)所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)，可以在所述船內(nèi)電力系統(tǒng)上連接從船舶的外部的電源接受電力的供給的外部電力輸入部。由于從船舶的外部的電源接受電力的供給的外部電力輸入部與電力系統(tǒng)連接，因此例如在船舶的靠岸時能夠從外部(陸地側(cè))接受電力的供給。由此，在船舶的靠岸時無需使發(fā)電用發(fā)動機(jī)起動，能夠?qū)崿F(xiàn)所謂零排放。此外，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以具備對于向所述脫硝催化劑部導(dǎo)入的廢氣進(jìn)行加熱的電加熱器，對于該電加熱器，從所述船內(nèi)電力系統(tǒng)進(jìn)行電力供給。在作為脫硝催化劑部而主要使用的選擇接觸還原法(SCR)的SCR催化劑中，廢氣溫度越低溫越可能發(fā)生中毒。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于利用電加熱器使廢氣溫度上升，因此能夠防止SCR催化劑的中毒。
另外，由于電加熱器與船內(nèi)電力系統(tǒng)連接，因此能夠從軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)接受電力供給。例如，在主發(fā)動機(jī)起動時廢氣能量低而無法進(jìn)行排熱回收，因此這種情況下可以將通過軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)發(fā)出的電力向電加熱器供給，因此有效。此外，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以使用增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)得到所述主發(fā)動機(jī)的排氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)輸出而發(fā)電。作為具備得到主發(fā)動機(jī)的排氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)輸出而發(fā)電的增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)的增壓器，已知有混合動力排氣渦輪增壓器。使用該增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)作為向船內(nèi)電力系統(tǒng)進(jìn)行電力供給的發(fā)電機(jī)。由此，能夠有效地利用主發(fā)動機(jī)的排氣能量。此外，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以使用動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過以所述主發(fā)動機(jī)的廢氣為驅(qū)動源的動力渦輪而發(fā)電。使用動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為向船內(nèi)電力系統(tǒng)進(jìn)行電力供給的發(fā)電機(jī)，該動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過以主發(fā)動機(jī)的廢氣為驅(qū)動源的動力渦輪而發(fā)電。由此，能夠有效地利用主發(fā)動機(jī)的排氣能量。此外，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以使用蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過蒸氣渦輪而發(fā)電，該蒸氣渦輪以通過使用了所述主發(fā)動機(jī)的廢氣的廢氣鍋爐而生成的蒸氣為驅(qū)動源。使用蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為向船內(nèi)電力系統(tǒng)進(jìn)行電力供給的發(fā)電機(jī)，該蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過蒸氣渦輪而發(fā)電，該蒸氣渦輪以通過使用主發(fā)動機(jī)的廢氣的廢氣鍋爐而生成的蒸氣為驅(qū)動源。由此，能夠有效地利用主發(fā)動機(jī)的排氣能量。此外，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以使用異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過動力渦輪及蒸氣渦輪而發(fā)電，該動力渦輪以所述主發(fā)動機(jī)的廢氣為驅(qū)動源，該蒸氣渦輪以通過使用所述主發(fā)動機(jī)的廢氣的廢氣鍋爐而生成的蒸氣為驅(qū)動源。在異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)上連接有動力渦輪及蒸氣渦輪這樣不同種類(異種)的渦輪。通過使用該異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)，除了以主發(fā)動機(jī)的廢氣為驅(qū)動源的動力渦輪之外，還使用蒸氣渦輪進(jìn)行發(fā)電，該蒸氣渦輪以通過使用了主發(fā)動機(jī)的廢氣的廢氣鍋爐而生成的蒸氣為驅(qū)動源，因此能夠更有效地利用主發(fā)動機(jī)的排氣能量。此外，所述第一形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)可以使用熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過以與冷卻水及/或加熱水進(jìn)行熱交換并蒸氣化的熱介質(zhì)為驅(qū)動源的渦輪而發(fā)電，該冷卻水是所述主發(fā)動機(jī)的封套、空氣冷卻器的冷卻水，該加熱水是與廢氣進(jìn)行了熱交換后的加熱水。所述熱介質(zhì)中，通常已知有使用了比水的沸點低的替代弗利昂(例如R_245fa、R-134a等)、戊烷、丁烷等有機(jī)熱介質(zhì)的系統(tǒng)，被稱為蘭金循環(huán)。另外，本發(fā)明的第二形態(tài)的船舶具備船舶推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)和上述任一船舶用脫硝系統(tǒng)。上述任一種船舶用脫硝系統(tǒng)能夠進(jìn)行高效率且穩(wěn)定的電力供給，因此適合于搭載在船舶上。另外，本發(fā)明的第三形態(tài)的船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法中，所述船舶用脫硝系統(tǒng)具備氨生成器，其具有由水制造氫的氫制造部及由空氣制造氮的氮制造部，由通過所述氫制造部制造出的氫及通過所述氮制造部制造出的氮來生成氨，并且從船內(nèi)電力系統(tǒng)被供給電力；脫硝催化劑部，其設(shè)置在船舶用推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)的廢氣通路上，與通過所述氨生成器生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝；發(fā)電機(jī)，其使用所述主發(fā)動機(jī)的廢氣能量進(jìn)行發(fā)電，向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力；軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，其由所述主發(fā)動機(jī)驅(qū)動而發(fā)電，能夠進(jìn)行向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，并且由從所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給的電力驅(qū)動而對螺旋槳軸加力，在所述船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法中，通過發(fā)電輸出控制部，控制向所述氨生成器供給的供給電力、所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出、以及向所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)供給的供給電力及所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)的發(fā)電輸出。氨生成器具有由水制造氫的氫制造部和由空氣制造氮的氮制造部,利用由氫制造部及氮制造所制造出的氫及氮來生成氨。這樣的話，以水及空氣為原料而能夠在船舶上生成氨，因此在船舶上無需設(shè)置儲藏液體氨(例如氨水溶液)或尿素等還原劑的空間。因此，不用確保大的空間就能夠?qū)⒋坝妹撓跸到y(tǒng)設(shè)置在船舶內(nèi)。另外，從主發(fā)動機(jī)的廢氣能量回收的發(fā)電輸出經(jīng)由船內(nèi)電力系統(tǒng)而使用在氨生成器中。由此，能夠以少的消耗能量使氨生成器運(yùn)轉(zhuǎn)，因此能夠避免另行設(shè)置的柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動型發(fā)電機(jī)等的發(fā)電用輔機(jī)的容量增大或臺數(shù)增加。另外，由于設(shè)有對螺旋槳軸加力的軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，因此能夠減少主發(fā)動機(jī)的燃料消耗率。而且，對螺旋槳軸加力的軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)由于從船內(nèi)電力系統(tǒng)接受電力供給，因此使用由發(fā)電機(jī)排熱回收的電力來驅(qū)動軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，由此能夠構(gòu)筑出熱效率高的系統(tǒng)。尤其是在不需要廢氣脫硝的海域中航行時無需向氨生成器供給電力，因此能夠?qū)⑼ㄟ^排熱回收而得到的電力的剩余部分對于軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)有效地利用。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠節(jié)約能量且穩(wěn)定地供給向生成脫硝用的氨的氨生成器供給的電力。


圖1是表示設(shè)有本發(fā)明的第一實施方式的船舶用脫硝系統(tǒng)的主發(fā)動機(jī)周邊的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示圖1的排熱回收系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖3是表示圖1所示的氨生成器的簡要結(jié)構(gòu)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖4是表不第一實施方式的與主發(fā)動機(jī)的負(fù)載相對的發(fā)電量的圖。圖5是相對于船舶的運(yùn)轉(zhuǎn)時間而表示各控制量的變化的時序圖。圖6是表示本發(fā)明的第二實施方式的排熱回收系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖7是表示第二實施方式的與主發(fā)動機(jī)的負(fù)載相對的發(fā)電量的圖。圖8是表示本發(fā)明的第三實施方式的排熱回收系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖9是表示第三實施方式的與主發(fā)動機(jī)的負(fù)載相對的發(fā)電量的圖。圖10是表示本發(fā)明的第四實施方式的排熱回收系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖11是第四實施方式的與主發(fā)動機(jī)的負(fù)載相對的發(fā)電量的圖。圖12是表示本發(fā)明的第五實施方式的排熱回收系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖13是表示第五實施方式的與主發(fā)動機(jī)的負(fù)載相對的發(fā)電量的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式。[第一實施方式]以下，使用圖1，說明本發(fā)明的第一實施方式。圖1表示設(shè)有本實施方式的船舶用脫硝系統(tǒng)I的主發(fā)動機(jī)3周邊的簡要結(jié)構(gòu)。在船舶內(nèi)具備船舶推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)(例如柴油發(fā)動機(jī))3 ;用于對來自主發(fā)動機(jī)3的廢氣進(jìn)行脫硝的脫硝系統(tǒng)I ;回收主發(fā)動機(jī)3的廢氣能量而發(fā)電的排熱回收系統(tǒng)17 ；利用主發(fā)動機(jī)3的廢氣而生成蒸氣的廢氣預(yù)熱器(廢氣鍋爐)11。在主發(fā)動機(jī)3的輸出軸上連接有軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(軸發(fā)電電動機(jī))13,在該軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13上經(jīng)由螺旋槳軸10而安裝螺旋槳12。軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13從船內(nèi)電力系統(tǒng)30得到電力而能夠進(jìn)行對主發(fā)動機(jī)3加力的電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，另一方面，由主發(fā)動機(jī)3驅(qū)動而能夠進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)。軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13的動作由后述的動力管理系統(tǒng)72控制。主發(fā)動機(jī)3的各氣缸的工作缸部的排氣口與作為廢氣集合管的排氣岐管15連接。排氣岐管15與排熱回收系統(tǒng)17連接。圖2表示作為排熱回收系統(tǒng)17的一例的混合動力排氣渦輪增壓器5。如該圖所示，排氣岐管15經(jīng)由第一排氣管LI而與混合動力排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a的入口側(cè)連接。另一方面，相對于與主發(fā)動機(jī)3的各工作缸部的供氣口連接的供氣岐管，經(jīng)由供氣管Kl而連接有混合動力排氣渦輪增壓器5的壓縮器部5b。而且，在供氣管Kl設(shè)置有空氣冷卻器(中間冷卻器)18?；旌蟿恿ε艢鉁u輪增壓器5具備渦輪部5a、壓縮器部5b、混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)(增壓器側(cè)發(fā)電機(jī))5c。渦輪部5a、壓縮器部5b及混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c通過旋轉(zhuǎn)軸5d而同軸地連結(jié)?；旌蟿恿Πl(fā)電機(jī)馬達(dá)5c得到由渦輪部5a獲得的旋轉(zhuǎn)輸出而發(fā)電，另一方面，從船內(nèi)電力系統(tǒng)30得到電力而對壓縮器部5b的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加力。在混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c與船內(nèi)電力系統(tǒng)30之間，從混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c側(cè)依次設(shè)有將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力的轉(zhuǎn)換器19、將直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力的逆變器20、開閉開關(guān)21。由混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c發(fā)出的電力如后述那樣經(jīng)由船內(nèi)電力系統(tǒng)30向氨生成器2供給。如圖1所示，在船內(nèi)電力系統(tǒng)30上并聯(lián)連接有具備發(fā)電機(jī)62的第一發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、具備發(fā)電機(jī)64的第二發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)63、蓄電池67、太陽能發(fā)電裝置69、夕卜部電力輸入部71。作為蓄電池67，適合使用例如鋰離子二次電池。來自第一發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、第二發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)63、太陽能發(fā)電裝置69、混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的電力蓄積在蓄電池67中。而且，蓄電池67的放電及充電由動力管理系統(tǒng)72進(jìn)行。從船舶的外部(即陸地)的電源向外部電力輸入部71進(jìn)行電力供給。利用從外部電力輸入部71供給的電力，對蓄電池67進(jìn)行充電。
船內(nèi)電力系統(tǒng)30與氨生成器2及后述的電加熱器73連接，向所述氨生成器2及電加熱器73供給電力。廢氣預(yù)熱器11與廢氣預(yù)熱器用排氣管L5連接，使從主發(fā)動機(jī)3排出的廢氣與由供水管(未圖示)供給的水進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生蒸氣。在廢氣預(yù)熱器11的上游側(cè)設(shè)有控制廢氣的流入流出的廢氣預(yù)熱器用開閉閥22。廢氣預(yù)熱器用開閉閥22的切換時間由發(fā)動機(jī)主控制器70決定。船舶用脫硝系統(tǒng)I具備氨生成器2、在選擇接觸還原法(SCR ^electiveCatalytic Reduction)中使用的SCR催化劑部4。氨生成器2及SCR催化劑部4與混合動力排氣渦輪增壓器5的下游側(cè)的第二排氣管L2連接，在廢氣流動的上游側(cè)配置氨生成器2，在下游側(cè)配置SCR催化劑部4。如圖3所示，氨生成器2具備由水制造氫的氫制造部81、由空氣制造氮的氮制造部83、由氫及氮生成氨的氨生成部80。在氫制造部81中使用的水是將通過搭載于船舶的造水機(jī)85由海水制造的淡水進(jìn)一步通過搭載于船舶的純水制造機(jī)87制造而得到的純水。氫制造部81使用固體高分子電解質(zhì)膜法，該固體高分子電解質(zhì)膜法使用離子交換膜作為電解質(zhì)而對純水進(jìn)行電解。由氫制造部81產(chǎn)生的氫在由氫干燥器(未圖示)進(jìn)行了脫濕之后，向氨生成部80輸送。在氮制造部83中，通過PSA(Pressure Swing Adsorption)法等由空氣得到氮。由氮制造部83得到的氮向氨生成部80輸送。在氨生成部80中，將氫與氮混合加熱，在釕催化劑等反應(yīng)催化劑下生成氨。在氨生成器2中，由于像氫制造部81的電解等那樣消耗電力，因此作為該電力，利用來自上述的混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的電力。
`
由氨生成器2生成的氨(氣體)如圖1所示，經(jīng)由氨生成器用開閉閥24，向第二排氣管L2直接供給。這樣的話，生成的氨在途中不積存而供給到廢氣中。氨生成器用開閉閥24的切換時間由發(fā)動機(jī)主控制器70決定。在氨生成器用開閉閥24的下游側(cè)設(shè)有用于計測氨量的流量傳感器SI (未圖示)。經(jīng)由SCR用開閉閥26而從第二排氣管L2向SCR催化劑部4導(dǎo)入廢氣。SCR用開閉閥26的切換時間由發(fā)動機(jī)主控制器70決定。在SCR催化劑部4中，廢氣中的Nox由催化劑選擇性地還原，分解成無害的氮和水蒸氣。在SCR催化劑部4的上游側(cè)設(shè)有用于對導(dǎo)入的廢氣進(jìn)行加熱的電加熱器73。從船內(nèi)電力系統(tǒng)30向電加熱器73供給電力。SCR用開閉閥26和廢氣預(yù)熱器用開閉閥22被擇一性地選擇而進(jìn)行開閉。即，在廢氣的NOx限制嚴(yán)格的海域(廢氣限制海域(Emission Control Area ;以下稱為“ECA”)航行時那樣需要廢氣脫硝時，打開SCR用開閉閥26，關(guān)閉廢氣預(yù)熱器用開閉閥22。另一方面，在廢氣的NOx限制比較緩和的海域(ECA外)航行時那樣未進(jìn)行廢氣脫硝時，關(guān)閉SCR用開閉閥26，打開廢氣預(yù)熱器用開閉閥22。需要說明的是，SCR用開閉閥26及廢氣預(yù)熱器用開閉閥22可以由一個三通閥代用。作為對船舶整體進(jìn)行控制的控制部，設(shè)有發(fā)動機(jī)主控制器70和動力管理系統(tǒng)(發(fā)電輸出控制部；以下稱為“ 15”)72。
發(fā)動機(jī)主控制器70主要對主發(fā)動機(jī)3進(jìn)行控制。來自設(shè)于主發(fā)動機(jī)3的發(fā)動機(jī)負(fù)載檢測機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī)負(fù)載信號L1、來自檢測主發(fā)動機(jī)3的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速N、來自檢測主發(fā)動機(jī)3的供氣岐管內(nèi)的掃氣壓力的掃氣壓力檢測機(jī)構(gòu)的掃氣壓力P向發(fā)動機(jī)主控制器70輸入。發(fā)動機(jī)主控制器70基于所述輸入信號而進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，決定廢氣的脫硝所需的目標(biāo)氨生成量。決定后的目標(biāo)氨生成量向氨生成器2傳送。PMS72主要進(jìn)行船內(nèi)電力的控制。從發(fā)動機(jī)主控制器70向PMS72輸入發(fā)動機(jī)負(fù)載信號L1、船內(nèi)電力頻率f。PMS72基于所述輸入信號而進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算，決定混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電量。在該混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電量的運(yùn)算中，使用圖4所示的圖。在PMS72的存儲部中，存儲有該圖的關(guān)系式或數(shù)值化的數(shù)據(jù)庫。在圖4中，橫軸是從發(fā)動機(jī)負(fù)載信號LI得到的發(fā)動機(jī)負(fù)載)，縱軸是總發(fā)電量(kW)。在該圖中，“DG1”表不第一發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61的發(fā)電機(jī)62, “DG2”表不第二發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)63的發(fā)電機(jī)64，“SGM”表示軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13，“Hybrid T/C”表示混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電機(jī)5c。如該圖所示，在發(fā)動機(jī)負(fù)載低時，僅通過第一及第二發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63進(jìn)行發(fā)電，當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)載超過規(guī)定值時，接著開始基于軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13的發(fā)電，再接著開始基于混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電，其發(fā)電量逐漸增大?；诨旌蟿恿ε艢鉁u輪增壓器5的發(fā)電成為最后的原因是，若主發(fā)動機(jī)負(fù)載未超過規(guī)定值，則發(fā)動機(jī)的排氣能量不會增大至能夠進(jìn)行排熱回收的程度。需要說明的是，該圖是一例，根據(jù)船內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)而適當(dāng)決定。發(fā)電量以船內(nèi)電力頻率f恒定為規(guī)定值的方式被控制。即，當(dāng)船內(nèi)電力頻率f從規(guī)定值下降時，判斷為船內(nèi)需要電力增加而使發(fā)電量增大，當(dāng)船內(nèi)電力頻率f從規(guī)定值增大時，判斷為船內(nèi)需要電力下降而使發(fā)電量減少。這樣的話，當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)載和發(fā)電量決定時，根據(jù)該圖的圖來決定軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13和混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電量。如此決定的發(fā)電量作為目標(biāo)發(fā)電量向軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13及混合動力排氣渦輪增壓器5傳送。接下來，說明上述結(jié)構(gòu)的船舶用脫硝系統(tǒng)I的控制方法。從主發(fā)動機(jī)3排出的廢氣從排氣岐管15經(jīng)由第一排氣管LI向混合動力排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a引導(dǎo)。渦輪部5a得到廢氣能量而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸5d而向壓縮器部5b及混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c傳遞。在壓縮器部5b中，對吸入的空氣(外部空氣)進(jìn)行壓縮而經(jīng)由空氣冷卻器18向供氣岐管輸送。在混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c中，通過從渦輪部5a得到的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電，基于PMS72的指示，將其發(fā)電輸出向船內(nèi)電力系統(tǒng)30供給。供給的來自混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的電力向氨生成器2傳送,使用于氫制造部81的電解、對中間生成氣體及生成的氨進(jìn)行輸送的輸送泵等。而且，由發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63發(fā)出的電力也同樣地向船內(nèi)電力系統(tǒng)30供給。另外，在軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13中，基于PMS72的指示，得到主發(fā)動機(jī)3的驅(qū)動力而進(jìn)行發(fā)電，對船內(nèi)電力系統(tǒng)30進(jìn)行電力供給。在發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63中，也基于PMS72的指示進(jìn)行發(fā)電，對船內(nèi)電力系統(tǒng)30進(jìn)行電力供給。在氨生成器2中，使用來自混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5、軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13、發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的電力，由通過氫制造部81制造的氫和通過氮制造部83制造的氮而生成氨。來自混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c、軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13、發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的發(fā)電輸出向與船內(nèi)電力系統(tǒng)30連接的蓄電池67供給。在船內(nèi)電力系統(tǒng)30上連接有太陽能發(fā)電裝置69，通過太陽光發(fā)電的電力向船內(nèi)電力系統(tǒng)30供給，由與船內(nèi)電力系統(tǒng)30連接的未圖示的負(fù)載利用，并向蓄電池67充電。在船舶靠岸時，經(jīng)由外部電力輸入部71從陸地接受電力的供給，向蓄電池67充電。這種情況下，優(yōu)選使發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63停止。接下來，使用圖5，說明船舶的航行時的電力控制。圖5(a)至(g)的各軸的橫軸表示運(yùn)轉(zhuǎn)時間，表示從靠岸于出發(fā)地的港灣的狀態(tài)開始在港灣內(nèi)(ECA內(nèi))航行之后，在外海上(ECA外)航行，直至進(jìn)入目的地的港灣內(nèi)(ECA內(nèi))而靠岸為止。圖5(a)的縱軸表示螺旋槳軸10 (參照圖1)的輸出(kW)，(b)的縱軸表示船內(nèi)設(shè)備的總體上的熱效率提高)，(c)的縱軸表示由氨生成器2生成的氨生成量(NmVh)，(d)的縱軸表示船內(nèi)設(shè)備所需的所需電力(kW)，(e)的縱軸表示船內(nèi)設(shè)備的產(chǎn)生電力(kW)，(f)的縱軸表示SCR催化劑部4上游側(cè)的廢氣溫度(V )，(g)的縱軸表示SCR催化劑部4的催化劑溫度(V )。[出發(fā)港灣內(nèi)(ECA內(nèi))]在從ECA內(nèi)即港灣出發(fā)時，如圖5 (a)所示，主發(fā)動機(jī)3起動而螺旋槳軸輸出逐漸增大。此時，用于使船舶離岸的側(cè)推進(jìn)器起動，因此如圖5(d)的區(qū)域A所示，所需電力增大。如圖5(e)所示，向側(cè)推進(jìn)器供給的電力使用來自區(qū)域C的發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)(DG)61、63的電力和蓄積在區(qū)域B的蓄電池67中的電力。這樣的話，使用蓄電池67的電力作為側(cè)推進(jìn)器的供給電力的一部分，因此能夠相對性地減少發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的負(fù)載。而且，在前一次的航行時進(jìn)行排熱回收的電力及/或在靠岸時預(yù)先從陸地供給的電力蓄積在蓄電池67中。因此能夠抑制比主發(fā)動機(jī)3的熱效率低的發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的燃料消耗，從而如圖5 (b)的區(qū)域D所示，在離岸時能夠提高熱效率。需要說明的是，如圖5(d)的區(qū)域E所示，無論運(yùn)轉(zhuǎn)時間如何都始終消耗一定程度恒定的船內(nèi)消耗電力。而且，圖5(d)的區(qū)域L表示電加熱器73使用的電力，區(qū)域M表示氨生成器2使用的電力。另外，隨著基于主發(fā)動機(jī)3的螺旋槳軸輸出的增大,而廢氣中的NOx增大，因此如圖5(c)所示，氨生成量增大。另一方面，廢氣溫度如圖5(f)所示表示規(guī)定值Tl (°C)，但由于不滿足SCR催化劑部4適當(dāng)工作的溫度范圍(參照圖5(g)的區(qū)域F)，即催化劑實現(xiàn)活性化且防止劣化的溫度范圍，因此，利用電加熱器73(參照圖1)對廢氣進(jìn)行加熱，使其上升至所希望溫度T2(°C)。此時，如圖5(e)的區(qū)域G所示，向電加熱器73供給的電力使用軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(SGM) 13的發(fā)電電力及排熱回收的電力(混合動力排氣渦輪增壓器5)。由此，如圖5(b)的區(qū)域H所示，熱效率提高。當(dāng)主發(fā)動機(jī)3的輸出增大而螺旋槳軸輸出增大時，基于軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(SGM) 13及混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電量逐漸增大，發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的負(fù)載逐漸減少。并且，當(dāng)經(jīng)過時刻tl時，主發(fā)動機(jī)3的轉(zhuǎn)速成為額定，氨生成量恒定。在港灣內(nèi)(ECA內(nèi))航行時，如以下那樣進(jìn)行廢氣脫硝。這種情況下，關(guān)閉廢氣預(yù)熱器用開閉閥22，打開氨生成器用開閉閥24及SCR用開閉閥26。
從混合動力排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a排出的廢氣通過第二排氣管L2，與從氨生成器2供給的氨(氣體)混合。與氨混合后的廢氣經(jīng)由SCR用開閉閥26被導(dǎo)向SCR催化劑部4。在被導(dǎo)向SCR催化劑部4之前，在廢氣溫度小于規(guī)定值時，通過未圖示的控制部使電加熱器73起動，將廢氣加熱。另一方面，在廢氣溫度為規(guī)定值以上時，通過未圖示的控制部使電加熱器73停止。通過了電加熱器73的廢氣在由SCR催化劑部4脫硝之后，從未圖示的煙囪向外部排出。[外海航行(ECA外)]在外海航行時，由于成為ECA外，因此不進(jìn)行廢氣脫硝。這種情況下，如圖1所示，打開廢氣預(yù)熱器用開閉閥22，關(guān)閉氨生成器用開閉閥24及SCR用開閉閥26。從混合動力排氣渦輪增壓器5的渦輪部5a排出的廢氣通過第二排氣管L2，經(jīng)由廢氣預(yù)熱器用開閉閥22，被導(dǎo)向廢氣預(yù)熱器11。在廢氣預(yù)熱器11中，生成蒸氣，在船內(nèi)的各處使用。從廢氣預(yù)熱器11排出的廢氣從煙囪向外部排出。由于未進(jìn)行廢氣脫硝，因此如圖5(c)所示，氨生成量成為O。而且，基于電加熱器73的加熱也停止，因此如圖5(f)所示，廢氣溫度下降為T1(°C)，如圖5(g)所示，SCR催化劑溫度也逐漸下降。在外海航行中，以軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13為電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動而對主發(fā)動機(jī)3進(jìn)行加力。圖5(a)的區(qū)域J成為軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13負(fù)擔(dān)的螺旋槳軸輸出，由此能夠使主發(fā)動機(jī)3負(fù)擔(dān)的輸出下降。作為向軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13供給的電力(參照圖5(e)的區(qū)域K)，使用進(jìn)行排熱回收而蓄積在蓄電池67中的剩余電力。尤其是不需要向氨生成器2及電加熱器73供給電力(參照圖5(d))，因此能夠?qū)⒂膳艧峄厥盏玫降碾娏Φ氖Ｓ嗔繉τ谳S發(fā)電機(jī)馬達(dá)13有效地利用。由此，如圖5(b)的區(qū)域I所示，熱效率提高。[目的地港灣內(nèi)(ECA內(nèi))]在目的地的港灣內(nèi)，成為出發(fā)港灣內(nèi)的相反的動作。打開氨生成器用開閉閥24及SCR用開閉閥26，關(guān)閉廢氣預(yù)熱器用開閉閥22。當(dāng)成為時刻t3而進(jìn)入目的地港灣內(nèi)時，由于進(jìn)行廢氣脫硝，因此如圖5 (C)所示開始氨生成，從而開始基于電加熱器73的廢氣加熱。并且，當(dāng)經(jīng)過時刻t4時，為了使螺旋槳軸輸出減少而使主發(fā)動機(jī)3的負(fù)載減少。伴隨于此，如圖5(c)所示，氨生成量也減少，如圖5(e)所示，排熱回收量也減少。并且，在靠岸時，側(cè)推進(jìn)器起動(參照圖5(e)的區(qū)域B)，因此與出發(fā)時同樣地，通過使用蓄電池67的電力而使熱效率提高(參照圖5(b)的區(qū)域D)。如上所述，根據(jù)本實施方式，起到以下的作用效果。通過氨生成器2，能夠以水及空氣為原料而在船舶上生成氨，因此在船舶上無需設(shè)置儲藏液體氨(例如氨水溶液)或尿素等還原劑的空間。因此，不用確保大的空間而能夠?qū)⒋坝妹撓跸到y(tǒng)設(shè)置在船舶內(nèi)。通過主發(fā)動機(jī)3的廢氣發(fā)電的混合動力排氣渦輪增壓器5的混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)5c的發(fā)電輸出對于氨生成器2供給，因此能夠以少的消耗能量使氨生成器2運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，由于能夠有效利用主發(fā)動機(jī)3的排氣能量，因此能夠避免另行設(shè)置的柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動型發(fā)電機(jī)等的發(fā)電用輔機(jī)的容量增大或臺數(shù)增加。由于設(shè)置對螺旋槳軸10進(jìn)行加力的軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13，因此能夠減少主發(fā)動機(jī)3的燃料消耗率。而且，對螺旋槳軸10進(jìn)行加力的軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13從船內(nèi)電力系統(tǒng)30接受電力供給，因此使用排熱回收的電力來驅(qū)動軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)13，由此能夠構(gòu)筑出熱效率高的系統(tǒng)。尤其是在不需要廢氣脫硝的海域(ECA外)中航行時無需向氨生成器2或電加熱器73供給電力，因此能夠?qū)⒂膳艧峄厥盏玫降碾娏Φ氖Ｓ嗔肯蜉S發(fā)電機(jī)馬達(dá)供給而有效地利用。由于具備與對于氨生成器2供給電力的船內(nèi)電力系統(tǒng)30連接的蓄電池67，因此即使柴油發(fā)動機(jī)3產(chǎn)生負(fù)載變動而混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電輸出產(chǎn)生變動，也能夠使用蓄電池67的電力。尤其是在柴油發(fā)動機(jī)3的低負(fù)載時無法充分得到來自混合動力排氣渦輪增壓器5的發(fā)電輸出的情況下有用。因此，能夠?qū)τ诎鄙善?穩(wěn)定地供給電力。此外，由于蓄電池67和混合動力排氣渦輪增壓器5同樣地與船內(nèi)電力系統(tǒng)30連接，因此能夠蓄積由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的剩余電力。另外，通過具備蓄電池而能夠抑制負(fù)載變動，因此能夠減少發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的容量及尺寸。由于通過電加熱器73能夠使向SCR催化劑部4流入的廢氣溫度上升，因此能夠防止SCR催化劑的中毒。此外，由于電加熱器73使用從主發(fā)動機(jī)3的廢氣進(jìn)行熱回收而發(fā)電的電力，因此能夠節(jié)約能量地供給電力。對于船內(nèi)電力系統(tǒng)30連接太陽能發(fā)電裝置69，并將太陽能發(fā)電裝置69的發(fā)電輸出向蓄電池67供給，因此能夠進(jìn)一步節(jié)約能量地進(jìn)行電力供給。由于從陸地接受電力的供給的外部電力輸入部71與船內(nèi)電力系統(tǒng)30連接，因此在船舶的靠岸時能夠接受電力的供給。由此，在船舶的靠岸時能夠從蓄電池67向側(cè)推進(jìn)器供給較多的電力，因此能夠減少發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的負(fù)載，總體的熱效率提高。[第二實施方式]接下來，使用圖6及圖7，說明本發(fā)明的第二實施方式。在上述的第一實施方式中，使用了混合動力排氣渦輪增壓器5 (參照圖2)作為排熱回收系統(tǒng)17，相對于此，在本實施方式中，使用動力渦輪(氣體渦輪)，在這一點上不同。因此，對于其他的共用的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。在排氣岐管15上連接有第三排氣管L3，經(jīng)由該第三排氣管L3向動力渦輪7的入口側(cè)引導(dǎo)主發(fā)動機(jī)3的廢氣。這樣的話，主發(fā)動機(jī)3的廢氣的一部分在向排氣渦輪增壓器供給之前被抽取而向動力渦輪7供給。通過該抽取的廢氣,驅(qū)動動力渦輪7旋轉(zhuǎn)。從動力渦輪7的出口側(cè)排出的廢氣經(jīng)由第四排氣管L4被導(dǎo)向第二排氣管L2(參照圖1)。來自動力渦輪7的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸32向動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33傳遞。利用動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33發(fā)電的輸出經(jīng)由頻率變換器35及開閉開關(guān)36向船內(nèi)電力系統(tǒng)30供給。由此，將動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的輸出電力向氨生成器2供給。在動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33與頻率變換器35之間設(shè)有負(fù)載組44。使用負(fù)載電阻裝置作為負(fù)載組44，并為了消耗來自動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的剩余電力來減少輸出變動而使用。另外，在第三排氣管L3設(shè)有控制向動力渦輪7導(dǎo)入的氣體量的廢氣量調(diào)整閥37。而且，在廢氣量調(diào)整閥37斷開時，為了防止排氣渦輪增壓器的向渦輪部的過增壓(超過發(fā)動機(jī)的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的增壓)而將旁通閥40及節(jié)流器42設(shè)置在第三排氣管L3與第四排氣管L4之間。
如圖7(對應(yīng)于第一實施方式的圖4)所示，在使用動力渦輪7進(jìn)行排熱回收并利用動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33 (P/T)進(jìn)行發(fā)電的本實施方式中，在主發(fā)動機(jī)3的負(fù)載成為規(guī)定值以上時，接著軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(SGM) 13之后，動力渦輪7開始發(fā)電，其發(fā)電量逐漸增大。這是因為，當(dāng)主發(fā)動機(jī)負(fù)載超過規(guī)定值時，發(fā)動機(jī)的排氣能量不會增大至能夠進(jìn)行排熱回收的程度。需要說明的是，該圖是一例，根據(jù)船內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)而適當(dāng)決定。基于圖7得到的動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的目標(biāo)發(fā)電量通過圖6所示的廢氣量調(diào)整閥37的開度來控制。根據(jù)本實施方式，除了第一實施方式的作用效果之外，還起到以下的作用效果。通過以主發(fā)動機(jī)3的廢氣為驅(qū)動源的動力渦輪7所發(fā)電的動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)33的輸出電力經(jīng)由船內(nèi)電力系統(tǒng)30而使用在氨生成器2中，因此能夠有效地利用主發(fā)動機(jī)3的排氣能量。[第三實施方式]接下來，使用圖8及圖9，說明本發(fā)明的第三實施方式。在上述的第一實施方式中，使用混合動力排氣渦輪增壓器5(參照圖2)作為排熱回收系統(tǒng)17，相對于此，在本實施方式中，使用蒸氣渦輪，在這一點上不同。因此，對于其他的共用的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。如圖8所示，通過廢氣預(yù)熱器11生成的蒸氣經(jīng)由第一蒸氣管Jl向蒸氣渦輪9供給而驅(qū)動蒸氣渦輪9旋轉(zhuǎn)。經(jīng)由第二排氣管L2排出的主發(fā)動機(jī)3的廢氣向廢氣預(yù)熱器11導(dǎo)入。由廢氣預(yù)熱器11生成的蒸氣經(jīng)由第一蒸氣管Jl向蒸氣渦輪9導(dǎo)入。在蒸氣渦輪9中結(jié)束了作功的蒸氣由第二蒸氣管J2排出而被導(dǎo)向未圖示的冷凝器(凝汽器)。來自蒸氣渦輪9的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸52向蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)49 (S/T)傳遞。由蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)49發(fā)電的輸出經(jīng)由頻率變換器35及開閉開關(guān)36而向船內(nèi)電力系統(tǒng)30供給。由此，將蒸氣潤輪側(cè)發(fā)電機(jī)49的輸出電力向氨生成器2供給。在第一蒸氣管Jl上設(shè)有控制向蒸氣渦輪9導(dǎo)入的蒸氣量的蒸氣量調(diào)整閥54和在應(yīng)急時切斷向蒸氣渦輪9的蒸氣的供給的應(yīng)急停止用緊急切斷閥55。而且，在第一蒸氣管Jl與第二蒸氣管J2之間設(shè)有用于調(diào)整繞過蒸氣渦輪9的蒸氣流量的蒸氣旁通閥57。如圖9 (對應(yīng)于第一實施方式的圖4)所示，在使用蒸氣渦輪9進(jìn)行排熱回收并利用蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)49進(jìn)行發(fā)電的本實施方式中，在主發(fā)動機(jī)3的負(fù)載成為規(guī)定值以上時，蒸氣渦輪9開始發(fā)電，接著軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(SGM) 13開始發(fā)電，其發(fā)電量逐漸增大。需要說明的是，該圖是一例，根據(jù)船內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)而適當(dāng)決定。基于圖9而得到的蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)49的目標(biāo)發(fā)電量通過圖8所示的蒸氣量調(diào)整閥54的開度來控制。根據(jù)本實施方式，除了第一實施方式的作用效果之外，還起到以下的作用效果。使用以通過廢氣預(yù)熱器11生成的蒸氣為驅(qū)動源的蒸氣渦輪9進(jìn)行發(fā)電，并且廢氣預(yù)熱器11使用主發(fā)動機(jī)3的廢氣，因此，能夠更有效地利用主發(fā)動機(jī)3的排氣能量。[第四實施方式]接下來，使用圖10及圖11，說明本發(fā)明的第四實施方式。在上述的第二實施方式中，使用動力渦輪7作為排熱回收系統(tǒng)17，相對于此，在本實施方式中，使用動力渦輪及蒸氣渦輪，在這一點上不同。因此，對于其他的共用的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。如圖10所示，通過廢氣預(yù)熱器11生成的蒸氣經(jīng)由第一蒸氣管Jl向蒸氣渦輪9供給，而驅(qū)動蒸氣渦輪9旋轉(zhuǎn)。經(jīng)由第二排氣管L2從主發(fā)動機(jī)3排出的廢氣和從動力渦輪7的出口側(cè)經(jīng)由第四排氣管L4排出的廢氣向廢氣預(yù)熱器11導(dǎo)入。由廢氣預(yù)熱器11生成的蒸氣經(jīng)由第一蒸氣管Jl向蒸氣渦輪9導(dǎo)入。在蒸氣渦輪9中結(jié)束了作功的蒸氣由第二蒸氣管J2排出而被導(dǎo)向未圖示的冷凝器(凝汽器)。動力渦輪7與蒸氣渦輪9串聯(lián)地結(jié)合而驅(qū)動異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50。S卩，在發(fā)電機(jī)50的同軸上連接有動力渦輪7及蒸氣渦輪9這樣不同種類(異種)的渦輪。利用異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50發(fā)電的輸出經(jīng)由頻率變換器35及開閉開關(guān)36向船內(nèi)電力系統(tǒng)30供給。由此，將異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50的輸出電力向氨生成器2供給。蒸氣渦輪9的旋轉(zhuǎn)軸52經(jīng)由未圖示的減速器及聯(lián)軸器而與異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50連接，而且，動力渦輪7的旋轉(zhuǎn)軸32經(jīng)由未圖示的減速器及離合器53而與蒸氣渦輪9的旋轉(zhuǎn)軸52連結(jié)。作為離合器53，使用以規(guī)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行嵌合脫離的離合器，例如適合使用SSS(Synchro-Self-Shifting)離合器。在第一蒸氣管Jl設(shè)有控制向蒸氣渦輪9導(dǎo)入的蒸氣量的蒸氣量調(diào)整閥54和在應(yīng)急時切斷向蒸氣渦輪9的蒸氣的供給的應(yīng)急停止用緊急切斷閥55。而且，在第一蒸氣管Jl與第二蒸氣管J2之間設(shè)有用于 調(diào)整繞過蒸氣渦輪9的蒸氣流量的蒸氣旁通閥57。如圖11 (對應(yīng)于第一實施方式的圖4)所示，在使用動力渦輪7及蒸氣渦輪9進(jìn)行排熱回收并利用異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50進(jìn)行發(fā)電的本實施方式中，在主發(fā)動機(jī)3的負(fù)載成為規(guī)定值以上時，蒸氣渦輪9開始發(fā)電，然后在主發(fā)動機(jī)3的負(fù)載上升時，軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(SGM) 13、接著動力渦輪7開始發(fā)電，它們的發(fā)電量逐漸增大。需要說明的是，該圖是一例，根據(jù)船內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)而適當(dāng)決定。基于圖11而得到的異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50的目標(biāo)發(fā)電量通過圖10所示的廢氣量調(diào)整閥37及蒸氣量調(diào)整閥54的開度進(jìn)行控制。根據(jù)本實施方式，除了第一實施方式及第二實施方式的作用效果之外，起到以下的作用效果。除了以主發(fā)動機(jī)3的廢氣為驅(qū)動源的動力渦輪7之外，還使用以通過廢氣預(yù)熱器11生成的蒸氣為驅(qū)動源的蒸氣渦輪9，并且廢氣預(yù)熱器11使用發(fā)電主發(fā)動機(jī)3的廢氣，因此能夠更有效地利用主發(fā)動機(jī)3的排氣能量。[第五實施方式]接下來，使用圖12及圖13，說明本發(fā)明的第五實施方式。在上述的第二實施方式中，使用動力渦輪7作為排熱回收系統(tǒng)17，相對于此，在本實施方式中，使用熱介質(zhì)渦輪，在這一點上不同。因此，關(guān)于其他的共用的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注同一符號，省略其說明。如圖12所示，在第二冷卻水管C2設(shè)有封套水用熱交換器90。借助循環(huán)泵48而通過第一冷卻水管Cl及工作缸部13進(jìn)行循環(huán)的封套水被導(dǎo)向封套水用熱交換器90，對于從冷卻水罐46引導(dǎo)的冷卻水進(jìn)行加熱。從冷卻水罐46由循環(huán)泵47壓出并經(jīng)由熱交換器90及第二冷卻水管C2通過第二空氣冷卻器16而被逐漸加熱后的冷卻水由第三冷卻水管C3導(dǎo)入熱交換器89。
通過熱交換器89而蒸氣化后的熱介質(zhì)經(jīng)由第一熱介質(zhì)管Rl向熱介質(zhì)渦輪8供給，而驅(qū)動熱介質(zhì)渦輪8旋轉(zhuǎn)。在熱介質(zhì)渦輪8中結(jié)束了作功的蒸氣狀的熱介質(zhì)在預(yù)熱器95中與低溫的熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，然后由冷凝器97液化，借助循環(huán)泵99而在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。需要說明的是，在圖12中，熱介質(zhì)與通過了封套水用熱交換器90及第二空氣冷卻器16后的冷卻水進(jìn)行熱交換，但也可以與加熱水進(jìn)行熱交換，該加熱水是與發(fā)動機(jī)廢氣進(jìn)行了熱交換后的加熱水。來自熱介質(zhì)渦輪8的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸91向熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93傳遞。利用熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93發(fā)電的輸出經(jīng)由頻率變換器35及開閉開關(guān)36向船內(nèi)系統(tǒng)30供給。由此，將熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93的輸出電力向氨生成器2供給。在上述結(jié)構(gòu)中，熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93的發(fā)電量始終最大限度地取出，在其電力供給量相對于船內(nèi)系統(tǒng)30的需要發(fā)生不足時，進(jìn)行第一及/或第二發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)61、63的負(fù)載控制。如圖13所示，在使用熱介質(zhì)渦輪8進(jìn)行排熱回收并利用熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93 (ORC)進(jìn)行發(fā)電的本實施方式中，在主發(fā)動機(jī)3的負(fù)載成為規(guī)定值以上時，熱介質(zhì)渦輪8開始發(fā)電，其發(fā)電量逐漸增大。這是因為，當(dāng)主發(fā)動機(jī)負(fù)載不超過規(guī)定值時，發(fā)動機(jī)冷卻水及/或排氣能量無法增大至能夠進(jìn)行排熱回收的程度。需要說明的是，該圖是一例，根據(jù)船內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)而適當(dāng)決定。根據(jù)本實施方式，除了上述各實施方式的作用效果之外，起到以下的作用。熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93通過以與柴油發(fā)動機(jī)3的冷卻水進(jìn)行熱交換并蒸氣化的熱介質(zhì)為驅(qū)動源的熱介質(zhì)渦輪8而發(fā)電，熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)93的輸出電力經(jīng)由船內(nèi)系統(tǒng)30而使用于氨生成器2，因此能 夠有效利用柴油發(fā)動機(jī)3的低溫排熱能量。

符號說明I船舶用脫硝系統(tǒng)2氨生成器3主發(fā)動機(jī)4 SCR催化劑部5混合動力排氣渦輪增壓器5c混合動力發(fā)電機(jī)馬達(dá)(增壓器側(cè)發(fā)電機(jī))7動力渦輪8熱介質(zhì)渦輪9蒸氣渦輪11廢氣預(yù)熱器(廢氣鍋爐)30船內(nèi)電力系統(tǒng)33動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)49蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)50異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)70發(fā)動機(jī)主控制器72動力管理系統(tǒng)(PMS ;發(fā)電輸出控制部)73電加熱器
81氫制造部83氮制造部93熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)
權(quán)利要求
1.一種船舶用脫硝系統(tǒng)，其中，具備 氨生成器，其具有由水制造氫的氫制造部及由空氣制造氮的氮制造部，由通過所述氫制造部制造出的氫及通過所述氮制造部制造出的氮來生成氨，并且從船內(nèi)電力系統(tǒng)被供給電力； 脫硝催化劑部，其設(shè)置在船舶用推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)的廢氣通路上，與通過所述氨生成器生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝； 發(fā)電機(jī)，其使用所述主發(fā)動機(jī)的廢氣能量進(jìn)行發(fā)電，向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力；軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，其由所述主發(fā)動機(jī)驅(qū)動而發(fā)電，能夠進(jìn)行向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，并且由從所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給的電力驅(qū)動而對螺旋槳軸加力； 發(fā)電輸出控制部，其控制向所述氨生成器供給的供給電力、所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出、以及向所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)供給的供給電力及所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)的發(fā)電輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 還具備與所述船內(nèi)電力系統(tǒng)連接的蓄電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 還具備與所述船內(nèi)電力系統(tǒng)連接的太陽能發(fā)電裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 在所述船內(nèi)電力系統(tǒng)上連接有從船舶的外部的電源接受電力的供給的外部電力輸入部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 還具備對向所述脫硝催化劑部導(dǎo)入的廢氣進(jìn)行加熱的電加熱器， 從所述船內(nèi)電力系統(tǒng)對于該電加熱器進(jìn)行電力供給。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 使用增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該增壓器側(cè)發(fā)電機(jī)獲得所述主發(fā)動機(jī)的排氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)輸出而發(fā)電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 使用動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該動力渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過以所述主發(fā)動機(jī)的廢氣為驅(qū)動源的動力渦輪而發(fā)電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 使用蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該蒸氣渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過蒸氣渦輪而發(fā)電，該蒸氣渦輪以通過使用了所述主發(fā)動機(jī)的廢氣的廢氣鍋爐而生成的蒸氣為驅(qū)動源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 使用異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該異種渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過動力渦輪及蒸氣渦輪而發(fā)電，該動力渦輪以所述主發(fā)動機(jī)的廢氣為驅(qū)動源，該蒸氣渦輪以通過使用了所述主發(fā)動機(jī)的廢氣的廢氣鍋爐而生成的蒸氣為驅(qū)動源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)，其中， 使用熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)作為所述發(fā)電機(jī)，該熱介質(zhì)渦輪側(cè)發(fā)電機(jī)通過以與冷卻水及/或加熱水進(jìn)行熱交換而蒸氣化的熱介質(zhì)為驅(qū)動源的渦輪而發(fā)電，該冷卻水是所述主發(fā)動機(jī)的封套、空氣冷卻器的冷卻水，該加熱水是與廢氣進(jìn)行了熱交換后的加熱水。
11.一種船舶，其中，具備船舶推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)； 權(quán)利要求1 10中任一項所述的船舶用脫硝系統(tǒng)。
12.一種船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法，所述船舶用脫硝系統(tǒng)具備 氨生成器，其具有由水制造氫的氫制造部及由空氣制造氮的氮制造部，由通過所述氫制造部制造出的氫及通過所述氮制造部制造出的氮來生成氨，并且從船內(nèi)電力系統(tǒng)被供給電力； 脫硝催化劑部，其設(shè)置在船舶用推進(jìn)用的主發(fā)動機(jī)的廢氣通路上，與通過所述氨生成器生成的氨一起進(jìn)行廢氣脫硝； 發(fā)電機(jī)，其使用所述主發(fā)動機(jī)的廢氣能量進(jìn)行發(fā)電，向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力；軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)，其由所述主發(fā)動機(jī)驅(qū)動而發(fā)電，能夠進(jìn)行向所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給電力的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，并且由從所述船內(nèi)電力系統(tǒng)供給的電力驅(qū)動而對螺旋槳軸加力， 在所述船舶用脫硝系統(tǒng)的控制方法中， 通過發(fā)電輸出控制部，控制向所述氨生成器供給的供給電力、所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出、以及向所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)供給的供給電力及所述軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)的發(fā)電輸出。
全文摘要
提供一種能夠節(jié)約能量地供給向生成脫硝用的氨的氨生成器供給的電力的船舶用脫硝系統(tǒng)。具備氨生成器(2)，其從船內(nèi)電力系統(tǒng)(30)被供給電力；SCR催化劑部(4)，其進(jìn)行廢氣脫硝；混合動力排氣渦輪增壓器，其使用主發(fā)動機(jī)(3)的廢氣能量進(jìn)行發(fā)電，向船內(nèi)電力系統(tǒng)(30)供給電力；軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(13)，其能夠進(jìn)行向船內(nèi)電力系統(tǒng)(30)供給電力的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，并且由從船內(nèi)電力系統(tǒng)(30)供給的電力驅(qū)動而對螺旋槳軸(10)加力；動力管理系統(tǒng)(72)，其控制向氨生成器(2)供給的供給電力、混合動力排氣渦輪增壓器的發(fā)電輸出、以及向軸發(fā)電機(jī)馬達(dá)(13)供給的供給電力及發(fā)電輸出。
文檔編號F01N3/20GK103052774SQ20118003785
公開日2013年4月17日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者村田聰, 平岡直大 申請人:三菱重工業(yè)株式會社