JP4999429B2

JP4999429B2 - 船舶

Info

Publication number: JP4999429B2
Application number: JP2006313938A
Authority: JP
Inventors: 政明福原; 哲治山中; 茂雄田中; 和洋小川; 孝行西本
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP2008126826A

Description

本発明は、船舶に関し、特に、天然ガスハイドレート（NGH：Natural Gas Hydrate）を燃料として使用する船舶に関するものである。

船舶の主機関には従来からディーゼル機関が採用されており、その燃料には重油が使用されているが、ＣＯ_２、ＮＯｘ、ＳＯｘといった大気汚染物質が排出されるため、それを抑制するための制御や設備投資（低速運行、高効率機関や低排ガスエンジンの採用等）が必要となる。また、衝突や座礁により燃料の重油が海上に流出した場合には重大な環境破壊を起こすおそれがある。そこで、地球環境への配慮から燃料として天然ガスエネルギーが注目されている（非特許文献１参照）。

天然ガスエネルギーとしては、液化天然ガス（ＬＮＧ）がよく知られているが、ＬＮＧは−１６２℃の極低温下で製造・貯蔵されるため、取り扱いが非常に難しいという問題を有している。また、タンクの温度上昇によりＬＮＧが少しずつ蒸発してボイルオフガスが多量に発生するという問題がある。特に、船舶が２〜３日動かないような場合には、タンク内部の圧力が非常に高くなるため、ボイラーで燃焼するなどしてボイルオフガスを取り除く必要があり、燃料を必要外に消費することによりコストが増加するという問題がある。

そのため、最近は、新たな天然ガスエネルギーとしてＮＧＨが注目されている。ＮＧＨは、メタン、エタン、プロパンなどを主成分とする天然ガスの分子（ゲスト）が水分子のクラスタ中に取り込まれた包接水和物であり、−２０℃の大気圧環境下で約１７０倍のガスを包蔵することができるため、製造、輸送、貯蔵、ガス化というシステム全体面でＬＮＧよりも有利な点が多い。また、ＮＧＨはガソリンなどに比べて二酸化炭素や大気汚染物質の排出量が少ないことから、クリーンエネルギーとしても注目されている。
三井造船株式会社、"天然ガスハイドレート（ＮＧＨ)−三井造船"、[online]、[平成１８年１１月２１日検索]、インターネット<URL：http://www.mes.co.jp/mes_technology/ngh.html>

船舶の燃料として上述のＮＧＨを採用する場合、ＮＧＨが−２０℃という比較的制御しやすい温度環境下で貯蔵・保管されることから、ＬＮＧのような問題はなく、燃料の取り扱いが比較的容易である。さらに、衝突等によりＮＧＨが海上に流出したとしても、ＮＧＨが燃料ガスと水に分解するだけであるため、環境への影響はほとんどない。しかし、ＮＧＨの分解によって天然ガスのほか、多量の水が副次的に生成され、水の生成率はＮＧＨに対する体積比で約８０％であることから、かなり多量の水が生成されることになる。燃料は主として船舶の航行中に消費され、燃料の消費に伴ってそのような多量の水が生成されるため、船舶においてこの水を有効活用する新たな工夫が望まれている。

また、従来の船舶においては、主機関の一次冷却水、トイレの洗浄水、デッキの清掃用水等、いろいろな場面で海水が使用されている。海水は船舶底部に設けられたシーチェストと呼ばれる海水吸入口からポンプで組み上げられ、海水系統の配管を通って各所に送られる。しかし、従来の船舶においては、このシーチェスト内に海生生物が多数付着し、海水の吸入が妨げられるという問題が発生している。

したがって、本発明の目的は、ＮＧＨを燃料として使用し、且つＮＧＨの分解によって得られる水を有効活用すると共に、海生生物の付着による海水系統の不具合を防止することが可能な船舶を提供することにある。

本発明の上記目的は、ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、前記ＮＧＨタンクより供給されるＮＧＨを分解して燃料ガスとＮＧＨ分解水を生成するＮＧＨ分解装置と、前記燃料ガスによって駆動される主機関と、船体底部に設けられたシーチェストと、前記ＮＧＨ分解水を前記シーチェスト内に注水する注水機構とを備えることを特徴とする船舶によって達成される。

本発明によれば、シーチェスト内に真水が注入され、シーチェスト内に真水が充満することにより、シーチェスト内に付着する海生生物の活性化を抑制することができ、シーチェスト内に海生生物が大量に付着することによる海水吸入口の詰まりを防止することができる。また、シーチェスト内に付着した海生生物の除去作業を不要にすることもできる。さらに、ＮＧＨの分解により得られる比較的低温なＮＧＨ分解水をシーチェスト注入水としてそのまま使用した場合には、水温の比較的高い海域に適応した海生生物の付着を十分に抑制することができる。

本発明においては、前記ＮＧＨ分解水の注水によって当該ＮＧＨ分解水と混ざり合った前記シーチェスト内の海水を前記主機関の一次冷却水として使用することが好ましい。ＮＧＨ分解水は比較的低温の真水であることから、これをシーチェスト内に注入すれば、シーチェスト内の海水は低塩分濃度且つ低温となる。よって、このような海水を汲み上げて使用した場合には、海水系統の腐食の進行を抑制することができるだけでなく、主機関の冷却能力をさらに高めることができ、船舶のさらなる性能向上を図ることができる。また、この海水系統の海水取込口であるシーチェストにシーチェスト注入水を供給することにより、特に低温に弱い海生生物の付着を抑制することができ、主機関のトラブルを防止することができる。

本発明においては、前記ＮＧＨ分解水を前記主機関の一次冷却水として使用し、前記主機関において前記一次冷却水として使用された前記ＮＧＨ分解水を前記シーチェスト内に注水することが好ましい。船舶の航行中には、主機関の燃料が必要である一方で、主機関の冷却も必要であるため、ＮＧＨの分解によって得られる燃料ガスを主機関の駆動用燃料として用いると共に、ＮＧＨの分解に伴って多量に生成される比較的低温なＮＧＨ分解水を主機関の冷却に用いることにより、ＮＧＨ分解水の有効活用、並びに船舶の性能向上を図ることができる。また、主機関の冷却水として使用された後のＮＧＨ分解水は非常に高温となることから、これをシーチェスト注入水として使用することにより、特に高温に弱い海生生物の付着を抑制することができる。

本発明においては、船内の空調システムをさらに備え、前記ＮＧＨ分解水を前記空調システムの冷却水として使用することが好ましく、前記ＮＧＨ分解水を前記空調システムの冷却水として使用した後に前記主機関の冷却水として使用することが特に好ましい。これによれば、ＮＧＨ分解水を空調システムの冷却水として使用することから、ＮＧＨ分解水の更なる有効活用を図ることができる。特に、冷媒としてのＮＧＨ分解水を初段の空調システムで使用し、次いで次段のガスエンジンで使用した後、貯水タンクに蓄えることから、ＮＧＨ分解水を冷媒及び生活用水として極めて効率良く利用することができる。また二次冷却水として使用された後のＮＧＨ分解水は非常に高温となることから、これをシーチェスト注入水として使用することにより、海生生物の付着をさらに抑制することができる。

このように、本発明によれば、ＮＧＨを燃料として使用し、且つＮＧＨの分解によって得られる水を有効活用した船舶を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る船舶の構成を示す模式図である。

図１に示すように、この船舶１０は、ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンク１１と、ＮＧＨタンク１１より供給されるＮＧＨを燃料ガスと水に分解するＮＧＨ分解装置１２と、ＮＧＨ分解装置１２で生成された燃料ガスを一時的に蓄えるバッファタンク１３と、燃料ガスによって駆動される主機関としてのガスエンジン１４と、ガスエンジン１４の動力によって回転するスクリュー１５と、船舶内のガス設備１６とを備えている。船舶１０はまた、ＮＧＨ分解装置１２で生成された水（以下、ＮＧＨ分解水という）を一時的に蓄えるバッファタンク１７と、ガスエンジン１４の二次冷却水を海水との熱交換により冷却するための熱交換器２０と、ＮＧＨ分解水を船内の生活用水として貯水するための貯水タンク２２とを備えている。

図２は、ＮＧＨ分解装置１２の構成を示す模式図である。

図２に示すように、ＮＧＨ分解装置１２は、ＮＧＨタンク１１から供給されるペレット状のＮＧＨ（ＮＧＨペレット）１００を分解するためのＮＧＨ分解槽１０１と、ＮＧＨ分解用の温水をＮＧＨ分解槽１０１内のＮＧＨペレット１００の上方から噴霧するノズル１０２とを備えている。ＮＧＨ分解用の温水としては、特に限定されるものではないが、温水器で加熱されたＮＧＨ分解水を循環して使用してもよく、海水との熱交換によって温度上昇したＮＧＨ分解水を用いてもよい。また、後述の空調システムやガスエンジンとの間の熱交換によって温度上昇したＮＧＨ分解水を用いてもよい。ＮＧＨペレット１００に温水を噴霧することにより、ＮＧＨペレット１００は溶解し、燃料ガスと水が生成される。このとき得られる水は冷水であり、水温は−５〜１０℃と常温よりも十分に低い。ＮＧＨ分解槽１０１の内部にはネット１０３が設けられており、このネット１０３によりＮＧＨ分解槽１０１内のＮＧＨペレット１００とＮＧＨ分解水１０４とが上下に分離される。ＮＧＨ分解槽１０１内で発生した燃料ガスはＮＧＨ分解槽１０１の上方に設けられたガス排出口１０１ａから取り出され、ＮＧＨ分解槽１０１内で発生した水１０４はＮＧＨ分解槽１０１の下方に設けられた排水口１０１ｂから取り出される。

ＮＧＨ分解装置１２で生成された燃料ガスは、図１に示すように、バッファタンク１３を介してガスエンジン１４に供給され、ガスエンジン１４の駆動燃料として使用される他、ガスキッチン等の船舶内のガス設備１６にも供給される。

一方、ＮＧＨ分解装置１２で副次的に生成されたＮＧＨ分解水は、バッファタンク１７を介して貯水タンク２２に供給され、船内の生活用水として蓄えられる。この貯水タンク２２は、航行中に必要な全ての生活用水を蓄えておく従来の貯水タンクほど大型である必要はなく、その大きさはＮＧＨ分解装置１２からのＮＧＨ分解水の供給量と消費量とを比較して決定すればよい。その後、貯水タンク２２内の水は生活用水として適宜取り出される。具体的には、浄水器２３を介して飲料水として供給され、或いは、トイレ、風呂、洗濯、船内の清掃等に使用される。貯水タンク２２内の水はまた、シーチェスト内に供給されるシーチェスト注入水としても使用される。

図３は、シーチェストが設けられた船体底部の外観構成を示す模式図である。

図３に示すように、船舶１０の船体後部には、舵３１及びスクリュー（プロペラ）１５が設けられており、それらよりも少し船首寄りの船底にシーチェスト２４が設けられている。シーチェスト２４は、実際の海水吸入口３２よりも少し広い凹部空間であり、その開口部分には異物の吸入を防止するための網格子３３が設けられている。シーチェスト２４の奥には海水吸入口３２を構成する海水系統の配管３４が設けられており、海水は海水ポンプ３５によって配管に吸入される。シーチェスト２４の奥にはまた、真水注入パイプ３６が設けられており、ここからシーチェスト２４内に真水が注入される。シーチェスト２４は常に海面下に位置するため、たとえ網格子３３が設けられていたとしても、網格子３３を通過して貝類、海草類、藻類等の海生生物が容易に付着する。しかし、本実施形態のように、ＮＧＨ由来の水をシーチェスト注入水として使用し、シーチェスト２４内に注水することにより、海水と真水が混ざってシーチェスト内の海水の塩分濃度が下がるか、或いは塩分濃度の関係で海水よりも比重が軽い真水がシーチェスト内に充満するので、海生生物の活性化を防止することができ、シーチェスト２４内に海生生物が大量に付着することによる海水吸入口３２の詰まりを防止することができる。したがって、シーチェスト２４内の海生生物の除去作業をなくすことも可能となる。

真水の注入は、船舶１０の停泊中であることが好ましいが、航行中であってもよい。停泊中の場合には、シーチェスト２４内に真水が充満するため、海生生物の付着を抑制する効果が大きい。これに対し、航行中の場合には、停泊中ほどの効果は得られないものと考えられるが、航行中には燃料の消費によってＮＧＨ分解水が随時生成されており、貯水タンクに蓄えきれない余剰分が単に廃棄される場面も考えられるので、そのような場合にシーチェスト経由で廃棄すれば、海生生物付着の抑制効果も得られる。もちろん、廃棄対象のＮＧＨ分解水を供給するだけではなく、航行中においてシーチェスト２４内に積極的に供給することも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＧＨ分解装置１２より得られる燃料ガスをガスエンジン１４の燃料とし、ＮＧＨ分解装置１２より得られるＮＧＨ分解水をシーチェスト注入水として使用することから、ＮＧＨの副生成物である水を有効活用することができる。これにより、海生生物の活性化を抑制することができ、シーチェスト２４内に海生生物が大量に付着することによる海水吸入口３２の詰まりを防止することができる。したがって、シーチェスト２４内の海生生物の除去作業をなくすことも可能となる。

また、本実施形態によれば、航行中において常に生成されるＮＧＨ分解水を船舶内の生活用水としても使用することから、大型の貯水タンクが不要であるのはもちろんのこと、多量の真水をいろいろな場面で使用することが可能となり、船内での生活面の向上、船内設備の寿命向上を図ることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る船舶の構成を示す模式図である。

図４に示すように、この船舶４０の特徴は、バッファタンク１７を介してＮＧＨ分解装置１２より生成されたＮＧＨ分解水をシーチェスト注入水としてそのままシーチェスト２４内に供給するものである。すなわち、本実施形態においては、ＮＧＨの分解によって得られる比較的低温の水がシーチェスト注入水として使用される。その他の構成については、第１の実施形態と略同様であるため、詳細な説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＧＨ分解装置１２より得られるＮＧＨ分解水をシーチェスト注入水として使用することから、ＮＧＨの副生成物である水を有効活用することができる。特に、温暖な海域を航行する船舶の場合、比較的高い水温に適応した海生生物が付着することから、これとは逆の低温なＮＧＨ分解水をそのままシーチェスト注入水として使用することで、海生生物の活性化をさらに抑制することができ、シーチェスト内に海生生物が大量に付着することによる海水吸入口の詰まりを防止することができる。また、比較的低温のＮＧＨ分解水をシーチェスト２４内に注入すれば、シーチェスト２４内の海水は低塩分濃度且つ低温となるので、このような海水を汲み上げて使用することで海水系統の腐食の進行を抑制することができるだけでなく、主機関の冷却能力をさらに高めることができ、船舶のさらなる性能向上を図ることができる。

また、ＮＧＨ分解装置１２内の圧力は非常に高いことから、ＮＧＨ分解装置１２から得られる高圧の水をそのまま利用し、高圧ジェット水としてシーチェスト内に供給すれば、シーチェスト内に付着する海生生物を水圧により吹き飛ばして取り除くことも可能である。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る船舶の構成を示す模式図である。

図５に示すように、この船舶５０の特徴は、空調システム２１の冷媒として利用すると共に、ガスエンジン１４の一次冷却水としても使用する点にある。そのため、船舶５０は、第１及び第２の熱交換器１８、１９と、第１の熱交換器１８との間で熱交換を行う船舶内の空調システム２１とをさらに備えており、第３の熱交換器２０によってガスエンジン１４の二次冷却水と海水との熱交換が行われている。

ＮＧＨ分解装置１２で副次的に生成されたＮＧＨ分解水は、バッファタンク１７を介して第１の熱交換器１８に供給され、空調システム２１の二次冷却水を冷却する一次冷却水として用いられる。第１の熱交換器１８を通過し、熱交換により温度上昇したＮＧＨ分解水はさらに第２の熱交換器１９に供給され、ガスエンジン１４の二次冷却水を冷却する一次冷却水として用いられる。ここで、通常、ガスエンジン１４の一次冷却水には海水が用いられ、二次冷却水は第３の熱交換器２０によって海水と熱交換されることにより冷却されるが、本実施形態のようにＮＧＨ分解水を一次冷却水として併用することにより、ガスエンジン１４の冷却能力の向上を図ることができる。また、ガスエンジンの冷却が必要なタイミングでＮＧＨ分解水が生成されることから、ＮＧＨ分解水を一次冷却水として利用することにより、ＮＧＨ分解水の有効活用を図ることができる。

第２の熱交換器１９を通過し、熱交換によってさらに温度上昇したＮＧＨ分解水は、生活用水として貯水タンク２２に蓄えられる。その後、貯水タンク２２内の水は生活用水として適宜取り出される。具体的には、浄水器２３を介して飲料水として供給され、或いは、トイレ、風呂、洗濯、船内の清掃等に使用される。

一方、第２の熱交換器１９を通過し、熱交換によってさらに温度上昇したＮＧＨ分解水は、シーチェスト注入水としてシーチェスト内にも供給される。すなわち、本実施形態においては、熱交換によって得られる比較的高温の水がシーチェスト注入水として使用される。その他の構成については、第１の実施形態と略同様であるため、詳細な説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＧＨ分解装置１２より得られるＮＧＨ分解水をシーチェスト注入水として使用することから、ＮＧＨの副生成物である水を有効活用することができる。特に、寒冷な海域を航行する船舶の場合、比較的低い水温に適応した海生生物が付着することから、これとは逆の高温なＮＧＨ分解水をシーチェスト注入水として使用することで、海生生物の活性化をさらに抑制することが可能となる。さらに、温暖な海域を航行する船舶であっても、十分に高温なシーチェスト注入水を使用した場合には、比較的高い水温に適応した海生生物の活性化を抑制することも可能である。

また、ＮＧＨ分解装置１２内の圧力は非常に高いことから、ＮＧＨ分解装置１２から得られる高圧の水を空調システム２１やガスエンジン１４との熱交換により高温にした後、これを高圧ジェット水としてシーチェスト内に供給すれば、シーチェスト内に付着する海生生物を水圧により吹き飛ばして取り除くことも可能である。

また、本実施形態によれば、ＮＧＨ分解水を空調システムの冷却水としても使用することから、ＮＧＨ分解水の更なる有効活用を図ることができる。特に、ＮＧＨ分解水を初段の空調システムの冷却水として使用し、次いで次段のガスエンジンの冷却水として使用した後、シーチェスト注入水として使用することから、冷媒としてのＮＧＨ分解水を段階的に利用することができ、ＮＧＨ分解水を冷媒及び生活用水として極めて効率良く利用することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、船舶の主機関としてガスエンジン１４を用いているが、ガスタービンを使用することも可能である。ガスタービンにおいても、その一次冷却水としてＮＧＨ分解水や海水を使用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る船舶の構成を概略的に示す模式図である。図２は、ＮＧＨ分解装置１２の構成を示す模式図である。図３は、船体後部、特にシーチェストの構成を示す模式図である。図４は、本発明の第２の実施形態に係る船舶の構成を概略的に示す模式図である。図５は、本発明の第３の実施形態に係る船舶の構成を概略的に示す模式図である。

符号の説明

１０船舶
１１ＮＧＨタンク
１２ＮＧＨ分解装置
１３バッファタンク
１４ガスエンジン
１５スクリュー
１６ガス設備
１７バッファタンク
１８第１の熱交換器
１９第２の熱交換器
２０第３の熱交換器
２１空調システム
２２貯水タンク
２３浄水器
２４シーチェスト
３１舵
３２海水吸入口
３３網格子
３４海水系統配管
３５海水ポンプ
３６真水注入パイプ
４０船舶
５０船舶
１００ＮＧＨペレット
１０１ＮＧＨ分解槽
１０１ａガス排出口
１０１ｂ排水口
１０２ノズル
１０３ネット
１０４ＮＧＨ分解水

Claims

航行燃料としてのＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、
前記ＮＧＨタンクより供給される前記ＮＧＨを分解して燃料ガスとＮＧＨ分解水を生成するＮＧＨ分解装置と、
前記燃料ガスによって駆動される主機関と、
船体底部に設けられたシーチェストと、
前記ＮＧＨ分解水を前記シーチェスト内に注水する注水機構とを備え、
前記ＮＧＨ分解水の注水によって当該ＮＧＨ分解水と混ざり合った前記シーチェスト内の海水を前記主機関の一次冷却水として使用することを特徴とする船舶。
航行燃料としてのＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、
前記ＮＧＨタンクより供給される前記ＮＧＨを分解して燃料ガスとＮＧＨ分解水を生成するＮＧＨ分解装置と、
前記燃料ガスによって駆動される主機関と、
船体底部に設けられたシーチェストと、
前記ＮＧＨ分解水を前記シーチェスト内に注水する注水機構とを備え、
前記ＮＧＨ分解水を前記主機関の一次冷却水として使用し、
前記主機関において前記一次冷却水として使用された前記ＮＧＨ分解水を前記シーチェスト内に注水することを特徴とする船舶。
船内の空調システムをさらに備え、前記ＮＧＨ分解水を前記空調システムの冷却水として使用した後、前記主機関の一次冷却水として使用することを特徴とする請求項２に記載の船舶。