JP7728165B2 - アンモニア水貯留システム及びアンモニア燃料船 - Google Patents

Description

本発明は、アンモニア水貯留システム及びアンモニア燃料船に関し、特に、船上でアンモニア水を一時的に貯留することができるアンモニア水貯留システム及び該アンモニア水貯留システムを備えたアンモニア燃料船に関する。

近年、環境保全の観点から環境を汚染する物質や廃棄物の排出を低減するゼロエミッションが提言されている。国際海運の分野においても、燃焼時に二酸化炭素（ＣＯ_２）が発生しない燃料としてアンモニアが注目されており、アンモニア燃料船の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－１６１９２１号公報

アンモニア燃料船では、アンモニアの沸点が大気圧下において－３３℃の低温であることから、低温又は高圧により液化アンモニアとして船上に貯蔵することが検討されている。液化アンモニアが大気中に漏洩した場合、気化したアンモニアガスが拡散することとなる。アンモニアガスは強い毒性を有することから、液化アンモニアを漏洩させないこと及び漏洩した際に人体や環境への影響を最小化させることが重要な課題となっている。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、アンモニアの漏洩による人体や環境への影響の低減を図ることができる、アンモニア水貯留システム及びアンモニア燃料船を提供することを目的とする。

本発明によれば、燃料であるアンモニアを液化した状態で貯留するアンモニア燃料タンクと、アンモニアを燃焼させて動力を発生させるアンモニア燃料エンジンと、を含むアンモニア燃料船に配置されるアンモニア水貯留システムであって、船上で発生したアンモニアガス又はアンモニア水をアンモニア水の状態で貯留するアンモニア水貯留タンクと、前記アンモニアガス又は前記アンモニア水を前記アンモニア水貯留タンクに搬送する回収ラインと、前記アンモニア水貯留タンクに海水を供給する給水ラインと、前記アンモニア水貯留タンクに貯留したアンモニア水を船外に排出する排水ラインと、前記アンモニア水の濃度を計測する濃度計と、を備えていることを特徴とするアンモニア水貯留システムが提供される。

前記アンモニア水貯留タンクは、バラストタンクと兼用するように構成されていてもよい。

前記アンモニア水貯留タンクは、船長方向に複数配置されていてもよい。

前記アンモニア水貯留タンクは、内面に腐食防止用の塗装が施されていてもよい。

前記アンモニア水貯留タンクは、空気抜き管及び圧力調整機構を備えていてもよい。

前記回収ラインは、例えば、船上で発生したアンモニア水、前記アンモニアガスを含むパージガス又はパージ処理の過程で発生したアンモニア水を搬送するラインである。

前記排水ラインは、前記アンモニア水の濃度を調整可能なアンモニア中和装置を備えていてもよい。

また、前記アンモニア中和装置は、バラスト水処理装置内に配置されていてもよい。

前記排水ラインは、前記アンモニア水の濃度に基づいて前記アンモニア水の排水を制御する制御弁と、を備えていてもよい。

前記アンモニア水貯留システムは、前記濃度計の計測値に基づいて前記アンモニア水貯留タンクに海水を給水するように制御する制御装置を含んでいてもよい。

前記濃度計は、前記アンモニア水貯留タンクに配置されていてもよいし、前記回収ラインに配置されていてもよいし、前記排水ラインに配置されていてもよい。

また、本発明によれば、アンモニアを燃料とするアンモニア燃料船であって、上述した何れかの構成のアンモニア水貯留システムを含む、ことを特徴とするアンモニア燃料船が提供される。

上述した本発明に係るアンモニア水貯留システム及びアンモニア燃料船によれば、船上で漏洩又は発生したアンモニアを貯留することができ、アンモニアの漏洩による人体や環境への影響の低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るアンモニア水貯留システムの構成を示す図である。 アンモニア燃料船の概略構成図である。 アンモニア水貯留タンクの配置の一例を示す図であり、（Ａ）は第一例、（Ｂ）は第二例、を示している。 アンモニア水貯留タンクの給水系統の説明図である。 アンモニア水貯留タンクの排水系統の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図１～図５を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係るアンモニア水貯留システムの構成を示す図である。図２は、アンモニア燃料船の概略構成図である。図３は、アンモニア水貯留タンクの配置の一例を示す図であり、（Ａ）は第一例、（Ｂ）は第二例、を示している。

本発明の一実施形態に係るアンモニア水貯留システム１は、例えば、図１に示したように、船上で発生したアンモニアガス又はアンモニア水をアンモニア水の状態で貯留するアンモニア水貯留タンク２と、アンモニアガス又はアンモニア水をアンモニア水貯留タンク２に搬送する回収ライン３と、アンモニア水貯留タンク２に海水を供給する給水ライン４と、アンモニア水貯留タンク２に貯留したアンモニア水を船外に排出する排水ライン５と、アンモニア水貯留タンク２に貯留されたアンモニア水の濃度を計測する濃度計６と、濃度計６の計測値に基づいてアンモニア水貯留タンク２に海水を給水するように制御する制御装置７と、を備えている。

かかるアンモニア水貯留システム１は、例えば、図２に示したアンモニア燃料船８に搭載される。アンモニア燃料船８は、アンモニアを燃料として船体の推進力を得るようにした船舶である。

アンモニア燃料船８は、例えば、燃料であるアンモニアを貯留するアンモニア燃料タンク８１と、アンモニア燃料タンク８１から発生した気化ガスを再液化する再液化装置８２と、アンモニアを燃焼させて動力を発生させるアンモニア燃料エンジン８３と、アンモニア燃料タンク８１からアンモニア燃料エンジン８３にアンモニアを供給する燃料供給機器８４と、アンモニア燃料タンク８１にアンモニアを供給するバンカーステーション８５と、備えている。

図２に示したアンモニア燃料船８の構成は単なる一例であり、図示した構成・配置に限定されるものではない。また、アンモニア燃料船８は、ディーゼルエンジン、電動モータ等の他の推進機器を併用したハイブリッド船であってもよい。また、アンモニア燃料船８は、複数の燃料を切り替えて使用する多元燃料エンジンを採用したものであってもよい。

アンモニア水貯留タンク２は、アンモニア燃料船８に搭載されたタンクである。図３（Ａ）に示したアンモニア水貯留タンク２は、アンモニア水貯留タンク２をアンモニア水のみを貯留する専用タンクとして構成したものである。アンモニア水貯留タンク２は、例えば、居住区８６の近傍に配置される。なお、アンモニア水貯留タンク２の個数・配置・形状等は、図示した構成に限定されるものではない。

また、アンモニア燃料船８は、船体の喫水・傾斜等を調節するためのバラスト水（海水）を注排水可能なバラストタンク８７を備えている。バラストタンク８７は、例えば、船底に沿って配置された第一バラストタンク８７ａと、船倉上部側面に沿って配置された第二バラストタンク８７ｂ（トップサイドタンク）と、船尾部に配置された第三バラストタンク８７ｃと、を備えている。なお、バラストタンク８７の配置は船種によって異なるものであり、図示した配置に限定されるものではない。

第一バラストタンク８７ａ及び第二バラストタンク８７ｂは、船長方向に渡って複数に区画されており、それぞれにバラスト水を注排水可能に構成されている。また、第三バラストタンク８７ｃは、第一バラストタンク８７ａ及び第二バラストタンク８７ｂと別にバラスト水を注排水可能に構成されている。

ところで、大量のアンモニア水の発生やアンモニア水の長期間の貯留を想定した場合、アンモニア水貯留タンク２の必要な容量が増大し、船体姿勢の調整も必要となることが予測される。したがって、図３（Ａ）に示したように、アンモニア水貯留タンク２を専用タンクとした場合には、アンモニア水の貯留量に限界がある。

図３（Ｂ）に示したアンモニア水貯留タンク２は、アンモニア水貯留タンク２をバラストタンク８７と兼用するように構成したものである。アンモニア水貯留タンク２は、バラストタンク８７の一部に配置される。図３（Ｂ）では、説明の便宜上、バラストタンク８７のうちアンモニア水貯留タンク２としても使用されるタンクを灰色に塗り潰して図示している。

アンモニア水貯留タンク２は、例えば、第一バラストタンク８７ａの船首部側及び船尾部側並びに第三バラストタンク８７ｃに配置される。アンモニア水貯留タンク２を船長方向に複数配置することにより、バランスよくアンモニア水を貯留することができる。なお、バラストタンク８７のうち、どのタンクをアンモニア水貯留タンク２として兼用するかは任意であり、図示した配置に限定されるものではない。

アンモニア水貯留タンク２は、専用タンク及び兼用タンクの何れの場合であっても、内面に腐食防止用の塗装が施されている。塗料としては、アンモニア水溶液に耐性のあるものが採用される。

また、アンモニア水貯留タンク２は、図１に示したように、空気抜き管２１及び圧力調整機構２２を備えている。空気抜き管２１は、アンモニア水の回収時や海水の給水時にタンク内の空気を抜く配管である。空気抜き管２１は、開閉弁２３を備えていてもよい。

開閉弁２３を閉鎖することにより、アンモニア水の貯留時におけるアンモニアガス（ボイルオフガス）のタンク外への拡散を抑制することができる。なお、アンモニア水の回収時や海水の給水時には開閉弁２３は開放される。

圧力調整機構２２は、例えば、ブリザー弁又はベントポストである。圧力調整機構２２は、開閉弁２３の閉鎖時におけるアンモニア水貯留タンク２の過負圧を抑制するための機器である。

回収ライン３は、例えば、船上で発生したアンモニア水を搬送する第一回収ライン３１と、アンモニアガスを含むパージガスを搬送する第二回収ライン３２と、パージ処理の過程で発生したアンモニア水を搬送する第三回収ライン３３と、を含んでいる。

図２に示したアンモニア燃料船８を構成する、アンモニア燃料タンク８１、再液化装置８２、アンモニア燃料エンジン８３、燃料供給機器８４、バンカーステーション８５、これらを連結する配管等の各機器では、アンモニアガスが漏洩する可能性がある。漏洩したアンモニアガスを拡散させない手段として、漏洩する可能性がある漏洩対象箇所８８に水を散布するウォータースプレー３４を設置することが考えられる。

散布されアンモニアガスを吸収した水（アンモニア水）は、漏洩対象箇所８８に設置されたドリップトレーや排水口等の回収手段３５により回収される。回収手段３５により回収されたアンモニア水は、第一回収ライン３１を経由してアンモニア水貯留タンク２に搬送される。第一回収ライン３１には、異物を除去するフィルタ３１ａやアンモニア水の搬送を制御する開閉弁３１ｂが配置されていてもよい。

また、アンモニア燃料船８のアンモニア燃料系統、バンカリング系統及び構成機器では、機器停止時（危急停止の場合を含む）、多元燃料エンジンにおける燃料切り替え時、メンテナンス時等において、アンモニア燃料を除外及び遮断するために窒素ガスによるパージ処理を行う必要がある。

これらのパージ処理により押し出された高濃度のアンモニアガスをそのまま船外放出した場合には人体や環境への影響があることから、アンモニア水貯留タンク２に一時的に貯留する。第二回収ライン３２は、アンモニアガスの状態でアンモニア水貯留タンク２に搬送する経路であり、第三回収ライン３３はアンモニア水の状態でアンモニア水貯留タンク２に搬送する経路である。

なお、本実施形態では、パージ処理時におけるパージガスとアンモニアガスとに経路を区別しているが、第二回収ライン３２及び第三回収ライン３３は同じ経路であってもよいし、途中で合流させるようにしてもよい。また、パージガスに含まれるアンモニアガスをアンモニア水に変換してからアンモニア水貯留タンク２に搬送するようにしてもよい。

給水ライン４は、海水吸入口４１（シーチェスト）から海水を給水してアンモニア水貯留タンク２に搬送する経路である。アンモニア水貯留タンク２に海水を供給することによりアンモニア水の濃度（水素イオン指数ｐＨ）が調整される。給水ライン４は、例えば、海水を吸入して搬送するバラストポンプ４２と、吸入された異物を除去するフィルタ４３と、海水吸入口４１の開閉を制御する開閉弁４４と、を備えている。

給水ライン４は、バイパスライン４５に配置されたバラスト水処理装置４６を備えていてもよい。バラスト水処理装置４６は、吸入した海水（バラスト水）に含まれる有害な水生生物や病原体を殺滅又は不活性化する装置である。給水ライン４及びバイパスライン４５には経路を切り替えるための切替弁４７，４８がそれぞれ配置される。また、給水ライン４は、給水系統と排水系統のラインを切り替えるための切替弁４９を備えている。

排水ライン５は、アンモニア水貯留タンク２に貯留されたアンモニア水を海上で船外排出する経路である。排水ライン５は、例えば、排出するアンモニア水の濃度（水素イオン指数ｐＨ）を計測する濃度計５１と、アンモニア水の排水を制御する制御弁５２と、を備えている。濃度計５１の計測値が設定された濃度の閾値を超えた場合には、制御弁５２が閉鎖される。なお、濃度計５１を省略した場合には、制御弁５２は濃度計６の計測値に基づいて制御するようにしてもよい。

また、排水ライン５は、アンモニア水の濃度（水素イオン指数ｐＨ）を調整可能なアンモニア中和装置５３を備えていてもよい。アンモニア中和装置５３は、アンモニア水に中和剤を注入することによりアンモニア水の濃度（水素イオン指数ｐＨ）を調整する。アンモニア中和装置５３は、例えば、バラスト水処理装置４６内に配置される。

また、排水ライン５は、バラストポンプ４２を介してアンモニア水を排水するためのバイパスライン５４と、バイパスライン５４の開閉を制御する切替弁５５と、を備えていてもよい。

ここで、図４は、アンモニア水貯留タンクの給水系統の説明図である。給水時には、制御弁５２及び切替弁５５は閉に設定され、開閉弁４４及び切替弁４９は開に設定される。

バラスト水処理装置４６を使用しない場合には、切替弁４７を開に設定し、切替弁４８を閉に設定する。その後、バラストポンプ４２を作動させることにより、海水吸入口４１・フィルタ４３・バラストポンプ４２を経由する第一給水経路Ｌａによりアンモニア水貯留タンク２に海水を供給する。

また、バラスト水処理装置４６を使用する場合には、切替弁４７を閉に設定し、切替弁４８を開に設定する。その後、バラストポンプ４２を作動させることにより、海水吸入口４１・フィルタ４３・バラストポンプ４２・バラスト水処理装置４６を経由する第二給水経路Ｌｂによりアンモニア水貯留タンク２に海水を供給する。

ここで、図５は、アンモニア水貯留タンクの排水系統の説明図である。排水時には、開閉弁４４及び切替弁４９は閉に設定され、制御弁５２及び切替弁５５は開に設定される。アンモニア水貯留タンク２内のアンモニア水の濃度が船外排出可能な濃度以下である場合、アンモニア中和装置５３を使用することなくアンモニア水を外部に排出することができる。

アンモニア中和装置５３を使用しない場合には、切替弁４７を開に設定し、切替弁４８を閉に設定する。その後、バラストポンプ４２を作動させることにより、フィルタ４３・バラストポンプ４２を経由する第一排水経路Ｌｃによりアンモニア水貯留タンク２からアンモニア水を外部に排出する。

また、アンモニア中和装置５３を使用する場合には、切替弁４７を閉に設定し、切替弁４８を開に設定する。その後、バラストポンプ４２を作動させることにより、アンモニア中和装置５３・フィルタ４３・バラストポンプ４２を経由する第二排水経路Ｌｄによりアンモニア水貯留タンク２からアンモニア水を外部に排出する。

また、アンモニア水貯留タンク２は、図１に示したように、貯留したアンモニア水を停泊時等に陸揚げするための陸揚げ用ライン５６を備えていてもよい。なお、図４及び図５では、説明の便宜上、陸揚げ用ライン５６の図を省略してある。かかる陸揚げ用ライン５６は、本実施形態において「排水ライン」の用語に含まれる。アンモニア水の陸揚げ時には、アンモニア水を地上側に配置されたタンク等に収容することから、アンモニア水の濃度を船外排出可能な濃度まで低くする必要性は低い。

濃度計６は、アンモニア水貯留タンク２内に貯留されたアンモニア水の濃度をモニタリングするセンサである。濃度計６は、例えば、アンモニア水の水素イオン指数ｐＨを計測するセンサである。濃度計６は、例えば、アンモニア水貯留タンク２の底部に配置される。なお、濃度計６は、アンモニア水貯留タンク２の入口となる回収ライン３に配置してもよいし、アンモニア水貯留タンク２の出口となる排水ライン５に配置してもよい。

制御装置７は、濃度計６の計測値に基づいてアンモニア水貯留タンク２内に貯留されたアンモニア水を希釈するように給水系統を制御する機器である。制御装置７には、例えば、アンモニア水貯留タンク２の腐食を低減するための閾値や船外排出するための閾値が設定されており、所定の閾値を超えた場合に給水ライン４を用いてアンモニア水貯留タンク２内に海水を供給する。制御装置７は、バラスト水の制御装置内に組み込まれていてもよい。

図３（Ｂ）に示したように、アンモニア水貯留タンク２がバラストタンク８７を兼用している場合には、濃度計６の計測値に関係なく、船体姿勢の調整のために海水（バラスト水）を供給するようにしてもよい。

上述した本実施形態に係るアンモニア水貯留システム１及びアンモニア燃料船８によれば、船上で漏洩又は発生したアンモニアを回収してアンモニア水の状態で貯留することができ、アンモニアの漏洩による人体や環境への影響の低減を図ることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ アンモニア水貯留システム
２ アンモニア水貯留タンク
３ 回収ライン
４ 給水ライン
５ 排水ライン
６ 濃度計
７ 制御装置
８ アンモニア燃料船
２１ 空気抜き管
２２ 圧力調整機構
２３ 開閉弁
３１ 第一回収ライン
３１ａ フィルタ
３１ｂ 開閉弁
３２ 第二回収ライン
３３ 第三回収ライン
３４ ウォータースプレー
３５ 回収手段
４１ 海水吸入口
４２ バラストポンプ
４３ フィルタ
４４ 開閉弁
４５ バイパスライン
４６ バラスト水処理装置
４７，４８，４９，５５ 切替弁
５１ 濃度計
５２ 制御弁
５３ アンモニア中和装置
５４ バイパスライン
５６ 陸揚げ用ライン
８１ アンモニア燃料タンク
８２ 再液化装置
８３ アンモニア燃料エンジン
８４ 燃料供給機器
８５ バンカーステーション
８６ 居住区
８７ バラストタンク
８７ａ 第一バラストタンク
８７ｂ 第二バラストタンク
８７ｃ 第三バラストタンク
８８ 漏洩対象箇所

Claims (12)

1. 燃料であるアンモニアを液化した状態で貯留するアンモニア燃料タンクと、アンモニアを燃焼させて動力を発生させるアンモニア燃料エンジンと、を含むアンモニア燃料船に配置されるアンモニア水貯留システムであって、
   船上で発生したアンモニアガス又はアンモニア水をアンモニア水の状態で貯留するアンモニア水貯留タンクと、
   前記アンモニアガス又は前記アンモニア水を前記アンモニア水貯留タンクに搬送する回収ラインと、
   前記アンモニア水貯留タンクに海水を供給する給水ラインと、
   前記アンモニア水貯留タンクに貯留したアンモニア水を船外に排出する排水ラインと、
   前記アンモニア水の濃度を計測する濃度計と、
   を備えていることを特徴とするアンモニア水貯留システム。
   
2. 前記アンモニア水貯留タンクは、バラストタンクと兼用するように構成されている、請求項１に記載のアンモニア水貯留システム。
3. 前記アンモニア水貯留タンクは、船長方向に複数配置されている、請求項２に記載のアンモニア水貯留システム。
4. 前記アンモニア水貯留タンクは、内面に腐食防止用の塗装が施されている、請求項１に記載のアンモニア水貯留システム。
5. 前記アンモニア水貯留タンクは、空気抜き管及び圧力調整機構を備えている、請求項１に記載のアンモニア水貯留システム。
6. 前記回収ラインは、船上で発生したアンモニア水、前記アンモニアガスを含むパージガス又はパージ処理の過程で発生したアンモニア水を搬送するラインである、請求項１に記載のアンモニア水貯留システム。
7. 前記排水ラインは、前記アンモニア水の濃度を調整可能なアンモニア中和装置を備える、請求項１に記載のアンモニア水貯留タンク。
8. 前記アンモニア中和装置は、バラスト水処理装置内に配置されている、請求項７に記載のアンモニア水貯留タンク。
9. 前記排水ラインは、前記アンモニア水の濃度に基づいて前記アンモニア水の排水を制御する制御弁と、を備える、請求項１に記載のアンモニア水貯留タンク。
10. 前記濃度計の計測値に基づいて前記アンモニア水貯留タンクに海水を給水するように制御する制御装置を含む、請求項１に記載のアンモニア水貯留タンク。
11. 前記濃度計は、前記アンモニア水貯留タンク、前記回収ライン又は前記排水ラインに配置される、請求項１に記載のアンモニア水貯留タンク。
12. アンモニアを燃料とするアンモニア燃料船であって、請求項１～１１の何れか一項に記載のアンモニア水貯留システムを含む、ことを特徴とするアンモニア燃料船。