CN103314188A - 船舶用发电系统 - Google Patents

Abstract

船舶用发电系统（100）具备与发电机（4）电气连接的蓄电池（5）；通过主机（1）的负荷位于高负荷域且内燃机室温为基准温度时的废热产生的发电机（4）的可产生电力大于船内连续性地所需求的连续电力（WC）、且小于在该连续电力（WC）上增加暂时性地且附加性地所需要的电力（WA）的总需求电力（WT）；在通过废热产生的发电机（4）的可产生电力超过船内的电力需求时，蓄电池（5）通过由发电机（4）产生的剩余电力被充电，在通过废热的发电机（4）的可产生电力低于船内的电力需求时蓄电池（5）放电而支援发电机（4）的驱动。

Description

船舶用发电系统

技术领域

本发明涉及通过由主机的废热产生的蒸汽驱动蒸汽涡轮，并且基于该蒸汽涡轮的输出进行发电的船舶用发电系统。

背景技术

大型的船舶上装载有发出在航运中所需的电力的发电系统。近年来，为了迎合针对节能化的要求而存在如下情况，即，在船舶用发电系统上增设回收主机周围的废热而产生蒸汽的废热回收系统，并且通过废热回收系统中产生的蒸汽驱动蒸汽涡轮，并且基于该蒸汽涡轮的输出而驱动发电机（例如，参照专利文献1～3）。

现有技术文献：

专利文献1∶日本特开2010-116847号公报；

专利文献2∶日本特开平5-65804号公报；

专利文献3∶日本特开平8-93410号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，主机在低负荷下运行时，排气量及主机周围的废热量减少，因此流入蒸汽涡轮的蒸汽量减少。又，主机为柴油发动机时，存在排气经济器内附着排气中包含的黑烟的情况，为了维持废热回收系统的热回收效率，有必要在每隔合理的期间进行掸去黑烟的作业（吹灰作业）。利用废热回收系统中产生的蒸汽进行该吹灰作业时，流入蒸汽涡轮的蒸汽量也减少。像这样，蒸汽量减少时，蒸汽涡轮的输出减小，因此存在通过发电机的发电量不能满足船内的电力需求的担忧。

又，船内的电力需求有时与连续地使用的电力相比暂时增大的情况。例如，起动装载在船舶上的冷藏装置的压缩器等的间歇性辅助设备时，船舶内的电力需求成为在连续电力上增加该起动所需的电力的值。

在现有的船舶用发电系统中，蒸汽量减少的状况下、和船舶内的电力需求与连续电力相比暂时增大的状况下等，使辅助锅炉工作而增加向蒸汽涡轮供给的蒸汽量以增加发电机的发电量，或者使柴油发电机等的其他发电机工作，以此进行应对。一般来说，辅助锅炉及柴油发电机的工作中需要石化燃料，因此导致运行成本的增大，又，难以实现高节能化。

相反地，在试图使辅助锅炉及柴油发电机不工作而通过发电机的发电量满足船内的电力需求的情况下，想到了将系统设计为在主机为低负荷时，使发电机的发电量成为在连续电力上增加暂时所需的电力的值。然而，在该情况下，即使主机为低负荷，但是必须确保蒸汽涡轮产生较大的输出，而导致废热回收系统的结构的大型化。此时，在有限的船内空间难以配置船舶用发电系统。又，主机为高负荷时，发电机的发电量超过船内的电力需求，而产生不能被有效利用的剩余电力。

因此，本发明的目的是提供船舶用发电系统，即，尽量控制石化燃料的使用的同时能够满足变动的船内的电力需求，且从发电机可能产生剩余电力时能够将其有效利用的船舶用发电系统。

解决问题的手段：

根据本发明的船舶用发电系统具备：回收主机的废热而产生蒸汽的废热回收系统；通过由所述废热回收系统产生的蒸汽被驱动的蒸汽涡轮；基于所述蒸汽涡轮的输出被驱动并发电的发电机；和与所述发电机电气连接的蓄电池；所述发电机形成为通过所述主机的负荷位于高负荷域时的废热产生的可产生电力大于船内连续性地需要的连续电力、且小于在该连续电力上增加暂时性地且附加性地需要的电力的总需求电力的结构；所述蓄电池形成为在通过废热产生的所述发电机的可产生电力超过船内的电力需求时，通过由所述发电机产生的剩余电力被充电，在通过废热产生的所述发电机的可产生电力低于船内的电力需求时被放电而支援所述发电机的驱动的结构。

根据上述结构，在通过废热产生的发电机的可产生电力充分满足船内的电力需求时，可以通过发电机所产生的剩余电力对蓄电池充电。像这样，即使在发电机相对于船内的电力需求产生剩余电力时，也可以有效利用该剩余电力。又，即使在通过废热产生的发电机的可产生电力不能满足船内的电力需求时，也可以使蓄电池放电并支援发电机的驱动。借助于此，可以更加提高发电机的发电量，并且可以减少使辅助锅炉和柴油发电机工作的机会。借助于此，即使因主机的负荷变化等而通过废热产生的发电机的可产生电力发生变化，或者船内的电力需求发生变化，也可以容易地应对这些。而且，将通过主机的负荷位于高负荷区域时的废热产生的发电机的可产生电力设定得大于连续电力且小于总需求电力。因此，主机在通常航行中充电的机会和放电的机会彼此公平地出现，从而能够以良好的平衡进行蓄电池的充电和放电。

也可以是具备控制所述蓄电池的充放电的控制单元；所述控制单元形成为以下结构：在通过废热产生的所述发电机的可产生电力超过船内的电力需求的规定的充电条件成立时，实施通过由所述发电机产生的剩余电力使所述蓄电池充电的控制，且在通过废热产生的所述发电机的可产生电力低于船内的电力需求的规定的放电条件成立时，实施使所述蓄电池放电而支援所述发电机的驱动的控制。

根据上述结构，可以根据状况适当地切换蓄电池的充电工作和放电工作。

也可以是还具备检测船内的辅助设备的起动的辅助设备起动检测单元；所述充电条件包含通过所述辅助设备起动检测单元未检测到所述辅助设备的起动的条件，所述放电条件包含通过所述辅助设备起动检测单元检测到所述辅助设备的起动的条件。

根据上述结构，在因辅助设备的起动而暂时性地且附加性地增加船内的电力需求时，可以与此对应地进行蓄电池的放电而支援发电机的驱动，可以减少使辅助锅炉和柴油发电机等工作的机会。

也可以是还具备：构成所述废热回收系统，并且流通着主机的排气的排气经济器；向所述排气经济器内喷射所述废热回收系统中产生的蒸汽的鼓风机；和检测所述鼓风机是否工作的喷射检测单元；所述充电条件包含通过所述喷射检测单元检测到所述鼓风机为停止的条件，所述放电条件包含通过所述喷射检测单元检测到所述鼓风机为工作的条件。

根据上述结构，因为向排气经济器内喷射蒸汽而不能将通过废热回收所产生的所有蒸汽用于蒸汽涡轮的驱动，由此即使出现通过废热产生的发电机的可产生电力下降那样的情况，也可以应对该情况并使蓄电池放电以此可以支援发电机的驱动。因此，可以减少使辅助锅炉和柴油发电机等工作的机会。

也可以是还具备：向所述蒸汽涡轮的蒸汽入口输送蒸汽的蒸汽系统；在所述蒸汽系统中设置为使升程量可变，通过改变该升程量调节输送至所述蒸汽入口的蒸汽的流量的调节阀；和检测所述调节阀的升程量的升程量检测单元；所述充电条件包含由所述升程量检测单元检测到的升程量小于第一升程阈值的条件，所述放电条件包含由所述升程量检测单元检测到的升程量为比所述第一升程阈值大的第二升程阈值以上的条件。

根据上述结构，当调节阀的升程量增大时供给至蒸汽入口的蒸汽的流量增多而蒸汽涡轮能够产生较大的输出，当调节阀的升程量减小时，与此相反。像这样，根据升程量判断通过废热产生的发电机的可产生电力的大小，并且根据此能够适当地判断蓄电池应充电还是应放电。

也可以是还具备：构成所述废热回收系统，并且将产生的蒸汽积聚的汽水分离器；和检测所述汽水分离器的内压的压力检测单元；所述充电条件包含由所述压力检测单元检测到的内压为第一压力阈值以上的条件，所述放电条件包含由所述压力检测单元检测到的内压小于比所述第一压力阈值小的第二压力阈值的条件。

根据上述结构，在蒸汽的压力增高时蒸汽涡轮可以产生较大的输出，而压力下降时与此相反。像这样根据蒸汽的压力判断通过废热产生的可产生电力的大小，并且根据此能够适当地判断蓄电池应充电还是应放电。

发明效果：

根据本发明可以提供尽量控制石化燃料的使用的同时也能够满足变动的船内的电力需求，能够抑制废热回收系统的大型化，且从发电机可能产生剩余电力时能够有效利用该电力的船舶用发电系统。本发明的上述目的、其他目的、特征及优点是在参照附图的基础上，从以下的优选的实施形态的详细说明中变得清楚。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施形态的船舶用发电系统的整体结构的概念图；

图2是示出发动机负荷与通过废热产生的发电机的可产生电力之间的关系的图表；

图3是同时示出通过废热产生的发电机的可产生电力与高压汽包的内压的相关图、通过废热产生的发电机的可产生电力与调节阀的升程量的相关图、通过废热产生的发电机的可产生电力与计划点的相关图、以及充放电控制的概念图的图；

图4是示出通过主控制器执行充放电控制的步骤的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施形态。另外，在所有图中对于相同或对应的要素标以相同的符号并省略重复说明。

图1是示出根据本发明的实施形态的船舶用发电系统100的整体结构的概念图。图1所示的船舶用发电系统100装载于具备作为主机的船舶用柴油发动机1（以下，简单地称为“发动机”）的船舶中。

船舶用发电系统100具备回收来自于发动机1周围的废热并产生蒸汽的废热回收系统2、通过在废热回收系统2中产生的蒸汽被驱动的蒸汽涡轮3、基于蒸汽涡轮3的输出被驱动的发电机4、和与发电机4电气连接的蓄电池5。

废热回收系统2主要具备排气经济器10、复水器21、供水系统22、供水加热器23、高压汽包（高压汽水分离器）24、中压汽包（中压汽水分离器）25、低压汽包（低压汽水分离器）26、高压循环水系统27、蒸汽系统28、中压循环水系统29、中压混气系统30、低压循环水系统31、低压蒸发器32及低压混气系统33。通过废热回收系统2回收的废热包括试图通过发动机1的排气系统排出的排气的热、发动机1的冷却水的热及发动机1的进气的热等。

发动机1的排气系统具备用于将排气导入至烟囱等的排气出口的排气管1a。排气经济器10介于排气管1a和排气出口之间，构成排气系统的一部分。排气管1a与绕过排气经济器10的旁通管8连接，并且排气经济器10的入口部及旁通管8的入口部分别由风门9a及风门9b开闭。在发动机1的负荷超过规定值时等的、产生驱动蒸汽涡轮3的蒸汽所需的排气的流量或者热量确保充分时，排气经济器10侧的风门9a打开而旁通管8侧的风门9b关闭。若排气的流量或热量不充分时，风门9a关闭而风门9b打开。以下，只要不特别说明，则以风门9a为打开且风门9b为关闭来进行说明。

排气经济器10从上游侧依次具备入口管11、高压蒸发器12、中间管13、中压蒸发器14及出口管15。入口管11与排气管1a连接，将来自于发动机1的排气导入至高压蒸发器12中。中间管13将高压蒸发器12中的热交换后的排气导入至中压蒸发器14。出口管15将中压蒸发器14中的热交换后的排气导入至排气出口。

排气在排气经济器10中流通的过程中，存在排气中的黑烟附着在高压蒸发器12及中压蒸发器14上的情况，因此排气经济器10具备用于将黑烟吹落的第一吹灰器16及第二吹灰器17。各吹灰器16、17通过喷射系统（未图示）与高压汽包24、中压汽包25及低压汽包26中的至少一个连接，从而从该至少一个的汽包接收蒸汽的供给。第一吹灰器16具有用于向高压蒸发器12喷射被供给的蒸汽的多个喷射口，通过这些喷射口喷射蒸汽，以此可以吹落附着在高压蒸发器12上的黑烟。第二吹灰器17也具有用于向中压蒸发器14喷射被供给的蒸汽的多个喷射口。

复水器21与蒸汽涡轮3的蒸汽出口3a连接，从而将从蒸汽出口3a流出的蒸汽冷凝。供水系统22，将复水器21与各汽包24～26连接，从而将在复水器21中产生的复水作为供水输送至各汽包24～26。供水系统22具有从复水器21延伸的管路22a、和从管路22a分叉为二股的管路22b、22c，管路22b进一步分叉为二股而与高压汽包24及中压汽包25连接，管路22c与低压汽包26连接。供水加热器23设置在管路22b上。供水加热器23使输送至高压汽包24及中压汽包25的供水和发动机1的扫气（增压器出口喷射空气）之间进行热交换，借助于此加热该供水且冷却该扫气。

高压汽包24、中压汽包25及低压汽包26将来自于供水系统22的供水作为循环水进行贮留，并且贮留通过循环水得到的蒸汽。高压汽包24上设置有检测高压汽包24的内压（积聚在高压汽包24内的蒸汽的压力）的第一压力传感器41。中压汽包25及低压汽包26上也分别设置有同样的第二压力传感器42及第三压力传感器43。

高压循环水系统27具有将高压汽包24与高压蒸发器12连接的管路27a、和将高压蒸发器12与高压汽包24连接的管路27b。蒸汽系统28将高压汽水分离器24与蒸汽涡轮3的蒸汽入口3b连接。当管路27a上的泵27P工作时，高压汽包24内的循环水通过管路27a输送至高压蒸发器12内，被输送的循环水在高压蒸发器12内通过与排气热交换而成为蒸汽。循环水以气液混合状态通过管路27b返回至高压汽包24内，返回的循环水在高压汽包24内分离为蒸汽和液体。高压汽包24内的蒸汽通过蒸汽系统28供给至蒸汽涡轮3的蒸汽入口3b。

中压循环水系统29具有将中压汽包25与中压蒸发器14连接的管路29a、和将中压蒸发器14与中压汽包25连接的管路29b。中压混气系统30将中压汽包25与蒸汽涡轮3的中压混气入口3c连接。当管路29a上的泵29P工作时，中压汽包25内的循环水通过管路29a输送至中压蒸发器14内，被输送的循环水在中压蒸发器14内通过与排气热交换而成为蒸汽。循环水以气液混合状态通过管路29b返回至中压汽包25内，返回的循环水在中压汽包25内分离为蒸汽和液体。中压汽包25内的蒸汽通过中压混气系统30供给至蒸汽涡轮3的中压混气入口3c。

低压循环水系统31具有将低压汽包26与低压蒸发器32连接的管路31a、和将低压蒸发器32与低压汽包26连接的管路31b。低压混气系统33将低压汽包26与蒸汽涡轮3的低压混气入口3d连接。当管路31a上的泵31P工作时，低压汽包26内的循环水通过管路31a输送至低压蒸发器32内。在本实施形态中，用于冷却进气的空气冷却器适用于低压蒸发器32，并且被输送的循环水在低压蒸发器32内通过与进气热交换而成为蒸汽。循环水以气液混合状态通过管路31b返回至低压汽包26内，返回的循环水在低压汽包26内分离为蒸汽和液体。低压汽包26内的蒸汽通过低压混气系统33供给至蒸汽涡轮3的低压混气入口3d。

蒸汽涡轮3是具有多个转动叶片的多级式涡轮。蒸汽涡轮3通过供给至蒸汽入口3b的蒸汽、供给至中压混气入口3c的中压混气、以及供给至低压混气入口3d的低压混气而旋转转动叶片，借助于此在输出轴3e上产生旋转输出。

蒸汽系统28具备汽包侧的上游管路28a和涡轮侧的下游管路28b。过热器35介于上游管路28a和下游管路28b之间。蒸汽系统28具备绕过过热器而连接上游管路28a及下游管路28b的旁通管路28c、和对来自于高压汽包24的蒸汽被输送至蒸汽入口3b之前是否经由过热器35进行控制的阀单元34。阀单元34由允许或阻止通过旁通管路28c的蒸汽的流通的第一开闭阀34a、允许或阻止通过过热器35的蒸汽的流通的第二开闭阀34b、和用于部分地排出已流通过热器的蒸汽的排出阀34c构成。过热器35设置于排气经济器10的入口管11内。在蒸汽经由过热器35时，可以通过与排气的热交换而使蒸汽升温·升压，并且借助于此可以增大蒸汽涡轮3的输出。

又，蒸汽系统28在阀单元34的下游侧（即，蒸汽入口3b侧）上具备入口阀及作为控制阀的调节阀36。调节阀36具有其升程量可变的阀杆（未图示），根据阀杆的升程量可以调节供给至蒸汽入口3b的蒸汽的流量。中压混气系统30及低压混气系统33也具备用于调节分别供给至中压混气入口3c及低压混气入口3d的混气的流量的入口阀37、38。调节阀36及入口阀37、38以增大蒸汽的流量的方式工作时，可以增大蒸汽涡轮3的输出。在调节阀36上设置有用于检测其升程量的升程量传感器44。

高压汽包24具备辅助锅炉24a。辅助锅炉24a通过石化燃料的燃烧所产生的热加热高压汽包24内的循环水，借助于此在高压汽包24内可以产生蒸汽。通过该辅助锅炉24a的再加热也可以增大蒸汽涡轮3的输出。以下，将不依赖辅助锅炉24a的再加热而通过仅基于回收的废热所产生的蒸汽而产生的蒸汽涡轮3的输出称为“通过废热产生的蒸汽涡轮3的输出”，将基于通过该废热产生的蒸汽涡轮3的输出驱动发电机4时的发电机4的可产生电力称为“通过废热产生的发电机4的可产生电力”并进行说明。另外，中压汽包25及低压汽包25分别具备加热器25a、26a。各加热器25a、26a，通过蒸汽系统28接收来自于高压汽包24的蒸汽的供给（参照图1中米字型符号），借助于此可以加热汽包25、26内的循环水并在汽包25、26内产生蒸汽。

发电机4根据蒸汽涡轮3的输出，即，根据通过废热回收系统2供给至蒸汽涡轮3的蒸汽及混气的压力和流量等进行发电。在因发动机负荷低而蒸汽的压力及流量往往变小，或废热回收系统2中产生的蒸汽的一部分在第一吹灰器16或第二吹灰器17中被使用时，存在通过废热产生的蒸汽涡轮3的输出相对减小，并且通过废热产生的可产生电力低于船内的电力需求的情况。相反地，在因发动机负荷高而蒸汽的压力及流量充分大时，和第一吹灰器16及第二吹灰器17停止时等，存在通过废热产生的可产生电力超过船内的电力需求的情况。

蓄电池5通过下述的副控制器7与该发电机4电气连接。因此，发电机4能够发出超过船内的电力需求的电力时，可以通过剩余电力对蓄电池5进行充电。又，发电机4只能发出低于电力需求的电力时，使蓄电池5放电而能够支援发电机4的驱动。蓄电池5能够从镍·氢蓄电池、镍·铁蓄电池、镍·镉蓄电池、镍·锌蓄电池、铅蓄电池、锂离子二次电池等各种蓄电池中适当选择。

镍·氢蓄电池与其他种类相比，在充电状态（SOC：state of charge）中间区域中的SOC变化引起的电压变化小，由于在常温下工作而非常易于使用，由于使用水溶液系的电解液因此能够消除起火的隐患，并且为无铅、无汞及无镉而对环境友好，从这些方面来看是有利的。

又，优选的是镍·氢蓄电池中采用减小内部阻抗的结构。借助于此，可以改善冷却性能而抑制通过大电流的充放电引起的温度上升，可高效率及高速地进行充放电，并且改善循环耐久性即使重复进行高速充放电也可以长期使用。又，优选的是镍·氢蓄电池中采用不焊接电池材料和电极的非焊接结构。借助于此，可以改善循环性而容易进行组装及拆解。通过采用这样的结构，可以与镍·氢蓄电池的特性相结合并作为能够承受长期航海的蓄电池而适合利用。

主控制器6的输入侧除上述的第一压力传感器41、第二压力传感器42、第三压力传感器43及升程量传感器44以外，还与喷射开关45及辅助设备起动开关46连接。喷射开关45检测第一吹灰器16和/或第二吹灰器17是否在工作中、第一吹灰器16及第二吹灰器17是否在停止中。辅助设备起动开关46检测冷藏装置的压缩器等的间歇式辅助设备是否在起动中。主控制器6的输出侧与副控制器7连接。副控制器7按照来自于主控制器6的指令，实施蓄电池5的充放电控制、充电时来自于发电机4的交流电流的AC/DC变换控制、放电时来自于蓄电池5的放电直流的DC/AC变换控制、由DC/AC转换而产生的交流的频率控制、所产生的交流与发电机4所产生的交流的同步控制等。

图2是示出发动机负荷与通过废热产生的发电机4的可产生电力之间的关系的图表。横轴将发动机负荷以全负荷为100%的百分率来表示，纵轴将通过废热产生的发电机4的可产生电力以船内的总需求电力为100%的百分率来表示。线WT表示船内的总需求电力，线WC表示相对于总需求电力WT的连续电力的比例。这些划线与横轴平行。即，总需求电力WT及连续电力WC是不基于发动机负荷而决定的值。

连续电力WC是在船舶的通常航行中总是需要的电力。另一方面，在航行中，存在起动冷藏装置的压缩器时等的、暂时发生与连续电力WC不同的电力需求的情况。总需求电力WT是，像这样暂时且附加地将所需的电力WA增加到连续电力WC上的值。在本实施形态中，连续电力WC为总需求电力WT的约83%左右（WC≒WT×0.83，WA≒WT×0.17）。换言之，总需求电力WT为在连续电力WC上增加该连续电力WC的约20%的附加的电力WA的值（WA≒WC×0.20，WT≒WC×1.20）。线A、线B及线C分别示出内燃机室温为35摄氏度、25摄氏度及10摄氏度时的蒸汽涡轮3及发电机4的特性线图的一个示例。通过线A、线B及线C可知发动机负荷越高，内燃机室温越高，通过废热产生的可产生电力越大。

在现有的系统中，例如将D点作为蒸汽涡轮3及发电机4的设计点。即，以往的系统形成为在内燃机室温为25摄氏度且发动机负荷为全负荷附近的高负荷域（例如90%负荷）时，通过废热产生的可产生电力达到总需求电力WT的结构。于是，发动机负荷未到设计点（例如未到90%负荷）时，起动间歇式辅助设备时和实施吹灰作业时等，通过发电机4不能满足船内的电力需求，因此需要辅助锅炉24a的再加热和柴油发电机的工作等。相反地，发动机负荷为全负荷时，发电机4产生超过总需求电力WT的电力，并且此时的剩余电力未被有效利用而被舍弃。

相对于此，根据本实施形态的船舶用发电系统100如上所述具备与发电机4电气连接的蓄电池5。因此，在发动机负荷高、通过废热产生的发电机4的可产生电力充分满足船内的电力需求求时，通过由发电机4产生的剩余电力可以对蓄电池5充电。相反地，通过废热产生的发电机4的可产生电力不能满足船内的电力需求时，使蓄电池5放电而能够支援发电机4的驱动。借助于此，可以节约辅助锅炉24a的再加热和柴油发电机的工作等所需的石化燃料，从而可以谋求低成本化及节能化。

像这样，不仅可以通过由废热中得到的电能，还可以通过发电机4基于蓄积在蓄电池5中的电力所产生的电能满足船内的电力需求，因此可以使蒸汽涡轮3及发电机4的设计点与现有的相比降低。例如，如图2所示，可以将设计点从D点变更为E点。即，在内燃机室温及发动机负荷相同的条件下，可以变更系统设计以减小通过废热产生的发电机4的可产生电力。

此时，设计点的下降幅度可以相当于通过将蓄电池5放电并支援发电机4的驱动而能够产生的电力。此时，也可以使在发动机负荷位于从80%负荷至95%负荷的范围内并内燃机室温为20～40摄氏度时的废热产生的发电机4的可产生电力设定得大于连续电力WC且小于总需求电力WT。例如，如图2所示，优选的是在使设计点的下降幅度为总需求电力WT的10%、且发动机负荷位于全负荷附近的高负荷域（例如90%负荷）时的废热产生的可产生电力设定为超过连续电力WC的值。像这样设定时，不会偏向充电及放电的任意一方，可以平衡充电机会及放电机会。

像这样内燃机室温及发动机负荷为相同的条件下，试图使通过废热产生的发电机4的可产生电力与现有的相比下降时，可以尝试使排气经济器10小型化而减小来自于排气的热回收量，或者可以尝试蒸汽涡轮3的小型化。因此，可以谋求废热回收系统2及蒸汽涡轮3的小型化，并可以谋求整个船舶用发电系统100的小型化及低成本化。因此，从尺寸方面及成本方面考虑以往不能装载附加了废热回收系统的发电系统的那样的小型的船舶，变得可以装载这样的发电系统，从而可以广泛地推进船舶行业中的节能化。

以下，说明根据本实施形态的船舶用发电系统100中实施的充放电控制。图3同时示出以下图：通过废热产生的可产生电力与高压汽包24的内压（即，高压汽包24内的蒸汽的压力）的相关图、通过废热产生的可产生电力与调节阀36的升程量的相关图、通过废热产生的可产生电力与计划点的相关图以及充放电控制的概念图。另外，“计划点”是船内的电力需求与通过废热产生的发电机4的可产生电力相平衡的点。

如图3所示，高压汽包24的内压P为常用压力域时，认为发电机4产生用计划点表示的可产生电力。另外，常用压力是指在常用航海中不进行辅助锅炉的再加热下通过废热产生的可产生电力与船内的电力需求取得平衡的点上的压力。

另一方面，高压汽包24的内压P越高，通过废热产生的发电机4的可产生电力越高。因此，高压汽包24的内压P超过常用压力PN时，通过废热产生的发电机4的可产生电力相对于船内的电力需求产生剩余。相反地，高压汽包24的内压P低于常用压力PN时，通过废热产生的发电机4的可产生电力相对于船内的电力需求不足。

又，调节阀36的升程量L为规定值LN且内压P位于常用压力域时，认为发电机4产生用计划点表示的可产生电力。另一方面，升程量L越大，通过废热产生的发电机4的可产生电力越低。因此，升程量L低于规定值LN时，通过废热产生的发电机4的可产生电力相对于船内的电力需求产生剩余。相反地，升程量L超过规定值LN时，通过废热产生的发电机4的可产生电力相对于船内的电力需求不足。

在这里，在现有的发电系统中，当内压P从常用压力域向低值侧偏离、或者调节阀的升程量超过规定值时，认为通过废热产生的发电机4的可产生电力不能满足船内的电力需求，从而自动地进行辅助锅炉的再加热和柴油发电机的起动等。

根据本实施形态的主控制器6在放电中由第一压力传感器41检测到的高压汽包24的内压P为作为常用压力域的高值侧极限值或该极限值附近的值的第一压力阈值P1以上时，首先向副控制器7下达指令以能够对蓄电池5充电。又，主控制器6在放电中由升程量传感器44检测到的调节阀36的升程量L小于与规定值LN相比低值的第一升程阈值L1时，向副控制器7下达指令以能够对蓄电池5充电。

又，主控制器6在充电中由第一压力传感器41检测到的高压汽包24的内压P小于作为常用压力域的低值侧极限值或该极限值附近的值的第二压力阈值P2时，向副控制器7下达指令以能够使蓄电池5放电。又，主控制器6在充电中由升程量传感器44检测到的调节阀36的升程量L为与规定值LN相比高值的第二升程量阈值L2以上时，向副控制器7下达指令以能够使蓄电池5放电。

像这样，从放电向充电转移时的阈值P1、L1和从充电向放电转移时的阈值P2、L2具有滞后作用。因此，在高压汽包24的内压P和调节阀36的升程量L被控制为位于计划点附近时，可以良好地抑制充电/放电的转移频繁发生。更详细地说，高压汽包24因其保有水的蓄热所以变化的时间常数是平缓的。因此，通过将高压汽包24的内压P作为检测要素并设定滞后作用，以此可以良好地抑制与时间常数相呼应地频繁地重复进行充放电的情况。

另外，也可以是在从充电转移至放电后，内压P低于与第二压力阈值P2相比低值的第三压力阈值P3或者升程量L为与第二升程阈值L2相比高值的第三升程阈值L3以上时，认为即使有蓄电池5的支援也不能满足船内的电力需求而执行辅助锅炉24a的再加热。又，也可以是在内压P低于与第三压力阈值P3相比低值的第四压力阈值P4或者升程量L为与第三升程阈值L3相比高值的第四升程阈值L4以上时，认为即使有蓄电池5及辅助锅炉24a的再加热的支援也不能满足船内的电力需求而驱动柴油发电机。像这样，在最优先进行蓄电池5的支援的基础上，保持辅助锅炉24a的再加热及柴油发电机的驱动的备用功能，以此可以提供在尽量抑制石化燃料的使用频率的基础上，即使在通过废热产生的可产生电力极其不足那样的情况下也可以满足船内的电力需求的发电系统。在保持这样的备用功能的情况下，优选的是在内压P超过第一压力阈值P1或者升程量L小于第一升程阈值L1时，判断是否满足规定的备用停止条件，并且执行辅助锅炉24a的自动灭火或柴油发电机的停止。另外，柴油发电机的停止也可以不依靠电子的控制，而通过手动执行。备用停止条件即可以是内压P为第一压力阈值P1以上或者升程量L小于第一升程阈值L1的条件，也可以是内压P为与第一压力阈值P1相比高值的第五压力阈值P5以上或者升程量L小于与第一升程阈值L1相比低值的第五升程阈值L5的条件。

图4是示出主控制器6所实施的充放电控制的步骤的流程图。主控制器6判断蓄电池是放电中还是充电中（步骤S1）。如果是放电中（S1：是），则判断是否有船内的电力需求的增加和吹灰作业的实施等（步骤S2）。另外，主控制器6可以基于来自于辅助设备起动检测单元45的输入判断船内的电力需求是否在增加。当通过辅助设备起动检测单元46检测到辅助设备的起动时，船内的电力需求超过连续电力，因此此时可以判断为船内的电力需求在增加。又，主控制器6可以基于来自于喷射开关45的输入判断吹灰作业是否在进行。如果有船内的电力需求的增加或吹灰作业的实施（S2：是），则主控制器6认为放电条件成立，并且向副控制器7下达指令以使蓄电池5放电（步骤S5）。借助于此，即使存在通过废热产生的发电机4的可产生电力不能满足船内的电力需求的担忧，也可以通过使蓄电池5持续放电以支援发电机4的驱动而提高发电机4的发电量。

如果在放电中没有船内的电力需求的增加及吹灰作业的实施（S2：否），则主控制器6判断调节阀36的升程量L是否小于第一升程阈值L1（步骤S3）。如果升程量L为第一升程阈值L1以上（S3：否），则主控制器6判断高压汽包24的内压P是否为第一压力阈值P1以上（步骤S4）。如果高压汽包24的内压P小于第一压力阈值P1（S4：否），则主控制器6认为放电条件成立，并且向副控制器7下达指令以使蓄电池5放电（步骤S5）。借助于此，即使因发动机负荷低等原因而存在通过废热产生的发电机4的可产生电力不能满足船内的电力需求的担忧，也可以通过使蓄电池5持续放电，以支援发电机4的驱动而提高发电机4的发电量。

如果在放电中升程量L小于第一升程阈值L1或者高压汽包24的内压P为第一压力阈值P1以上（S3：是或者S4：是），则主控制器6认为充电条件成立，并且向副控制器7下达指令以使蓄电池5充电（步骤S6）。借助于此，在没有间歇式辅助设备的起动等而船内的电力需求在连续电力WC附近、或者未实施吹灰作业而通过废热回收产生的蒸汽可充分地用于蒸汽涡轮3的驱动、或者因发动机负荷及内燃机室温高等的原因而通过废热产生的发电机4的可产生电力超过船内的电力需求那样的情况下，可以用该剩余电力使蓄电池5充电，从而可以有效利用剩余电力。

如果蓄电池5为充电中（S1：否），则与上述相同地判断是否有船内的电力需求的增加或吹灰作业的实施（步骤S22）。如果有船内的电力需求的增加或吹灰作业的实施（S22：是），则主控制器6认为放电条件成立，并且向副控制器7下达指令以使蓄电池5放电（步骤S26）。

如果在充电中没有船内的电力需求的增加及吹灰作业的实施（S22：否），则主控制器6判断升程量L是否为第二升程阈值L2以上（步骤S23）。如果升程量L小于第二升程阈值L2（S23：否），则主控制器6判断高压汽包24的内压P是否小于第二压力阈值P2（步骤S24）。如果高压汽包24的内压P为第二压力阈值P2以上（S24：否），则主控制器6认为充电条件成立，并且向副控制器7下达指令以使蓄电池5充电（步骤S25）。

如果在放电中升程量L为第二升程阈值L2以上或者高压汽包24的内压P小于第二压力阈值P2（S23：是或者S24：是），则主控制器6认为放电条件成立，并且向副控制器7下达指令以使蓄电池5放电（步骤S26）。

借助于此，在充电中，也同样地在存在通过废热产生的发电机4的可产生电力不能满足船内的电力需求的担忧时，通过蓄电池5的放电支援发电机4的驱动而能够提高发电机4的发电量。又，在通过废热产生的发电机4的可产生电力超过船内的电力需求的情况下，可以用该剩余电力使蓄电池5持续充电，从而可以有效利用剩余电力。

由上述说明，对本领域技术人员而言，本发明的较多的改良和其他实施形态等是清楚的。因此，上述说明应仅作为例示解释，并且是以向本领域技术人员教导实施本发明的最优选的形态为目的提供的。在不脱离本发明的精神的范围内，可以实质上变更其结构和/或功能的具体内容。例如，在充电条件及放电条件中，也可以与第一压力传感器同样地考虑第二压力传感器及第三压力传感器的检测结果。

工业应用性：

本发明发挥可以提供尽量控制石化燃料的使用的同时能够满足变化性的船内的电力需求，能够抑制废热回收系统的大型化，且从发电机可能产生剩余电力时能够有效利用该电力的船舶用发电系统的作用效果，并且不仅在一直以来装载了附加废热回收系统的船舶用发电系统的船舶中适用，而且从尺寸方面及成本方面考虑在以往不能装载那样的系统的小型船舶中也可以广泛地适用。

符号说明：

100      船舶用发电系统；

1        船舶用柴油发动机；

2        废热回收系统；

3        蒸汽涡轮；

4        发电机；

5        蓄电池；

6        主控制器；

7        副控制器；

10       排气经济器；

16、17   吹灰器；

24       高压汽包；

25       中压汽包；

26       低压汽包；

28       蒸汽系统；

30       中压混气系统；

33       低压混气系统；

36       调节阀；

37、38   入口阀；

41       第一压力传感器；

42       第二压力传感器；

43       第三压力传感器；

44       升程量传感器；

45       喷射开关；

46       辅助设备起动开关；

P1       第一压力阈值；

P2       第二压力阈值；

L1       第一升程阈值；

L2       第二升程阈值。  

Claims (6)

1.一种船舶用发电系统，具备：

回收主机的废热而产生蒸汽的废热回收系统；

通过由所述废热回收系统产生的蒸汽被驱动的蒸汽涡轮；

基于所述蒸汽涡轮的输出被驱动并发电的发电机；和

与所述发电机电气连接的蓄电池；

所述发电机形成为通过所述主机的负荷位于高负荷域时的废热产生的可产生电力大于船内连续性地需要的连续电力、且小于在该连续电力上增加暂时性地且附加性地需要的电力的总需求电力的结构；

所述蓄电池形成为在通过废热产生的所述发电机的可产生电力超过船内的电力需求时，通过由所述发电机产生的剩余电力被充电，在通过废热产生的所述发电机的可产生电力低于船内的电力需求时被放电而支援所述发电机的驱动的结构。

2.根据权利要求1所述的船舶用发电系统，其特征在于，

具备控制所述蓄电池的充放电的控制单元；

所述控制单元形成为以下结构：在通过废热产生的所述发电机的可产生电力超过船内的电力需求的规定的充电条件成立时，实施通过由所述发电机产生的剩余电力使所述蓄电池充电的控制，且在通过废热产生的所述发电机的可产生电力低于船内的电力需求的规定的放电条件成立时，实施使所述蓄电池放电而支援所述发电机的驱动的控制。

3.根据权利要求1所述的船舶用发电系统，其特征在于，

还具备检测船内的辅助设备的起动的辅助设备起动检测单元；

所述充电条件包含通过所述辅助设备起动检测单元未检测到所述辅助设备的起动的条件，所述放电条件包含通过所述辅助设备起动检测单元检测到所述辅助设备的起动的条件。

4.根据权利要求2所述的船舶用发电系统，其特征在于，还具备：

构成所述废热回收系统，并且流通着主机的排气的排气经济器；

向所述排气经济器内喷射所述废热回收系统中产生的蒸汽的鼓风机；和

检测所述鼓风机是否工作的喷射检测单元；

所述充电条件包含通过所述喷射检测单元检测到所述鼓风机为停止的条件，所述放电条件包含通过所述喷射检测单元检测到所述鼓风机为工作的条件。

5.根据权利要求2所述的船舶用发电系统，其特征在于，还具备：

向所述蒸汽涡轮的蒸汽入口输送蒸汽的蒸汽系统；

在所述蒸汽系统中设置为使升程量可变，通过改变该升程量调节输送至所述蒸汽入口的蒸汽的流量的调节阀；和

检测所述调节阀的升程量的升程量检测单元；

所述充电条件包含由所述升程量检测单元检测到的升程量小于第一升程阈值的条件，所述放电条件包含由所述升程量检测单元检测到的升程量为比所述第一升程阈值大的第二升程阈值以上的条件。

6.根据权利要求2所述的船舶用发电系统，其特征在于，还具备：

构成所述废热回收系统，并且将产生的蒸汽积聚的汽水分离器；和

检测所述汽水分离器的内压的压力检测单元；

所述充电条件包含由所述压力检测单元检测到的内压为第一压力阈值以上的条件，所述放电条件包含由所述压力检测单元检测到的内压小于比所述第一压力阈值小的第二压力阈值的条件。

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