JP2006002769A - エンジン設備 - Google Patents

Abstract

【課題】動力を供給する主エンジン（２）と、電力を供給する補助エンジン（３）とを備え、少なくとも主エンジン（２）に排気駆動式過給機（６）が付設され、該過給機（６）が、主エンジン（２）の排気ガス流（８）に含まれるエネルギをタービン（７）において排気駆動式過給機（６）の圧縮機（９）を駆動するための機械エネルギに変換して、圧縮機（９）に供給された生空気質量流を圧縮し、増大された過給圧力で主エンジン（２）に供給するエンジン設備の熱効率を改善する。
【解決手段】主エンジン（２）と補助エンジン（３）を、主エンジン（２）に付設した排気駆動式過給機（６）によって圧縮した生空気質量流の一部を必要な場合に補助エンジン（３）に供給するように連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の前文に記載のエンジン設備、特に船舶用エンジン設備に関する。

ディーゼルエンジン設備として構成された船舶用エンジン設備は、一般に、特に２サイクルディーゼルエンジンとして形成された少なくとも１台の主エンジンと、特に４サイクルディーゼルエンジンとして形成された少なくとも１台の補助エンジンとを利用し、主エンジンは船舶の推進用動力、そして補助エンジンは船舶の電気系統用電力を供給すべく使われる。従来、かかるエンジン設備の少なくとも主エンジンに排気駆動式過給機が付設され、該過給機は、主エンジンの排気ガス流に含まれるエネルギをタービン内で排気駆動式過給機の圧縮機を駆動するための機械エネルギに変換し、圧縮機に供給された生空気質量流を圧縮し、大きな過給圧力で主エンジンに供給する。

過給技術の開発進展により、益々高い過給効率が得られている。周辺条件が変わらないなら、エンジンを通る空気質量流量と排気ガス質量流量は、排気駆動式過給機の効率に比例して増大する。２サイクルディーゼルエンジンとして形成した主エンジンの場合、特に主エンジンの追加的な空気質量流や排気ガス質量流では、エンジン設備の熱効率の改善は達成されない。従来、余剰の排気ガス質量流は、所謂タービン複合エンジン設備において機械或いは電気エネルギを供給するタービンを駆動するために利用されている。

かかるタービン複合エンジン設備により、エンジン設備全体の熱効率は向上するが、この種タービン複合エンジン設備は、高い建設費、高い設備費、厳しい点検要求、作業員の厳しい訓練並びに複雑な制御装置が必要と言う欠点がある。

本発明の課題は、上述の問題を解消した新たなエンジン設備、特に新たな船舶用エンジン設備を提供することにある。

この課題は請求項１に記載のエンジン設備、特に船舶用エンジン設備で解決される。本発明に基づき、主エンジンと補助エンジンが、主エンジンに付設された排気駆動式過給機で圧縮された生空気質量流の一部を所要時に補助エンジンに供給すべく連結される。

ここで本発明の意味は、主エンジンと補助エンジンとの熱力学的連結を形成することにある。主エンジンに付属する排気駆動式過給機で圧縮した余剰空気を、バイパス空気質量流の形で導き、該質量流を、熱力学的効率を高めかつ有害物質の放出量を減少すべく補助エンジンで利用する。本発明により、エンジン全体のエネルギバランスが向上し、熱効率が高まる。本発明により、上述の欠点を持つタービン複合エンジン設備も不要になる。

本発明の有利な実施態様を従属請求項および以下の実施例に示す。以下本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

以下、図１〜図３を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は本発明によるエンジン設備１、即ち船舶用エンジン設備の第１実施例を示す。この設備１は主エンジン２と補助エンジン３を備える。主エンジン２は２サイクルディーゼルエンジンとして形成され、船舶の推進用動力を供給するスクリュープロペラ４を駆動する。補助エンジン３は４サイクルディーゼルエンジンとして形成され、船舶の電気系統の運転に必要な電気エネルギを供給するための発電機５を駆動する。

図１の実施例では、エンジン設備１の主エンジン２に排気駆動式過給機６を付設している。該過給機６はタービン７を利用している。主エンジン２の排気ガス流８が排気駆動式過給機６のタービン７内で膨張し、その際排気ガス流８に含まれるエネルギが、排気駆動式過給機６の圧縮機９を駆動する機械エネルギに変換される。タービン７内で膨張した排気ガス流は、煙突として形成した排気ガス排出管１１を矢印１０の方向に導かれる。

排気駆動式過給機６のタービン７において排気ガス流８で発生された機械エネルギは、排気駆動式過給機６の圧縮機９において生空気質量流１２を圧縮するために利用される。圧縮された生空気質量流１２は、大きな過給圧力で矢印１３の方向に主エンジン２に供給される。図１において、排気駆動式過給機６の圧縮機９と主エンジン２との間に、過給空気冷却器（インタクーラ）１４が接続されている。

ここで本発明の特徴は、図１のエンジン設備１の主エンジン２と補助エンジン３が熱力学的に連結され、詳しくは、主エンジン２に付設された排気駆動式過給機６で圧縮された生空気質量流の一部が、必要に応じ補助エンジン３にその熱効率を高めるべく供給されることにある。このため図１の実施例では、主エンジン２に付設された排気駆動式過給機６の圧縮機９と主エンジン２との間に分岐点１５を設けている。該分岐点１５は、過給空気冷却器１４の下流側で主エンジン２のシリンダ上流に配置され、主エンジン２に付設された排気駆動式過給機６で圧縮された生空気質量流の一部を補助エンジン３に供給する。この結果、矢印１６の方向にバイパス空気質量流が発生する。

図１に示す如く、分岐点１５と補助エンジン３との間に切換弁１７が接続されている。該切換弁１７の閉鎖時には、分岐点１５でバイパス空気質量流が補助エンジン３に向けて分岐されない。切換弁１７の閉鎖中、排気駆動式過給機６で圧縮された空気全部が主エンジン２に供給される。特に補助エンジン３が運転されず、主エンジン２が部分負荷運転されるエンジン設備１の運転状態では、切換弁１７は完全に閉じられる。これに対し主エンジン２が全負荷運転され、補助エンジン３が運転されないとき、切換弁１７が開位置に切り換えられ、分岐点１５で矢印１６の方向に分岐されたバイパス空気質量流が、排気ガス排出管１１に直接矢印１８の方向に導かれる。また補助エンジン３も運転される際、即ち主エンジン２と補助エンジン３との連結運転時、切換弁１７は開位置に切り換えられ、分岐点１５で矢印１６の方向に分岐されたバイパス空気質量流が、補助エンジン３に向けて矢印１９の方向に導かれる。図１の実施例では、切換弁１７と補助エンジン３との間に補助エンジン３に対する過給空気冷却器２０も組み入れている。補助エンジン３で発生した排気ガス流２１は排気ガス排出管１１に直接導かれる。主エンジン２と補助エンジン３の連結運転中、主エンジン２のシリンダ上流の圧力は、補助エンジン３のシリンダ上流の圧力に略相当し、補助エンジン３のシリンダ下流の圧力は略大気圧に相当する。

図１の実施例では、補助エンジン３の必要燃焼空気量は、矢印１６の方向に分岐された主エンジン２のバイパス空気質量流で完全に賄われる。補助エンジン３に固有の排気駆動式過給機は付設していない。図１の実施例で、エンジン設備１全体の効率を改善できる。補助エンジン３に付設する排気駆動式過給機を省略したことで、建設費と点検費を低減できる。図１の実施例で、補助エンジン３に付設した過給空気冷却器２０を省くこともできる。かくして建設費と点検費を一層低減できる。図１の配置構造で、従来技術に比べ補助エンジン３の燃料消費量を少なくとも約１０％減らせる。

図２は本発明に基づくエンジン設備２２の第２実施例を示す。この設備２２も、図１の実施例と同様に主エンジンと補助エンジンを備える。不要な重複説明を避けるべく、同一部分には同一符号を付している。以下、図２の実施例の、図１の実施例と異なる細部についてだけ説明する。第１実施例との共通部については先の説明を参照されたい。

図２の実施例では、補助エンジン３に固有の排気駆動式過給機２３を設けている。図２では、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２３の圧縮機２４を、切換弁１７と補助エンジン３の過給空気冷却器２０との間に接続している。その結果所要時に分岐点１５で矢印１６の方向に分岐した主エンジン２のバイパス空気質量流を、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２３の圧縮機２４に供給して再度圧縮する。この結果、過給空気の再冷却式二段圧縮が行われる。これに応じ、図２のエンジン設備２２で、単段過給方式のレベルより高い二段圧縮比が得られる。単段タービンの結果として掃気圧力が大きく低下し、この低下は有効な給気交代作業の形で効率を高めるべく利用できる。図２の配置構造で、従来技術に比べ補助エンジン３の燃料消費量を少なくとも約２０％減少できる。

図２の実施例では、補助エンジン３の排気ガス流２１を、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２３のタービン２５に供給し、該過給機２３で補助エンジン３の排気ガス流２１を膨張させ、ガス流２１に含まれるエネルギを、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２３の圧縮機２４を駆動する機械エネルギに変換する。タービン２５内で膨張した補助エンジン３の排気ガス流２１は、排気ガス排出管１１に矢印２６の方向に導く。なお図２の実施例では、補助エンジンに対する生空気質量流を二段圧縮するが、補助エンジン３の排気ガス流と主エンジン２の排気ガス流との膨張は単段で実施している。

図３は、本発明によるエンジン設備２７の他の実施例を示す。この設備２７も同様に主エンジンと補助エンジンを用い、両エンジンを熱力学的に連結している。不要な重複説明を避けるべく、同一部分には同一符号を付している。以下、図３の実施例の、図１の実施例と異なる細部のみを説明する。共通部については上述の説明を参照されたい。

図３の実施例では、補助エンジン３に固有の排気駆動式過給機２８を付設し、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２８の圧縮機２９と補助エンジン３の過給空気冷却器２０との間に切換弁１７を接続している。補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２８は、主エンジン２に付設した排気駆動式過給機６と無関係に生空気質量流３０を吸い込み圧縮する。図３から解る如く、補助エンジン３とこれに付設した排気駆動式過給機２８のタービン３２との間に、もう１つの切換弁３１を接続している。該切換弁３１の開き位置に応じ、補助エンジン３の排気ガス質量流２１が、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２８のタービン３２に矢印３３の方向又は排気ガス排出管１１に矢印３４の方向に流れる。補助エンジン３の排気ガス流２１を膨張させるべくタービン３２に導く際、排気ガス流２１内に含まれるエネルギを、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２８の圧縮機２９を駆動するための機械エネルギに変換し、膨張した排気ガス流を矢印３５の方向に排気ガス排出管１１に流す。図３から解る如く、分岐点１５と切換弁１７との間に切換弁３６付きのもう１つの分岐点を設けている。切換弁３６の開き位置に応じ、分岐点１５で分岐されたバイパス空気質量流は排気ガス排出管１１に直接導かれる。

それに応じて図３の実施例では、主エンジン２と補助エンジン３に各々固有の排気駆動式過給機６、２８を付設している。両エンジンの切り離し運転時、切換弁１７を閉じ、切換弁３６を開き、もって、場合によっては、主エンジン２に付設した排気駆動式過給機６で発生した余剰の空気質量流を、切換弁３６を経て排気ガス排出管１１に直接導く。両エンジンの連結運転時、切換弁１７を開き、主エンジン２に付設した排気駆動式過給機６で発生した余剰の空気質量流を、補助エンジン３で利用する。このバイパス空気質量流が補助エンジン３に十分な過給空気圧力を供給可能なら、本発明に従い、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２８を遮断する。この際、切換弁３１を経て補助エンジン３の排気ガス流２１を、矢印３４の方向に排気ガス排出管１１に直接導く。図３の実施例では、補助エンジン３に付設した排気駆動式過給機２８が遮断可能なので、該過給機２８の運転時間と負荷を減少させ、もって保守点検費も減少させ得る。主エンジン２と補助エンジン３の連結運転時、主エンジン２のシリンダ上流の圧力は補助エンジン３のシリンダ上流の圧力に略相当し、補助エンジン３のシリンダ下流の圧力は大気圧に略相当する。

図１〜図３の全実施例は、エンジン設備１、２２、２７の主エンジン２と補助エンジン３を熱力学的に連結した点で共通している。主エンジン２に付設した排気駆動式過給機６で圧縮した空気質量流の一部を、熱効率を高めるべく補助エンジン３に導く。その際、補助エンジン３に付設する排気駆動式過給機を省略できる。また補助エンジン３に固有の排気駆動式過給機も配置できる。図１と３の実施例で、補助エンジン３の燃料消費量は少なくとも約１０％、図２の実施例で少なくとも約２０％減少する。

本発明に基づくエンジン設備の第１実施例のブロック図。 本発明に基づくエンジン設備の第２実施例のブロック図。 本発明に基づくエンジン設備の第３実施例のブロック図。

符号の説明

１、２２、２７ エンジン設備、２ 主エンジン、３ 補助エンジン、４ スクリュープロペラ、５ 発電機、６、２３、２８ 排気駆動式過給機、７、２５、３２ タービン、８、２１ 排気ガス流、９、２４、２９ 圧縮機、１１ 排気ガス排出管、１２、３０ 生空気質量流、１４、２０ 過給空気冷却器、１５ 分岐点、１７、３１、３６ 切換弁

Claims (10)

1. 動力を供給するための主エンジン（２）と、電力を供給するための補助エンジン（３）とを備え、少なくとも主エンジン（２）に排気駆動式過給機（６）が付設され、該過給機（６）が、主エンジン（２）の排気ガス流（８）に含まれるエネルギをタービン（７）において排気駆動式過給機（６）の圧縮機（９）を駆動するための機械エネルギに変換し、圧縮機（９）に供給された生空気質量流を圧縮し、増大した過給圧力で主エンジン（２）に供給するエンジン設備において、
   主エンジン（２）および補助エンジン（３）が、主エンジン（２）に付設された排気駆動式過給機（６）により圧縮された生空気質量流の一部を、所要時補助エンジン（３）に供給するように連結されたことを特徴とするエンジン設備。
2. 主エンジン（２）に付設された排気駆動式過給機（６）の圧縮機（９）と主エンジン（２）との間に過給空気冷却器（１４）が挿入され、該冷却器（１４）と主エンジン（２）との間に分岐点（１５）が設けられ、主エンジン（２）に付設された排気駆動式過給機（６）によって圧縮された生空気質量流の一部が前記分岐点（１５）を介して補助エンジン（３）に導かれることを特徴とする請求項１記載のエンジン設備。
3. 分岐点（１５）と補助エンジン（３）との間に少なくとも１つの切換弁（１７）が接続されたことを特徴とする請求項２記載のエンジン設備。
4. 切換弁（１７）と補助エンジン（３）との間に補助エンジン（３）に付設された過給空気冷却器（２０）が接続されたことを特徴とする請求項３記載のエンジン設備。
5. 切換弁（１７）と補助エンジン（３）との間に補助エンジン（３）に付設された排気駆動式過給機（２３）が接続されたことを特徴とする請求項３又は４記載のエンジン設備。
6. 補助エンジン（３）に付設された排気駆動式過給機（２３）が、補助エンジン（３）の排気ガス流に含まれるエネルギをタービン（２５）において排気駆動式過給機（２３）の圧縮機（２４）を駆動するための機械エネルギに変換することを特徴とする請求項５記載のエンジン設備。
7. 補助エンジン（３）に付設された排気駆動式過給機（２３）の圧縮機（２４）と補助エンジン（３）との間に過給空気冷却器（２０）が接続されたことを特徴とする請求項５又は６記載のエンジン設備。
8. 補助エンジン（３）に付設された排気駆動式過給機（２８）の圧縮機（２９）と補助エンジン（３）との間に切換弁（１７）が接続されたことを特徴とする請求項３又は４記載のエンジン設備。
9. 主エンジン（２）に付設された排気駆動式過給機（６）で圧縮され、所要時に分岐される生空気質量流の一部が補助エンジン（３）に対し十分な過給圧力を有している場合、補助エンジン（３）に付設された排気駆動式過給機（２８）が遮断されることを特徴とする請求項８記載のエンジン設備。
10. 補助エンジン（３）に付設された排気駆動式過給機（２８）の圧縮機（２９）と補助エンジン（３）との間にもう１つの切換弁（３１）が接続されたことを特徴とする請求項８又は９記載のエンジン設備。

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