JP2006103561A

JP2006103561A - 船舶の造水装置、排気ガス熱温水変換装置及び造水方法。

Info

Publication number: JP2006103561A
Application number: JP2004294378A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Araki; 和敏荒木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関を有する小型高速艇等の船舶において、造水に必要な温水を簡単に得ることのできる造水システムを提供することを課題とする。
【解決手段】そのために、本発明の船舶の造水装置は、内燃機関が搭載された船舶の造水装置において、前記内燃機関の排気ガスを前記船舶の船尾部から排気する排気ガス管と、該排気ガス管の途中に設けられ内部に清水流路が形成された排気ガス熱温水変換装置と、前記船舶に搭載された蒸発式造水装置と、前記排気ガス熱温水変換装置と前記蒸発式造水装置とを接続する清水供給管及び高温清水取出管と、前記清水供給管に介装された清水循環ポンプとを備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス熱を利用した小型の船舶の造水装置、造水装置に使用される排気ガス熱温水変換装置及び造水方法に関する。

従来、小型船舶の造水装置としては、推進用のエンジンがガスタービンの場合、逆浸透膜方式の造水装置が提案されている（例えば、特許文献１。）。
また、他の従来の例として、圧縮機、燃焼器、およびタービンを有し、舶用推進機を駆動するガスタービンと、ガスタービンの排気ガスから熱回収して蒸気を生成する第１蒸気生成器と、排気ガスから熱回収して原水を加熱する原水加熱器と、加熱された原水から純水を得る純水製造装置と、純水製造装置で得られた純水の一部を飲料水として取り出す飲料水供給手段と、純水の他の一部を第１蒸気生成器に供給する純水供給手段と、第１蒸気生成器で得られる蒸気を燃焼器に供給する蒸気供給手段とを備えることにより、舶用ガスタービンシステムにおいて、ガスタービンの排気ガスから熱回収して蒸気を生成し、燃焼器に供給することによりガスタービンシステムの出力、および効率の向上を図り、更に、排気ガスから熱回収して純水を造ることにより、ガスタービンシステムおよび飲料水に供される純水を確保するようにした純水製造装置を備えた舶用ガスタービンシステムが提案されている（例えば、特許文献２。）。

更に、大型船舶においては、ジャケット冷却水の循環経路中に、第１のプレート型熱交換器と第２のプレート型熱交換器とを直列に設けて、ジャケット冷却水を、第１のプレート型熱交換器において管路からの冷却用海水にて冷却する一方、管路からの造水用海水を第２のプレート型熱交換器において加熱したのち、減圧に維持した蒸発缶１に導入して沸騰・蒸発させる、船舶に搭載した内燃機関を冷却するためのジャケット冷却水を熱源として海水から淡水を製造する装置において、内燃機関の冷却を阻害しないようにするとともに、スケールの発生を低減し、且つ、小型・軽量化を図るようにした舶用内燃機関に対するジャケット冷却水を熱源としたプレート型造水装置が提案されている（例えば、特許文献３。）。

上述の推進用の主機がガスタービンの場合、小型船舶においても、ガスタービンからの排気ガスが高温のため、充分に造水装置の熱源を確保することが可能と考えられるが、推進用の主機がディーゼルエンジン等の内燃機関の場合、内燃機関の排熱源の利用が効率よく行えないため、逆浸透膜方式の造水装置を用いざるを得ない。この場合、メインテナンスに時間を要し、定期的に交換する樹脂膜が高価である等の問題点がある。

また、推進用の主機としてディーゼルエンジン等の内燃機関を有する大型船舶においては、充分な容量の清水タンク及び、大容量の造水装置を備えており、且つ、航行時においては、殆ど巡航速度（主機の定格の８０〜９０％）で航行しており、ジャケット冷却水を利用することにより、充分に造水装置の熱源を確保することが可能となっている。しかしながら、推進用の主機としてディーゼルエンジン等の内燃機関を有する小型高速艇等の船舶においては、航行速度は色々変化しており主機の持続的な高負荷条件が得られないため、排熱利用の造水装置では効率の良い造水が行えないという問題がある。

その他、推進用の主機としてディーゼルエンジンを有する船舶において、ディーゼル機関からの冷却流体を利用するものも提案されている（例えば、特許文献４、特許文献５。）。しかしながら、ディーゼルエンジンを有する小型高速艇等の船舶において、ディーゼル機関の冷却流体を利用する場合、高負荷にならないと利用可能な高温の冷却流体とならず、また高負荷運転時間も短く、仮に持続的な高負荷運転を行った場合、多量に燃料を消費するため度々寄航して燃料を補給しなければならなくなる等、色々な制限が実際には存在するという問題がある。

特開２００１−２７６８２２公報特開２００３−３１２５８８公報特開２００３−２４５６５６公報実公平３−４４６３９号公報特開平９−２９９９２７号公報

本発明は、上記問題点を解決するために提案されたものであって、ディーゼルエンジン等の内燃機関を有する小型高速艇等の船舶において、造水に必要な温水を簡単に得ることのできる船舶の造水装置、排気ガス熱温水変換装置及び造水方法を提供することを目的とする。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもので、特許請求の範囲に記載された各発明は、小型船舶、特に推進機関としてディーゼルエンジン等の内燃機関を搭載した船舶の造水装置、排気ガス熱温水変換装置或いは造水方法として、それぞれ以下の（１）〜（５）に述べる各手段を採用したものである。

（１）第１の手段の船舶の造水装置は、内燃機関が搭載された船舶の造水装置において、前記内燃機関の排気ガスを前記船舶の船尾部から排気する排気ガス管と、該排気ガス管の途中に設けられ内部に清水流路が形成された排気ガス熱温水変換装置と、前記船舶に搭載された蒸発式造水装置と、前記排気ガス熱温水変換装置と前記蒸発式造水装置とを接続する清水供給管及び高温清水取出管と、前記清水供給管に介装された清水循環ポンプとを備えたことを特徴とする。

（２）第２の手段は、第１の手段の船舶の造水装置において、前記排気ガス熱温水変換装置は、前記排気ガス管の外周に配設された外筒と、該外筒の前後に取り付けられた側板と、前記清水流路に取り付けられた複数枚の清水流路内フィンとを備えたことを特徴とする。

（３）第３の手段は、第１又は２の手段の船舶の造水装置において、前記排気ガス管内に取り付けられた複数枚の排気ガス流路内フィンを備えたことを特徴とする。

（４）第４の手段の排気ガス熱温水変換装置は、排気ガス管と、該排気ガス管の外周に配設された外筒と、該外筒の両端部と前記排気ガス管との間に各々液密に取り付けられた側板と、前記排気ガス管と前記外筒と前記側板とにより形成された清水流路と、該清水流路内において前記排気ガス管の外周面に取り付けられた複数枚の清水流路内フィンと、前記排気ガス管内に取り付けられた複数枚の排気ガス流路内フィンと、前記外筒の両端部あるいは前記側板に接続された清水供給管及び清水取出管とを備えたことを特徴とする。

（５）第５の手段の船舶の造水方法は、内燃機関が搭載された船舶において、排気ガスに隣接された清水流路内の清水を前記内燃機関の排気ガスにより加熱し、該加熱された清水により海水を蒸発させ冷却して造水することを特徴とする。

特許請求の範囲に記載の各請求項に係る発明は、上記の（１）〜（５）に記載の各手段を採用しているので、内燃機関の負荷量に影響されることなく、効率的に清水を造水することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置につき、図１、２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置の全体構成図、図２は、図１の造水装置の系統図である。

図１、２に図示のように、高速艇１５等の小型船舶において、船内にディーゼルエンジン等の内燃機関であるのエンジン１が搭載されている。このエンジン１により、図示略の推進プロペラ或いは推進ジェットポンプ等が駆動されて、高速艇１５は推進する。

エンジン１には、その排気ガスを排気する排気ガス管２が接続されている。排気ガス管２は、エンジン１から高速艇１５の船尾に向って水平に配設されている。ここでいう水平とは、概ね水平を意味するものであり、高速艇１５の種類によっては、１０〜２０°前後傾斜しているものも含まれる。なお、通常、排気ガス管２は、船尾に向って下方に傾けて配設されている。また、航行時においては、高速艇１５は船首が持ち上がった状態となるので、排気ガス管２は船尾側に向って斜め下方に傾くようになる。

そして、排気ガス管２の途中には、排気ガス管２に隣接した排気ガス熱温水変換装置２０が設けられている。この排気ガス熱温水変換装置２０のエンジン１側（排気ガスの流れの上流側、即ち船首側）には高温清水取出管５が接続され、反対側（排気ガスの流れの下流側、即ち船尾側）には清水供給管４が接続されている。また、高速艇１５内には、熱交換器１０及び凝縮器１１を有する蒸発式造水装置８も搭載されている。

この排気ガス熱温水変換装置２０と蒸発式造水装置８内の熱交換器１０とは、清水供給管４及び高温清水取出管５により接続されている。更に、清水供給管４の途中には、清水循環ポンプ１２が介装されており、排気ガス熱温水変換装置２０、清水供給管４、高温清水取出管５及び蒸発式造水装置８の熱交換器１０内の清水を循環するようになっている。

この時、排気ガス管２は、エンジン１の負荷量（出力）とは無関係に常に約４００℃に熱せられている。そして、高温清水取出管５から排出される清水は、約８０℃に熱せられる。

蒸発式造水装置８内の凝縮器１１には、海水導入管６及び海水排出管７が接続されている。更に、蒸発式造水装置８には、生成された蒸留水を取り出す清水取出管１３も接続されている。

この蒸発式造水装置８には、図示略の真空発生装置も接続されている。そして、真空発生装置により約８０℃で海水が蒸発する圧力に減圧された蒸発式造水装置８内において、例えば海水排出管７から分岐して供給された海水は、熱交換器１０に向って噴霧される。この際、清水循環ポンプ１２により、約８０℃の温水が高温清水取出管５内を流れて加熱媒体として蒸発式造水装置８の熱交換器１０へ送られ、海水は減圧下のもとで蒸発させられる。その水蒸気は凝縮器１１にて冷却され蒸留水（清水）となる。生成された蒸留水は、凝縮器１１の下方に配設された図示略の受け皿により収集されて清水取出管１３より取り出される。

なお、この蒸発式造水装置８は、熱交換器１０を有する部分と凝縮器１１を有する部分が一体型のものでも、分離型のものでも良い。

本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置は、上述のごとく構成されており、内燃機関の負荷量に影響されることなく、効率的に清水を造水することができる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置の排気ガス熱温水変換装置の詳細構造につき、図３、図４を参照して説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の詳細鳥瞰図、図４は、図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

図３、図４に図示のように、排気ガス管２の途中には、排気ガス管２に隣接した排気ガス熱温水変換装置２０が設けられている。即ち、排気ガス管２の外周に同心状の外筒２１が配設され、外筒２１の上流端部及び下流端部と排気ガス管２の外周面との間には、各々リング状の側板２３が液密に取り付けられている。このようにして、排気ガス管２、外筒２１及び側板２３により、清水流路３０が形成されている。
なお、外筒２１は、必ずしも排気ガス管２と同心状に配設する必要はなく、偏心して配設しても良い。

外筒２１の船尾端部（排気ガス９の下流側）には、清水供給管４が接続され、船首端部（排気ガス９の上流側）には、高温清水取出管５が接続されている。なお、この清水供給管４及び高温清水取出管５は、必ずしも外筒２１の両端部に接続する必要はなく、各々の側板２３、２３に接続するようにしても良い。また、図４においては、清水供給管４と高温清水取出管５とは、排気ガス管２から斜め下方に向って、周方向に少しずらして連結されているが、同一方向でも良く、さらには、図４に点線で図示のように周方向に９０°或いは１８０°ずらしにて連結するようにしても良い。

この清水流路３０内において、多数枚、或いは複数枚のフィン状の清水流路内フィン２４が、排気ガス管２の外周面に固定されている。更に、排気ガス９が流れる排気ガス管２内においても、複数枚、或いは多数枚の排気ガス流路内フィン２５が、排気ガス管２の内周面に固定されている。これらの清水流路内フィン２４及び排気ガス流路内フィン２５により、清水流路３０内の清水は、より効率的に高温の排気ガス９から熱を吸収して、加熱される。

なお、清水流路内フィン２４及び排気ガス流路内フィン２５は、排気ガス管２の長手方向に対し直角方向に平らになるように固定されているが、所定の角度を持って固定し、清水流路３０内を流れる清水及び排気ガス管２内を流れる排気ガス９が、旋回しつつ流れるようにしても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の排気ガス熱温水変換装置２０は上述のごとく構成されており、図１、図２に図示の清水循環ポンプ１２により搬送された清水は、清水供給管４から排気ガス９に隣接した清水流路３０内に流れ込み、排気ガス９の熱を吸収して約８０℃に加熱される。そして、加熱された清水（温水）は、高温清水取出管５から流出して、図１、２に図示の蒸発式造水装置８の熱交換器１０に搬送される。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス熱を利用した造水システムによれば、エンジン１の排気ガス熱を有効利用し、エンジン１の負荷に大きく左右されず温水を生成できる。そして、この温水熱媒体により、造水が可能になる。また、排気ガス管２内の排気ガス流路内フィン２５は、熱伝達を効果的にできる他に排気ガス音の消音効果もある。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の詳細構造につき、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の縦断面図である。本発明の第２の実施の形態においても、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置と同様に、清水供給管４、高温清水取出管５、蒸発式造水装置８、清水循環ポンプ１２等を備えている。

図５に図示のものは、排気ガス管２の途中を切断しフランジを取り付けると共に、排気ガス熱温水変換装置２０ａの前後端にもフランジ２６を取り付けて、ボルトナット２８により、排気ガス熱温水変換装置２０ａを簡単に取り付け取り外しができるようにしている。外筒２１、側板２３、清水流路内フィン２４、排気ガス流路内フィン２５等の構造は、図３、図４に図示のものと同じである。

なお、排気ガス管２は、通常船尾に向って下方に傾けて配設されているが、高速艇１５の航行時においては、船首側が上方に持ち上がるので、排気ガス管２も排気ガス９の上流側（図５において左側、即ち船首側）がさらに高くなる。この場合、清水供給管４を、外筒２１の船尾側の下端に取り付け、高温清水取出管５を船首側の上端に取り付けることにより、加熱された清水は、清水流路３０内を上昇するように船首側に向って流れるので、少しでも清水循環ポンプ１２の容量を小さくすることが可能となる。

上述の構成により、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置と同様の作用効果を奏すると共に、排気ガス熱温水変換装置２０ａを取り外して、排気ガス管２内の洗浄等のメインテナンスを簡単に行うことが可能となる。

本発明の第３の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の詳細構造につき、図６、図７を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の縦断面図、図７は、図６の横断面図である。本発明の第３の実施の形態においても、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置と同様に、清水供給管４、高温清水取出管５、蒸発式造水装置８、清水循環ポンプ１２等を備えている。図６、図７に図示のものは、排気ガス熱温水変換装置を二つ割れとしたものである。

図６、図７に図示のように、二つ割れ円筒状の部材からなる排気ガス熱温水変換装置２０ｂが、排気ガス管２の外周面に接するように取り付けられるようになっている。即ち、排気ガス熱温水変換装置２０ｂの左右の部材は、各々、排気ガス管２の長手方向に延在する２枚の二つ割れ用側板２７と、２枚の二つ割れ用側板２７間に各々取り付けられた径の小さい半円筒状の内筒２２と、径の大きい半円筒状の外筒２１ａと、二つ割れ用側板２７、内筒２２及び外筒２１ａの上流端及び下流端を各々閉じる半リング状の側板２３ａにより構成されている。なお、二つ割れ用側板２７には複数のボルト穴２９が穿設されている。

このようにして、排気ガス熱温水変換装置２０ｂの左右の部材は、各々、その内部に排気ガス９に隣接した清水流路３０ａが形成されている。なお、各外筒２１ａには、図示を省略しているが、図３、図４、図５と同様に、清水供給管４及び高温清水取出管５が取り付けられている。

そして、排気ガス熱温水変換装置２０ｂの左右の部材を、排気ガス管２を囲むように配設し、二つ割れ用側板２７に穿設されたボルトナット２８により一体化させるようになっている。上述の構成により、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置と同様の作用効果を奏すると共に、既存の高速艇１５に対しても、排気ガス熱温水変換装置２０ｂを簡単に取り付けることが可能となる。

なお、この排気ガス熱温水変換装置２０ｂは必ずしも左右に分割する必要はなく、上下に分割するようにしても良い。更には、二つ割れ用側板２７の一方端は蝶番とし、他方のみをボルトナット２８により固定するようにしても良い。

本発明の第４の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の詳細構造につき、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第４の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の縦断面図である。本発明の第４の実施の形態においても、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置と同様に、清水供給管４、高温清水取出管５、蒸発式造水装置８、清水循環ポンプ１２等を備えている。

図８に図示のものは、排気ガス管２の途中に径の大きい排気ガス管２ａをフランジ２６を介してボルトナット２８により取り付け、排気ガス管２ａ内に排気ガス熱温水変換装置２０ｃの外筒２１ａを配設したものである。この外筒２１ａの内部には、排気ガス９に隣接した清水流路３０ｂが形成され、外筒２１ａの内面には、複数枚のフィン状の清水流路内フィン２４ａが取り付けられている。そして、外筒２１ａの船尾側には、排気ガス管２ａを気密に貫通する清水供給管４ａが取り付けられ、船首側には、排気ガス管２ａを気密に貫通するｚｘ高温清水取出管５ａが取り付けられている。

上述の構成により、本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置と同様の作用効果を奏すると共に、外筒２１ａの全周囲が排気ガス９に曝されているので、効果的に排気ガス熱を回収することが可能となる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は上記の各実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。例えば、外筒２１、２１ａは必ずしも円筒状或いは半円筒状である必要はなく、断面四角状の筒でも良い。

更には、清水循環ポンプ１２の回転数、或いは蒸発式造水装置８内の熱交換器１０に向って噴霧する海水の量を、エンジン１の負荷量、或いは回転数に応じて（比例して）変化させることにより、より効果的に造水することができる。また、排気ガス熱温水変換装置２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、排気ガス管２の複数箇所に分割して設けるようにしても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る小型船舶における排気ガスを利用した造水装置の全体構成図である。図１の造水装置の系統図である。本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の詳細鳥瞰図である。図３のＡ−Ａ矢視断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の縦断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の縦断面図である。図６の横断面図である。本発明の第４の実施の形態に係る排気ガス熱温水変換装置の縦断面図である。

符号の説明

１エンジン
２、２ａ排気ガス管
４、４ａ清水供給管
５、５ａ高温清水取出管
６海水導入管
７海水排出管
８蒸発式造水装置
９排気ガス
１０熱交換器
１１凝縮器
１２清水循環ポンプ
１３清水取出管
１５高速艇
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ排気ガス熱温水変換装置
２１、２１ａ外筒
２２内筒
２３、２３ａ側板
２４、２４ａ清水流路内フィン
２５排気ガス流路内フィン
２６フランジ
２７二つ割れ用側板
２８ボルトナット
２９ボルト穴
３０、３０ａ、３０ｂ清水流路

Claims

内燃機関が搭載された船舶の造水装置において、前記内燃機関の排気ガスを前記船舶の船尾部から排気する排気ガス管と、該排気ガス管の途中に設けられ内部に清水流路が形成された排気ガス熱温水変換装置と、前記船舶に搭載された蒸発式造水装置と、前記排気ガス熱温水変換装置と前記蒸発式造水装置とを接続する清水供給管及び高温清水取出管と、前記清水供給管に介装された清水循環ポンプとを備えたことを特徴とする船舶の造水装置。
前記排気ガス熱温水変換装置は、前記排気ガス管の外周に配設された外筒と、該外筒の前後に取り付けられた側板と、前記清水流路に取り付けられた複数枚の清水流路内フィンとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の船舶の造水装置。
前記排気ガス管内に取り付けられた複数枚の排気ガス流路内フィンを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶の造水装置。
排気ガス管と、該排気ガス管の外周に配設された外筒と、該外筒の両端部と前記排気ガス管との間に各々液密に取り付けられた側板と、前記排気ガス管と前記外筒と前記側板とにより形成された清水流路と、該清水流路内において前記排気ガス管の外周面に取り付けられた複数枚の清水流路内フィンと、前記排気ガス管内に取り付けられた複数枚の排気ガス流路内フィンと、前記外筒の両端部あるいは前記側板に接続された清水供給管及び清水取出管とを備えたことを特徴とする排気ガス熱温水変換装置。
内燃機関が搭載された船舶において、排気ガスに隣接された清水流路内の清水を前記内燃機関の排気ガスにより加熱し、該加熱された清水により海水を蒸発させ冷却して造水することを特徴とする船舶の造水方法。