JP2010535671A - 船舶の機関配置 - Google Patents

Abstract

本発明は船舶の機関配置に関し、この機関配置は、内燃機関１、内燃機関１の排ガスから廃熱を回収するための熱回収装置２、排ガスを洗浄するためのスクラッバ・ユニット３、及び熱を発生させるための独立した加熱システム４を備えている。当該機関配置はさらに、スクラッバ・ユニット３からの排ガスを再加熱する、又は過剰な熱を廃棄するために、熱回収装置２と流れ連通した再加熱装置３０を含む。

Description

本発明は船舶の機関配置に関するものである。この機関配置は、請求項１の導入部に記載の内燃機関、内燃機関の排ガスから廃熱を回収するための熱回収装置、排ガスを洗浄するためのスクラッバ・ユニット及び独立した加熱システムを備えている。

内燃機関から動力を供給される船舶は、一般に、内燃機関の排ガスからの廃熱の形態でエネルギーを回収する装置を備えている。そうした装置は、特に主機関用に設けられるが、補助機関用にも設けられる。ディーゼル発電式機関の場合、熱回収装置は通常、発電機を駆動する機関と共に取り付けられる。

熱回収装置は、通常は排ガス・ボイラの形態であり、蒸気を船舶上での消費のために発生させるために、その排ガス・ボイラを通して水の流れを循環させ、排ガスによって加熱する。通常、ボイラは、通常の航海状態の間、しばしばある程度の余裕をもって、船上のすべての加熱目的に対して十分な能力を有するような寸法に製造される。しかし、例えば寒い冬の日など需要が高まる期間、又は機関が低出力である期間、すなわち、結果として回収可能な熱量が減少する間は、排ガス・ボイラで主な需要を十分に賄うことができない。

過剰な熱が生成された（ボイラがある程度余裕のある寸法に製造された）場合、過剰な熱を廃棄するか又は排ガスの迂回路を配置することによってこれを制御することが可能であり、それにより、ボイラを通る加熱媒体の流れを乱す必要がなくなる。熱の生成が不十分でな状況に対処するために、船舶は、通常は先に言及したように追加の独立した加熱システム、例えば油を燃料とするボイラを備えている。

環境への意識が高まるにつれて、船舶からの排ガスを処理する手段も考慮されるようになってきている。１つの可能な手段は、硫黄酸化物又は他の汚染物を低減し、それによって望ましくない放出物を低減するために、排ガスを洗浄することである。しかし、提案されている洗浄手段はいくつかの欠点、すなわち、白煙、ダウンウォッシュの危険性及び水のキャリーオーバの危険性を有する。

低温の飽和した排ガスがスクラッバを出て大気中に出されるとき、排ガスは通常、高い相対湿度を有し、湿気が排気筒の近く及び外側で凝縮して目に見える白色のプルーム（白煙）を形成する。相対湿度が高いことに加えて、前記排ガスはやや低温であり、したがって通常の高温の排ガスの浮力はない。結果として、プルーム又はその一部、すなわち低温多湿の排ガスが下降し、当該の船舶、他の船、港湾施設又は他の隣接地域に落ちるという大きな危険性がある。最後に、スクラッバは水滴のキャリーオーバを回避するように設計されるが、使用される機構が汚れ又は不適切なメンテナンスによって損なわれる虞がある。

本発明の目的は、従来技術の欠点を回避し、船舶上で生成された過剰な熱をエネルギー上経済的な方法で処理することのできる機関配置を提供することである。この目的は、請求項１に記載の機関配置によって達成される。

本発明の基本的な考えは、必要なときにスクラッバ・ユニットからの排ガスを再加熱すること、及び過剰な熱を廃棄することの２つの機能を有する手段を提供することである。この趣旨のために、機関配置はさらに、必要なときにスクラッバ・ユニットからの排ガスを再加熱するか、又は過剰な熱を廃棄するために、熱回収装置と流れ連通した再加熱装置を含む。

有利には再加熱装置は、独立した加熱システムの蒸気ドラムを通して熱回収装置と流れ連通する。

機関配置は、有利にはスクラッバ・ユニットの排ガス流入端に配置された追加の熱回収部分を備えている。拡張熱回収部分は熱回収装置と流れ連通し、それによって再加熱装置は、独立した加熱システムの前記蒸気ドラムを通して拡張熱回収部分と流れ連通する。

こうして、船舶上で過剰な熱が生成されない場合でも、排ガスの再加熱を保証することが可能になる。

追加の熱回収部分は、独立した加熱システムを通して熱回収装置と流れ連通するように配置することもできる。これにより、独立した加熱システム、さらには熱回収装置への加熱された給水の流れを調えることが可能になり、それによって、廃熱回収工程はより高い蒸気の需要を満足させることができる。

再加熱装置は、スクラッバ・ユニットの排ガス流出端でスクラッバ・ユニットと統合する、又はスクラッバ・ユニットの排ガス流出端でスクラッバ・ユニットから分離して配置できる。

以下では、例示のためのみに貼付の概略的な図面を参照しながら、本発明について説明する。

本発明による機関配置の第１の実施例を示す図。 本発明による機関配置の第２の実施例を示す図。 本発明による機関配置の第３の実施例を示す図。 本発明による機関配置の第４の実施例を示す図。

図１は、例えばディーゼル機関などの内燃機関１、内燃機関１の排ガスから廃熱を回収するための熱回収装置２（通常はいわゆる排ガス・ボイラ）、及び排ガスを洗浄し、それによって排ガスからの放出物を低減するためのスクラッバ・ユニット３を備えた船舶の機関配置を示している。機関配置はさらに、熱を船舶上のホテルでの消費に対して発生させるための独立した加熱システム４を備えている。そうした独立した加熱システムは、通常は油を燃料とするボイラを含む。

以下では、機関配置の様々な構成要素間の流れ連通を流れ線によって示す。

海洋における通常の動作では、内燃機関１は、推進、発電などのための動力を与えるように駆動される。内燃機関１からの排ガス（流れ線１１）は熱回収装置２へ、さらに流れ線２１によって示すようにスクラッバ・ユニット３へ案内される。

主な給水（流れ線５１）は、加熱システム４に供給され、さらに流れ線５２によって示すように循環水として熱回収装置２へ案内され、そこで排ガスによって生成された熱のために水の一部が蒸発し、水と蒸気の混合物として加熱システム４の蒸気ドラム４０へ戻される（流れ線５３）。次いで蒸気は、流れ線５４によって示すように、蒸気ドラム４０から船上で消費されるように送り込むことができる。

本発明では、蒸気は（以下にさらに詳しく論じるように）熱回収装置２によって生成され、独立した加熱システム４の蒸気ドラム４０を通して案内される。消費のために送り込まれるその蒸気に関する過剰な熱は、流れ線５５及び５６によって示すように、さらにスクラッバ・ユニット３の排ガス流出端に配置された再加熱装置３０に案内され、再加熱装置３０を通して循環される。大気中に放出される洗浄後の排ガス（流れ線３１）の温度を上昇させるために、この蒸気の流れを用いてスクラッバ・ユニット３内の排ガスの流れを再加熱する。

再加熱装置３０は、有利には大気中に放出される排ガスの温度を制御するための温度制御システム３２を備えている。

低温の洗浄後の排ガスを再加熱することによって、白煙の生成を回避し、大気中に放出される排ガスの浮力を高め、その結果、排ガスが下降する又は地面に落ちることがなくなり、スクラッバ・ユニットに関連する望ましくない凝縮も減少する。

通常の動作では、廃熱回収装置２は、船上のすべての加熱目的（流れ線５４）に十分な能力を有しており、このため、独立した加熱システム４を用いてさらに熱を発生させる必要はない。廃熱回収装置２は通常、ある程度の余裕のある寸法に製造されるため、従来は過剰な熱を、通常は独立した廃棄装置６、いわゆる廃棄凝縮器（図２に関連してさらに詳しく論じる）を用いることによって廃棄しなければならなかった。

本発明によれば、熱回収装置２から回収された過剰な熱は、流れ線５５によって示すように、加熱システム４の蒸気ドラム４０を介してスクラッバ・ユニット３の再加熱装置３０へ案内することができる。この場合、結果として再加熱装置３０は２つの機能を有するようになり、エネルギー上経済的な方法で再加熱装置及び廃棄装置としての役目を果たすことができる。

船舶の通常の動作ではあるが、例えば寒い冬の日など消費する熱の需要が高まる間は、さらに独立した加熱システム４を用いて、船上での消費に対して（流れ線５４）、またスクラッバ・ユニット３０からの排ガスの流出物を再加熱するために（流れ線５５及び５６）十分な熱を発生させることができる。

図２は本発明の第２の実施例を示すが、図１に関連して先に論じた配置とほぼ同様である。対応する構成要素には同じ符号を用いている。しかし、この実施例は、先に論じた過剰な熱を廃棄するために船舶上で通常用いられる廃棄装置６を含む。

従来の配置では、廃棄装置６は、点線の流れ線４１に示すように、熱回収装置２から加熱システム４の蒸気ドラム４０を介して過剰な熱を廃棄するために、独立した加熱システム４に接続される。

しかしこの場合、本発明に従って、船上で利用可能な従来型の廃棄装置が、洗浄工程を助けるためにスクラッバ・ユニット３に接続される。排ガスの洗浄は通常、例えば水などの洗浄媒体を排ガスの流れを通して循環させることによって行われる。破線の流れ線６１及び６２は、ここでは実際に補助洗浄装置として機能する廃棄装置６からスクラッバ・ユニット３を通る洗浄媒体の循環を示している。流れ線７１は、例えば海水又は淡水などの冷却水の廃棄装置６への流入を示し、流れ線７２は廃棄装置６からの冷却水の流出を示している。この冷却流は、スクラッバ・ユニット３を通して循環される洗浄媒体を冷却する。換言すれば、これは既に船舶に取り付けられている廃棄装置を、いわゆる改造した状態で使用するための１つの選択肢である。

したがって、スクラッバ・ユニットに接続することによって、従来型の廃棄装置を意味のあるエネルギーを節約する方法に使用することが可能になる。

図３は本発明の第３の実施例を示すが、図１に関連して先に論じた配置とほぼ同様である。対応する構成要素には同じ符号を用いている。

この実施例は、スクラッバ・ユニット３の排ガス流入端に配置された拡張熱回収部分８を含む。熱回収装置２で生成された水と蒸気の混合物は、その後、流れ線８１及び流れ線８２によって示すように、低品質の熱を回収するために、スクラッバ・ユニット３の流入端にある追加の熱回収部分８内の（依然として高温の）排ガスの流れを通して循環させることが可能であり、次いで独立した加熱システム４の蒸気ドラム４０を通して、さらにスクラッバ・ユニット３の再加熱装置３０へ循環させることができる。

この配置により、船舶の機関配置によって生成された廃熱の回収が最大になる。また船舶上で過剰な熱が生成されないときでも、スクラッバ・ユニット３の再加熱装置３０が利用することができる熱の存在が保証される。

図４は本発明の第４の実施例を示すが、図１に関連して先に論じた配置とほぼ同様である。対応する構成要素には同じ符号を用いている。

この実施例では、給水の流れ線５１１（主な給水の流れ線５１の延長）が独立した加熱システム４を通り過ぎて案内され、廃熱回収装置２へ通じる循環水の流れ線５２からの分岐線である流れ線５２１と結合される。流れ線５１１及び５２１は結合されて、流れ線８１１になる。その結果、結合した流れ（流れ線８１１）は、主な給水（流れ線５１）よりも高い温度を有するようになる。この結合した流れは、スクラッバ・ユニット３の排ガス流入端に配置された拡張廃熱回収部分８に案内され、それを通して循環される。

加熱された結合した流れは、拡張廃熱回収部分８を通して循環するとき、スクラッバ・ユニット３の排ガス流入端で低品質の廃熱からエネルギーを捕らえ、加熱された給水の流れ（流れ線８２１）を独立した加熱システム４に送り込むことができる。次いで、この加熱された給水の流れは、図１に関連する対応する方法で、熱回収装置２へ（流れ線５２）、また独立した加熱システム４の蒸気ドラム４０を経由して（流れ線５３）再加熱装置３０へ（流れ線５５）再循環させることができる。

これは、機関配置のエネルギー経済性をさらに高めるものである。

蒸気の需要が、廃熱回収工程が通常与える量よりも高い状況では、こうすることによって、この需要を満たす補足的な方法が提供される。

先に論じた各実施例では、再加熱装置３０をスクラッバ・ユニットの排ガス流出端でスクラッバ・ユニット３と統合してもよく、或いは、再加熱装置をスクラッバ・ユニットの排ガス流出端でスクラッバ・ユニット３から分離して配置してもよい。先に論じた流れ線は、適切な配管又は管構造、バルブ及びポンプを含む様々な流れ連通を構成するが、それらに関してこれ以上詳しく論じない。

船舶上の加熱システムは、先に論じたように蒸気に基づいていることがしばしばであり、そのため廃棄工程は、通常は凝縮に基づいている。熱媒油及び高温の水などの他の媒体も用いられ、それによって、廃棄工程が前記媒体の冷却に基づくようにすることができる。後者は、本発明と共に使用することも可能である。

さらに、内燃機関、熱回収装置及び加熱システムの数は様々でよく、主な状況に応じて適切な方法で組み合わせることができる。熱回収装置及び加熱システムは、１つのユニットに統合することもできる。

前述の４つの実施例は例示にすぎず、本発明を実施する際には、様々な構成要素を有する多くの変形形態が可能であることを明確に示すものである。

記述及び図面は、本発明の基本的な考えを明らかにするためのものにすぎない。本発明は、特許請求の範囲の範囲内で変更することができる。

Claims (7)

1. 内燃機関（１）、前記内燃機関（１）の排ガスから廃熱を回収するための熱回収装置（２）、前記排ガスを洗浄するためのスクラッバ・ユニット（３）及び独立した加熱システム（４）を備える船舶の機関配置において、
   前記機関配置が、前記熱回収装置（２）と流れ連通する再加熱装置（３０）をさらに含むこと、及び
   前記再加熱装置（３０）が、前記スクラッバ・ユニット（３）からの前記排ガスの流れを再加熱するか、又は過剰な熱を廃棄するように配置されることを特徴とする機関配置。
2. 前記再加熱装置（３０）が、前記独立した加熱システム（４）の蒸気ドラム（４０）を通して前記熱回収装置（２）と流れ連通することを特徴とする請求項１に記載された機関配置。
3. 前記スクラッバ・ユニット（３）の排ガス流入端に拡張熱回収部分（８）が配置されること、及び
   前記拡張熱回収部分（８）が、前記熱回収装置（２）と流れ連通することを特徴とする請求項２に記載された機関配置。
4. 前記再加熱装置（３０）が、前記独立した加熱システム（４）の前記蒸気ドラム（４０）を通して前記拡張熱回収部分（８）と流れ連通することを特徴とする請求項３に記載された機関配置。
5. 前記スクラッバ・ユニット（３）の排ガス流入端に拡張熱回収部分（８）が配置されること、及び
   前記拡張熱回収部分（８）が、前記独立した加熱システム（４）を通して前記熱回収装置（２）と流れ連通することを特徴とする請求項２に記載された機関配置。
6. 前記再加熱装置（３０）が、前記スクラッバ・ユニット（３）と統合され、前記スクラッバ・ユニットの排ガス流出端に配置されることを特徴とする請求項１に記載された機関配置。
7. 前記再加熱装置（３０）が、前記スクラッバ・ユニット（３）から分離して配置され、前記クラッバ・ユニットの排ガス流出端に配置されることを特徴とする請求項１に記載された機関配置。

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