JP2011025878A - 小型船舶の燃料油加熱供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型船舶の燃料油供給システムに於いて、燃料油加熱処理を、少エネ化、省スペースで、且つ、低コスト可能なものとする。
【解決手段】小型船舶の燃料油加熱供給システムにおいて、燃料油を加熱する過程で主機関４０の排熱である、主機関シリンダージャケット冷却水熱を燃料油一次加熱器３４と主機排ガス熱を利用した燃料油二次加熱器３８を直列に配し適正温度に加熱し、主機関４０に供給、その後に、余剰加熱燃料油を加熱媒体油として使用し、必要とする機器に供給し、加熱の仕事を終わったあと燃料油は再循環を行う。
【選択図】図３

Description

この発明は、船舶の機関室に設けるディーゼル機関に供給する燃料油の加熱に主機関の排熱を利用した燃料油加熱供給システムに関する。

船舶の推進機関はディーゼル機関が主流で、燃料にＣ重油が使用されているが、高粘度化が進み、加熱温度も高くなる傾向にある。 適正粘度にするには１００℃以上の加熱が必要で、熱源には、蒸気ボイラー、熱媒体ボイラー、及び、電気ヒーター等が船舶では使用されている。一般には、燃料油を加熱するのに蒸気を使用されているが、補助ボイラー、排ガスエコノマイザー、給水ポンプ、カスケードタンク等の機器、および、蒸気管、蒸気ドレン管が必要となり、蒸気内に油分が漏れ検査でカスケードタンクの油分チェック及び、排ガスエコノマイザーでは、主機出力が１２０％〜５０％程度まで変化するので主機排気ガスの排気量と温度が変化大きく変動するので熱量調整のために補助ボイラーが必要など、付帯機器が多くなり、保全には多くの時間が要する。小型船舶では乗組員も少なく省人化と省スペース化から燃料油を加熱する熱源として、電気ヒーターが多く採用されているが、燃料油の高粘度化が進むと、電気ヒーターの消費電力が多くなっている。

従来の小型船舶の一例として、総トン数４９９トン、積載トン数１６００Ｋｔ、主機関１８００ＰＳの船舶の燃料油の温度管理を、燃料油加熱供給システム概略図 図1を持って説明する。
燃料油加熱供給システムは、燃料油貯蔵タンク２に貯蔵されているＣ重油燃料油は、配管１を経由して、燃料油移送ポンプ３によって燃料油澄タンク４へ移送するが、燃料油移送ポンプ３の燃料油汲上げ可能な粘度は、約３０℃〜３５℃程度まで加熱する必要があり、加熱管１２にシリンダージャケットの冷却水（温水）をコイルに通して加熱している。

燃料油澄タンク４の燃料油は、設定温度６５℃までに４時間以内で加熱できる能力が必要で、１ｍ３タンク容量では７Ｋｗ電気ヒーター１３が使用されている。燃料油清浄機５は、遠心分離機が一般的で、燃料油粘度は出来るだけ低くするほど、処理能力が良くなるので、燃料油澄タンク４からの燃料油は、燃料油清浄機加熱器６では温度９５℃に設定し、その必要１０Ｋｗ電気ヒーター１４が使用されている。

燃料油清浄機５から送られた燃料油は、燃料油常用タンク７で貯蔵する間に放熱分を補うのに、４Ｋｗ電気ヒーター１５が使用されている。燃料油常用タンク７では保温貯蔵された燃料油は、燃料油供給ポンプ８にて吸引され、燃料油加熱器９に送られ、１２Ｋｗ電気ヒーター１６で適正粘度となる適正温度を約１０５℃〜１１０℃（レッドウッド１５００秒）まで加熱され、主機関１０に送られる。主機関１０で消費された残りの燃料油は、ガスセパレータ１１に至り、燃料油内のガスを分離して、再び燃料油供給ポンプ８に戻される。

これまで例として述べた、電気ヒーターを使用して燃料油を加熱する過程を燃料油温度管理として次表にまとめた。

特開平０９−５８５９４ 船舶の燃料供給ユニット 特許出願２００６−１６８０９４ 燃料油供給装置 特開平０７−３１７６１４ 燃料油移送装置 登録実用新案 ３０１７３６６ 船舶の燃料供給ポンプ

商船機関部設計マニュアル 配管系統 社団法人 日本舶用機関学会 研究委員会報告 Ｎｏ.８７、 昭和５３年１２月

ディーゼル機関における燃料油加熱供給システムにおいて、蒸気エコノマイザー、熱媒体油エコノマイザーを使用した省エネ化システムはあるが、小型船舶では非常に狭くて省エネ化を犠牲にしても燃料加熱に多くの機器や配管が減少する省スペース化を考えた電気ヒーターによる燃料油過熱供給システムが主流となっているが、高粘度化が進む燃料油状況では、１５００秒油では適正粘度にするには１０５℃〜１１０℃で、２５００秒油では１１０℃〜１１５℃まで加熱して適正粘度になるまで電気ヒーターで加熱する方法では、燃料油加熱に必要な電力量をディーゼル発電機容量で賄っている。

先に述べた船舶の例では、航海中消費電力量１３０Ｋｗ／ｈ中、２５％にあたる３３Ｋｗ／ｈを燃料油加熱に費やしている。高粘度化する燃料油状況では発電機は大きくなり、益々燃料消費量も多大となり、現存船では対応できない状況も生ずる。しかも、世界的に環境問題が重要課題としている時代に、省エネ化に逆行するシステムでは良いシステムとして認められない。蒸気エコノマイザー、熱媒体油エコノマイザーを使用したシステムのように、多くの機器、配管の系統（例蒸気管、蒸気ドレン管）か増えるものでは、省エネ化システムを採用するには、貨物積載場所を犠牲にしなければならない状態では経済的にも成立しない。そこで、省スペースを保ちながら高粘度化に対応出来て、省エネ化システムが課題である。

本発明の燃料油加熱供給システムは、機関の燃料消費量の２倍以上の容量を持った燃料油供給ポンプから送られた燃料油は、機関シリンダージャケット冷却水熱を利用した燃料油一次加熱器と機関排ガス熱を利用した燃料油二次加熱器により燃料油の適正粘度に対応した温度より１０℃高く設定した調整温度に加熱し、該燃料油を適正粘度にするために、加熱前の燃料油と混合して適性温度に調整し、機関に供給、消費された残りの余剰加熱燃料油は、熱源としての加熱媒体油を燃料油管を使用して、高い加熱温度を必要とする機器から順に通過させ、低い加熱温度でよい機器は末端に配管を行い、加熱の仕事を終わった燃料油は燃料油供給ポンプに戻り、再循環を行うことを特徴とする。

この燃料油加熱供給システムで、前記燃料油一次加熱器は機関のシリンダージャケットの冷却水で燃料油を加熱し、次に、燃料油二次加熱器では、コイル状管と熱媒体タンクで構成され、機関排気管の外周と間隙を保った状態で巻かれたコイル状管と、コイル状管とほぼ同じ高さとする熱媒体タンクに、コイル状管の上下に接続配管を行い、その中に満たした熱媒体油は、機関排ガス熱で加熱され、コイル状管では上昇流、熱媒体タンク内では下降に自然環流が生じ、熱媒体タンクに内装された燃料油コイル管に、該燃料油を燃料油供給ポンプで送り込まれ、熱媒体油により所定温度まで加熱処理される

燃料油二次加熱器で、機関出力変化が排気ガス熱量の変化となる中で、燃料油の調整温度を一定に調整するには、機関出力が低下すれば、排気ガスの温度とガス量の低下する場合に、燃料油を燃料油コイル管の通過時間を長く、すなわち油供給ポンプの回転数をさげて供給量を少なくし、機関機出力が上がった時、燃料油供給ポンプの回転数を上げ流量を多くして制御する。

この燃料油供給システムでは、燃料油の加熱処理に主機の廃熱を利用することで、従来の電気ヒーターで使用していた電力が必要としない、航海中の発電機の燃料油消費量が大きく減少する。また、加熱過程で燃料油一次加熱器では、主機関のシリンダージャケットの冷却水を、燃料油二次加熱器では、主機排ガス熱を利用することで分担加熱することで、燃料油二次加熱器での設備が少なくてよい。また、燃料油二次加熱器では、燃料油一次加熱器で一定に加熱された燃料油が供給されることで、主機排気管には露天を生ずる硫化物や煤の付着が少なくなる。また装置として機械的稼動部も無く、主機排気管の外周に巻かれたコイル状管は直接主機排気管に接触していないので高温空気との非接触で、寿命も長くなる。メンテナンスが簡単で、操作も容易である。

余剰加熱燃料油は、加熱媒体油として、燃料油管を使用することで、高い加熱温度を必要とする機器から順に通過させ、低い加熱温度でよい機器は末端に配管を行い、加熱の仕事を終わった燃料油は燃料油供給ポンプに戻り、再循環を行い、配管は、燃料油二次加熱器の回りを除けば、従来の電気ヒーターシステムと配管もほとんど同じ配管となる。装置も単純で、省スペース、低コスト、省エネルギーなシステムが提供できる。

従来の実施携帯に係る小型船舶の燃料油加熱供給システムの概略図である 本発明の実施形態に係る小型船舶の燃料油加熱供給システムの概略図である。 本発明の実施形態に係る主機関の排気管、燃料油一次加熱器及び燃料油二次加熱器、温調弁及び燃料油供給ポンプの周りの船舶の燃料油加熱供給システムの概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２に示す実施形態は、燃料油を主機関のシリンダージャケットの冷却水及び排ガス熱を利用して加熱を行うのに２段階で主機燃料油を加熱する燃料油加熱油供給システムである。

この燃料油加熱油供給システムの燃料油系路について説明すると、燃料油貯蔵タンク２２に貯蔵されている燃料油は、燃料管２１を経由し、燃料油移送ポンプ２３により燃料油澄タンク２４に移送される。燃料油澄タンク２４の燃料油は、燃料管２５を通り燃料油清浄機２６付ポンプ２７により燃料油清浄機加熱器２８に送られ、加熱され、再び燃料油清浄機２６に至り、清浄された後、配管２５をとおり、燃料油常用タンク２９に送られる。

燃料油常用タンク２９の燃料油は、燃料油供給ポンプ３１吸引され、吐出された燃料油は、２方に分岐して、一方は燃料油一次加熱器３４、燃料油二次加熱器３８で加熱され三方温調弁３６に至り、他方は直接三方温調弁３６に至り、適正温度に調整された燃料油は、ディーゼル機関４０に供給される。

ディーゼル機関４０で消費された後の余剰燃料油は、温度の高い順に、燃料清浄機加熱器２８、燃料油常用タンク２９の加熱コイル４５及び燃料油澄タンク２４の加熱コイル４７へと加熱熱媒体として供給され、エアセパレータ４８を経由して燃料油供給ポンプ３１で再び吸引する系路になっている。

本発明の実施形態に係る主機関排熱を利用して燃料油を加熱する燃料油一次加熱器３４および燃料油二次加熱器３８について実施例を具体的に、図３にて説明する。

主機燃料消費量の２倍以上の容量を持った燃料油供給ポンプ３１から吐出された燃料油は、２方に分岐して送られ、一方は、燃料管３２を経由して燃料油一次加熱器３４で加熱され、更に燃料油二次加熱器で加熱して三方温調弁３６に供給され、他方は直接三方温調弁に至る。

主機関４０のシリンダージャケットの冷却水６１は、出口温度約８０℃で制御され、この排水熱を燃料油一次加熱器３４で利用して燃料油を一定温度約７５℃まで加熱された後、燃料油二次加熱器３７に供給する。

燃料油二次加熱器３８は、コイル状管７１と熱媒体タンク７２から構成され、外周には一体として防熱材78にて保温する。コイル状管７１は主機関４０の主機関排気管７０の出口付近の外周に一定の間隙をとりコイル状に巻きつけ、熱媒体タンク７２はコイル状管７１とほぼ同じ高さに設置し、コイル状管７１の上下端を、それぞれ熱媒体タンク７２の上下下方に、接続して、コイル状管７１と熱媒体タンク７２の内部には熱媒体油８０を満たす。熱媒体タンク７２には、内部に燃料油加熱管７７を設け、熱媒体タンク上方に膨張タンク７３を設け配管７４にて連結し、さらに、膨張タンク７３の上方に空気抜き管７５及び張込み口７６を設ける。

主機関排気管７０内部には、主機関４０で消費される燃料油の全熱量中３０％は排気のエネルギーとして排出されており、また、主機出力によって２５０℃〜３５０℃の排熱温度として排出されている。この高温の排ガス熱を燃料油二次加熱器３７において、燃料油の加熱に利用する。燃料油二次加熱器３８の防熱材７８で囲まれた内部では２0０℃〜２５０℃程度の空気温度となり、コイル状管７１の内部の熱媒体油８０が加熱され、熱媒体タンク７２に自然環流が生じ、熱媒体タンク７２内の熱媒体油８０と燃料油加熱管７７内の燃料油との間で熱交換され、熱媒体油８０は、冷却作用が生じ、下降してコイル状管７１と熱媒体タンク７２の間で自然に回流が生ずる。熱媒体油８０はコイル状管７１内では上昇に、熱媒体タンク７２内部では燃料油と熱交換され冷却作用が生じ、下降して自然に還流が生じる。熱媒体油８０は、冷えた状態であっても、燃料油一次加熱器３４で燃料油が加熱されているので、燃料油加熱管７７の燃料油で熱媒体油８０は加熱され、粘度は確保できる。

燃料油二次加熱器３８は、主機関の出力変化は、燃料油供給ポンプ３１の吐出量を流量制御で希望温度約１３０℃に一定温度に制御を行う。

燃料油二次加熱器３８からの燃料油は、配管３７から温調弁３６に高温側として、一方燃料油供給ポンプ３１からは低温燃料油として温調弁３６で混合することで所定の温度として調整できる。

燃料油は、主機関４０の最大出力時で消費する燃料油の２倍以上を燃料油供給ポンプ３１能力とすることで、主機関４０で消費した後余剰燃料油は主機関４０の燃料消費量以上のエネルギーが蓄えられていることになり、余剰燃料油は、燃料油を加熱する加熱媒体として使用することができる。

なお、上記実施形態は、主機関の燃料油加熱供給システムとして説明したが、本発明の燃料油加熱供給システムは、燃料油加熱で説明したが、余剰燃料油は分岐すればその他の加熱目的とする機器の熱源としても使用することが出来る。

３１ 燃料油供給ポンプ
３２、３３、３５、３７、３９、４１、７４ 燃料管
６１、６２、６３ 冷却水管
３４ 燃料油一次加熱器
３６ 温調弁
３８ 燃料油二次加熱器
４０ 主機関
７０ 主機関排気管
７１ コイル状管
７２ 熱媒体タンク
７３ 膨張タンク
７５ 空気抜き管
７６ 張込み管
７７ 燃料油加熱管
７８ 防熱材
８０ 熱媒体油

Claims (3)

1. 機関の燃料消費量の２倍以上の容量を持った燃料油供給ポンプから送られた燃料油は、機関シリンダージャケット冷却水熱を利用した燃料油一次加熱器と機関排ガス熱を利用した燃料油二次加熱器により燃料油の適正粘度に対応した温度より１０℃高く設定した調整温度に加熱し、該燃料油を適正粘度にするために、加熱前の燃料油と混合して適性温度に調整し、機関に供給、消費された残りの余剰加熱燃料油は、熱源としての加熱媒体油を燃料油管を使用して、高い加熱温度を必要とする機器から順に通過させ、低い加熱温度でよい機器は末端に配管を行い、加熱の仕事を終わった燃料油は燃料油供給ポンプに戻り、再循環を行うことを特徴とする燃料油加熱供給システム。
2. 前記燃料油一次加熱器は機関のシリンダージャケットの冷却水で燃料油を加熱し、次に、燃料油二次加熱器では、コイル状管と熱媒体タンクで構成され、機関排気管の外周と間隙を保った状態で巻かれたコイル状管と、コイル状管とほぼ同じ高さとする熱媒体タンクに、コイル状管の上下に接続配管を行い、その中に満たした熱媒体油は、機関排ガス熱で加熱され、コイル状管では上昇流、熱媒体タンク内では下降に自然環流が生じ、熱媒体タンクに内装された燃料油コイル管に燃料油供給ポンプで送り込まれた燃料油は、熱媒体油により所定温度まで加熱処理される請求項１記載の燃料油加熱供給システム。
3. 前記燃料油二次加熱器で、機関出力変化が排気ガス熱量の変化となる中で、燃料油の温度を一定に調整するには、機関出力が低下すれば、排気ガスの温度とガス量の低下する場合に、燃料油を燃料油コイル管の通過時間を長く、すなわち油供給ポンプの回転数をさげて供給量を少なくし、機関機出力が上がった時、燃料油供給ポンプの回転数を上げ流量を多くして制御する請求項１または２記載の燃料油加熱供給システム。
   
   
   
   
   

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