JP2012097716A - エンジン排気エネルギー回収装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を極力起動することなく、船内電力の需要に応え、トータルの運行コストを抑制すること。
【解決手段】ガス入口制御弁Ｖ１の開度が予め定められた閾値に達し、発電機１１による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機１１による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、制御手段２３からエンジン本体２に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、舶用ディーゼル機関（主機）のエンジン本体から排出される排気ガス（燃焼ガス）の排気エネルギーを動力として回収するエンジン排気エネルギー回収装置に関するものである。
排気ガス（燃焼ガス）に含まれる排気エネルギーを動力として回収する排気エネルギー回収装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００９−２５７０９７号公報
しかしながら、上記特許文献１の図１に開示された排気エネルギー回収装置では、エンジン本体２の性能および信頼性を確保するという観点から、エンジン本体２、より詳しくは、給気マニホールド８に供給される掃気量および掃気圧が最優先で確保されるようになっている。そのため、上記特許文献１の図１に開示された排気エネルギー回収装置では、第３のバルブ（ガス入口制御弁）を介して、発電機５ｂを駆動するパワータービン５のタービン部５ａに導かれる排気ガス流量（抽ガス量）が必然的に制限され、発電機５ｂによる発電量が船内で必要とされる電力量を下回る場合、発電機５ｂとは別の発電機を回転駆動する、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動して、船内電力の需要に応えなければならず、トータルの運行コストが上昇してしまうといった懸念があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を極力起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができるエンジン排気エネルギー回収装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるようになっている。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるようになっている。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機とを備え、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにした。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにした。
上記本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置およびエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法によれば、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機への排気ガス温度が上昇し、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機におけるエネルギー回収率が増加して、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されるようになっている。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されるようになっている。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにした。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにした。
上記本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置およびエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法によれば、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機への排気ガス温度が上昇し、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機におけるエネルギー回収率が増加して、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
また、発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、燃料を噴射するタイミングが予め遅延させられるか排気弁の開くタイミングが予め早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが予め遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが予め早められる、いわゆるフィードフォワード制御が行われることになるので、発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差を常に小さくすることができて、船内電力を安定的に供給することができる。
本発明に係る船舶は、上記いずれかのエンジン排気エネルギー回収装置を搭載している。
本発明に係る船舶によれば、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を極力起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の概略構成図である。 図１の要部をより詳しく説明するための構成図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の要部をより詳しく説明するための構成図である。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の概略構成図、図２は図１の要部をより詳しく説明するための構成図である。
なお、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１に示すように、舶用ディーゼル機関（主機）１は、ディーゼルエンジン本体（例えば、低速２サイクルディーゼルエンジン）２と、ディーゼルエンジン本体２（以下、「エンジン本体」という。）の排気マニホールド７と、エンジン本体２内で図示しない燃料噴射装置により噴射された燃料が燃焼するシリンダ６とを備えている（本実施形態では、シリンダが６個配置された６気筒エンジンを示している。）。符号３は、排気マニホールド７から排出された排気ガスによって駆動される排気タービン部３ａと、同排気タービン部３ａと同軸的に結合して回転駆動され外気をエンジン本体２に掃気（給気）として圧力をかけて供給するコンプレッサ部３ｂとを備えた排気タービン過給機、符号Ｌ１は、排気マニホールド７と排気タービン部３ａとを連結し、排気ガスが排気タービン部３ａへ送通される第１排気管、符号１８は、外気をコンプレッサ部３ｂで圧縮した掃気（給気）を冷却して空気密度を上げるためのインタークーラー、符号Ｋ１は、コンプレッサ部３ｂとインタークーラー１８とを連結した第１給気管、符号Ｋ２は、インタークーラ１８とエンジン本体２の給気マニホールド８とを連結し、インタークーラー１８で冷却された掃気（給気）をエンジン本体２の給気マニホールド８へ送通させる第２給気管である。
符号４は、排気マニホールド７から分流された排気ガスによって駆動され後述する発電機の駆動源であるパワータービン、符号９は、パワータービン４および排気タービン過給機３の排気タービン部３ａ夫々を駆動した排気ガスの熱により水を蒸気に熱交換させる熱交換器、符号Ｌ１０は、熱交換器９へ給水する給水管である。熱交換器９は、給水管Ｌ１０によって供給された水を蒸発管内（図示せず）に通水して、排気ガスの熱で水を蒸気に熱変換する装置である。
符号Ｌ２は、排気マニホールド７とパワータービン４とを連結し、排気ガスをパワータービン４へ送通させる第２排気管、符号Ｌ３は、パワータービン４と熱交換器９とを連結し、パワータービン４から排出された排気ガスを熱交換器９に送通させる第３排気管、符号Ｌ４は、排気タービン過給機３の排気タービン部３ａと第３排気管Ｌ３に連結して、排気タービン部３ａからの排気ガスを熱交換器９に送通させる第４排気管、符号Ｌ５は、上述のパワータービン４に共働して発電機の駆動源となる蒸気タービン５と熱交換器９とを連結し、熱交換器９で熱交換された蒸気を蒸気タービン５に送通させる第５排気管、符号Ｌ６は、蒸気タービン５を駆動した蒸気を図示しないコンデンサ（復水器）に戻す第６排気管、符号Ｌ７は、熱交換器９で水を蒸気に熱交換した排気ガスを図示しないファンネル（煙突）に送通して船外に放出させる第７排気管である。
なお、蒸気をコンデンサ（復水器）で凝結させ復水した水は、給水管Ｌ１０によって熱交換器９へ給水される。
符号Ｖ１は、第２排気管Ｌ２の途中に介装され、パワータービン４への排気ガス流量をコントロールするために、コントローラ（図示せず）により開度が調整されるガス入口制御弁、符号Ｖ２は、第５排気管Ｌ５の途中に介装され、蒸気タービン５への蒸気流量を前述のコントローラにより開度が調整される蒸気流量調整弁、符号Ｖ３は、第２排気管Ｌ２のガス入口制御弁Ｖ１上流側位置と、第３排気管Ｌ３とを連結する第１バイパス管Ｌ８の途中に介装された排気ガスバイパス制御弁、符号Ｖ４は、第５排気管Ｌ５の流量調整弁Ｖ２上流側位置と、第６排気管Ｌ６とを連結する第２バイパス管Ｌ１１の途中に介装された蒸気バイパス流量制御弁である。
また、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３と第３排気管Ｌ３との中途部にオリフィス１９が介
装されている。オリフィス１９はエンジン本体２が高負荷運転（通常の航行運転）され、
パワータービン４が全負荷運転状態にされているとき（すなわち、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３が全閉、ガス入口制御弁Ｖ１が全開とされているとき）に、ガス入口制御弁Ｖ１を流れる排気ガスと同量の排気ガスをガス入口制御弁Ｖ１が全閉の時（パワータービン４が停止状態）に排気ガスバイパス制御弁Ｖ３を流れるように調整されている。
従って、エンジン本体２が高負荷運転されている状態でパワータービン４が停止状態であると、排気タービン過給機３側に供給される排気ガスの流量が増加し、掃気圧力が所定以上に増加するのを防止して、エンジンに悪影響を与えるのを防止するものである。
一方、上述の通り、オリフィス１９はエンジン本体２が高負荷運転（通常の航行運転）され、パワータービン４が全負荷運転状態されている時に、パワータービン４を流れる排気ガスと同量の排気ガスが流れる（ガス入口制御弁Ｖ１を全閉している時）ように調整されていることは、ガス入口制御弁Ｖ１を全閉している時に、オリフィス１９を流れる排気ガスが排気タービン過給機３側に供給される排気ガスの流量が減少するほど流れないので、排気タービン過給機３の掃気圧力が所定値以下になることをも防止し、エンジン本体２の最適運転が確保できる。
パワータービン４の回転軸（図示せず）と、蒸気タービン５の回転軸（図示せず）とは、減速機（図示せず）およびカップリング１０を介して連結され、さらに、蒸気タービン５の回転軸（図示せず）と発電機１１の回転軸（図示せず）とは、減速機（図示せず）およびカップリング１２を介して連結されている。
また、発電機１１は、制御用抵抗器１３を介して船内（本実施形態では機関室内）に別途設置された配電盤１４と電気的に接続されており、発電機１１が発電した電力を船内電源として利用することができるようになっている。
さて、図１および図２に示すように、本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、上述した構成要素の他に、パワーマネジメントシステム２１と、パワータービン制御システム（パワータービンコントローラ：制御手段：制御装置）２２と、エンジン制御システム（エンジンコントローラ：制御手段：制御装置）２３とを備えている。
パワーマネジメントシステム２１には、船内に供給される電力の周波数を検出する船内電力周波数検出手段２４（図２参照）で検出された船内電力周波数検出値（データ）が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、パワーマネジメントシステム２１は、入力された船内電力周波数検出値に基づいて、必要電力指令（制御信号）をパワータービン制御システム２２に出力するようになっている。
パワータービン制御システム２２には、パワーマネジメントシステム２１から出力された必要電力指令、およびエンジン制御システム２３から出力された後述のエンジン負荷が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、パワータービン制御システム２２は、ガス入口制御弁Ｖ１に対してガス入口制御弁制御指令（バルブ開度指令）を出力し、エンジン制御システム２３に対してガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）を出力するようになっている。
ガス入口制御弁Ｖ１には、パワータービン制御システム２２から出力されたガス入口制御弁制御指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、ガス入口制御弁Ｖ１は、入力されたガス入口制御弁制御指令に基づいて、開度が自動的に調整されるようになっている。
すなわち、船内電力の需要が多くなり、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１よりも減少すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が増加している（船内電力の供給が足りなくなっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からガス入口制御弁Ｖ１に、開度を増加させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、ガス入口制御弁Ｖ１の開度が増加し、パワータービン４への排気ガス流量が増加して、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１または所定値Ｆ１よりも大きい（第２の）所定値Ｆ２以上になると、ガス入口制御弁Ｖ１の開度の増加が停止され、ガス入口制御弁Ｖ１の開度調整が一旦終了される。
これとは反対に、船内電力の需要が少なくなり、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１，Ｆ２よりも大きい（第３の）所定値Ｆ３よりも増加すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が減少している（船内電力が供給過多になっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からガス入口制御弁Ｖ１に、開度を減少させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、ガス入口制御弁Ｖ１の開度が減少し、パワータービン４への排気ガス流量が減少して、船内に供給される電力の周波数が（第３の）所定値Ｆ３または所定値Ｆ３よりも小さく、所定値Ｆ２よりも大きい（第４の）所定値Ｆ４以下になると、ガス入口制御弁Ｖ１の開度の減少が停止され、ガス入口制御弁Ｖ１の開度調整が一旦終了される。
エンジン制御システム２３には、上述のガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）の他に、舶用ディーゼル機関１のエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段２５（図２参照）で検出されたエンジン負荷（データ）、舶用ディーゼル機関１のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段２６（図２参照）で検出されたエンジン回転数（データ）、および給気マニホールド８からエンジン本体２に供給される掃気の圧力を検出する掃気圧力検出手段２７（図２参照）で検出された掃気圧力（データ）が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、エンジン制御システム２３は、入力されたガス入口制御弁開度信号、エンジン負荷、エンジン回転数、および掃気圧力に基づいて、エンジン負荷検出手段２５で検出されたエンジン負荷をパワータービン制御システム２２に出力し、燃料噴射タイミング指令および／または排気弁開タイミング指令をエンジン本体２に出力するとともに、（排気ガス）バイパス制御弁制御指令（バルブ開度指令）を排気ガスバイパス制御弁Ｖ３に出力するようになっている。
エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された燃料噴射弁（図示せず）には、エンジン制御システム２３から出力された燃料噴射タイミング指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された燃料噴射弁は、入力された燃料噴射タイミング指令に基づいて、燃料を噴射するタイミングが自動的に遅延させられるようになっている。
また、エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された排気弁（図示せず）には、エンジン制御システム２３から出力された排気弁開タイミング指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された排気弁は、入力された排気弁開タイミング指令に基づいて、排気弁の開くタイミングが自動的に早められるようになっている。
さらに、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３には、エンジン制御システム２３から出力されたバイパス制御弁制御指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３は、入力されたバイパス制御弁制御指令に基づいて、開度が自動的に調整されるようになっている。
すなわち、船内電力の需要が多くなり、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１よりも減少すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が増加している（船内電力の供給が足りなくなっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からエンジン制御システム２３にガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）が送出されて、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３に、開度を減少させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度が減少し、パワータービン４への排気ガス流量が増加して、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１または所定値Ｆ１よりも大きい（第２の）所定値Ｆ２以上になると、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度の減少が停止され、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整が一旦終了される。
これとは反対に、船内電力の需要が少なくなり、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１，Ｆ２よりも大きい（第３の）所定値Ｆ３よりも増加すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が減少している（船内電力が供給過多になっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からエンジン制御システム２３にガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）が送出されて、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３に、開度を増加させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度が増加し、パワータービン４への排気ガス流量が減少して、船内に供給される電力の周波数が（第３の）所定値Ｆ３または所定値Ｆ３よりも小さく、所定値Ｆ２よりも大きい（第４の）所定値Ｆ４以下になると、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度の増加が停止され、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整が一旦終了される。
一方、ガス入口制御弁Ｖ１が（略）全開となり、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３が（略）全閉となって、その上さらに船内電力の需要が多くなる場合には、エンジン制御システム２３からエンジン本体２に、燃料噴射タイミング指令および／または排気弁開タイミング指令が送出されることになる。そして、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービン４への排気ガス温度が上昇し、パワータービン４におけるエネルギー回収率が増加して、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１または所定値Ｆ１よりも大きい所定値Ｆ２以上になると、燃料噴射タイミングおよび／または排気弁開タイミングの調整が一旦終了される。
燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービン４への排気ガス温度を上昇させている間に、船内電力の需要が少なくなり、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１，Ｆ２よりも大きい所定値Ｆ３よりも増加すると、燃料を噴射するタイミングが早められるか排気弁の開くタイミングが遅延させられることにより、または燃料を噴射するタイミングが早められるとともに排気弁の開くタイミングが遅延させられることにより、パワータービン４への排気ガス温度が下降し、パワータービン４におけるエネルギー回収率が増加して、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ３または所定値Ｆ３よりも小さく、所定値Ｆ２よりも大きい所定値Ｆ４以下になると、燃料噴射タイミングおよび／または排気弁開タイミングの調整が一旦終了される。
その後、さらに船内電力の需要が少なくなって、パワータービン４への排気ガス温度を上昇させる必要がなくなった場合、すなわち、燃料噴射タイミングおよび／または排気弁開タイミングが通常（正規）のタイミングに戻り、ガス入口制御弁Ｖ１および排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整で、船内に供給される電力の周波数調整が可能になった場合には、上述のガス入口制御弁Ｖ１および排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整で、船内に供給される電力の周波数調整が行われるようになる。
なお、燃料を噴射するタイミングが所定値まで遅延させられるか排気弁の開くタイミングが所定値まで早められて、その上さらに船内電力の需要が多くなる場合には、発電機１１とは別の発電機（図示せず）を回転駆動する図示しないディーゼル機関（補機）が自動的にまたは乗組員の手で起動され、船内電力の需要に応えることになる。
本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービン４への排気ガス温度が上昇し、パワータービン４におけるエネルギー回収率が増加して、舶用ディーゼル機関１よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第２実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の要部をより詳しく説明するための構成図である。
本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、図３に破線で示すように、パワーマネジメントシステム２１またはパワータービン制御システム２２により算出された発電機１１（図１参照）の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差を、エンジン制御システム２３に偏差信号として出力し、それを元にフィードフォワード制御を行っているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
すなわち、本実施形態では、発電機１１による電力の供給が、船内で必要とされる電力の需要よりも少なくなる、または多くなると想定（予想）される場合に、発電機１１による電力の供給が、実際に船内で必要とされる電力の需要よりも少なくなる、または多くなる前に、ガス入口制御弁Ｖ１、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３、燃料噴射弁、排気弁が予め操作されて、発電機１１の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差が極力小さくなるようになっている。
本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、パワーマネジメントシステム２１またはパワータービン制御システム２２により算出された発電機１１の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差が、エンジン制御システム２３に偏差信号として出力され、それを元にフィードフォワード制御が行われることになるので、発電機１１の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差を常に小さくすることができて、船内電力を安定的に供給することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、発電機１１の駆動源としてパワータービン４が用いられているが、パワータービン４の代わりに、例えば、発電機を内蔵したハイブリッド排気タービン過給機（例えば、特開２００９−１９１７９４号公報参照）を用いてもよい。
１ 舶用ディーゼル機関
２ エンジン本体
４ パワータービン
１１ 発電機
２２ パワータービン制御システム（制御手段）
２３ エンジン制御システム（制御手段）
Ｌ２ 第２の排気管（排気管）
Ｖ１ ガス入口制御弁

Claims (9)

  1. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    前記パワータービンにより駆動される発電機と、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されることを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置。
  2. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    前記パワータービンにより駆動される発電機と、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されることを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置。
  3. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されることを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置。
  4. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御手段とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御手段から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されることを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置を具備していることを特徴とする船舶。
  6. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    前記パワータービンにより駆動される発電機とを備え、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにしたことを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
  7. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    前記パワータービンにより駆動される発電機とを備え、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにしたことを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
  8. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機とを備え、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにしたことを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
  9. 舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機とを備え、
    前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにしたことを特徴とするエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
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