JP2018040276A

JP2018040276A - 船舶の冷却システム

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Publication number: JP2018040276A
Application number: JP2016173762A
Authority: JP
Inventors: 岳夫宇井; Takeo Ui; 桂介三宅; Keisuke Miyake; 雄輝宍粟; Yuki Shisawa
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-06
Also published as: JP6788440B2; CN109642488A; WO2018047525A1; CN109642488B; KR102240300B1; KR20190040058A

Abstract

【課題】主機の燃費をいっそう改善できる船舶の冷却システムを提供する。
【解決手段】船舶の冷却システムは、清水と海水との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換器を通過する清水の流量とバイパスラインを流れる清水の流量との比率を変更する温度調整弁と、通常時は、バイパスラインに清水が流れないように温度調整弁を制御した上で、清水冷却後温度センサで検出される温度が設定温度に保たれるようにインバータを介して海水ポンプの回転数を制御し、海水ポンプの回転数が最低回転数となり、かつ、清水冷却後温度センサで検出される温度が設定温度よりも低くなったときは、清水冷却後温度センサで検出される温度が設定温度よりも低い下限温度に保たれるように温度調整弁を制御する制御装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の冷却システムに関する。

一般的に、船舶では、主機を冷却するために、主機と熱交換器との間で清水が循環され、前記熱交換器で清水と海水との熱交換が行われる。例えば、特許文献１には、図４に示すような船舶の冷却システム１００が開示されている。

具体的に、冷却システム１００では、海水が、第１海水ライン１５１により船体外から熱交換器１１０へ導かれ、第２海水ライン１５２により熱交換器１１０から船体外へ導かれる。第１海水ライン１５１には、海水ポンプ１６０が設けられている。また、熱交換器１１０で海水と熱交換を行う清水は、第１清水ライン１３１により熱交換器１１０から主機１２０へ導かれ、第２清水ライン１３２により主機１２０から熱交換器１１０へ導かれる。

第１清水ライン１３１および第２清水ライン１３２には、熱交換器１１０をバイパスするようにバイパスライン１３３が接続されている。そして、熱交換器１１０を通過する清水の流量とバイパスライン１３３を流れる清水の流量のとの比率が、温度調整弁１４０により変更される。温度調整弁１４０は、制御装置１７０により制御される。

制御装置１７０は、主機１２０へ供給される清水の温度が一定となるように、温度調整弁１４０を制御する。また、制御装置１７０は、温度調整弁１４０の熱交換器１１０側開度が目標開度に近づくように、インバータ１７５を介して海水ポンプ１６０の回転数を制御する。

特開２００９−２７４４６９号公報

ところで、図４に示す冷却システム１００では、主機１２０の燃費にさらなる改善の余地がある。

そこで、本発明は、主機の燃費をいっそう改善できる船舶の冷却システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、主機がレシプロエンジンである場合には、清水が主機だけでなく過給機から主機へ供給される空気を冷却するエアクーラにも供給されるため、そのエアクーラへ供給する清水の温度を低下させれば、主機の燃費が改善されることに鑑み、それを実現する制御方法を考案した。本発明は、このような観点からなされたものである。

本発明の１つの側面からの船舶の冷却システムは、清水と海水との間で熱交換を行って前記清水を冷却する熱交換器と、船体外から前記熱交換器へ海水を導く、海水ポンプが設けられた第１海水ラインと、前記熱交換器から前記船体外へ海水を導く第２海水ラインと、前記熱交換器から、船舶のレシプロエンジンである主機および過給機から前記主機へ供給される空気を冷却するエアクーラへ清水を導く第１清水ラインと、前記主機および前記エアクーラから前記熱交換器へ清水を導く第２清水ラインと、前記熱交換器をバイパスするように前記第２清水ラインから分岐して前記第１清水ラインに合流するバイパスラインと、前記熱交換器を通過する清水の流量と前記バイパスラインを流れる清水の流量との比率を変更する温度調整弁と、前記バイパスラインの合流点よりも下流側で前記第１清水ラインに流れる清水の温度を検出する清水冷却後温度センサと、通常時は、前記バイパスラインに清水が流れないように前記温度調整弁を制御した上で、前記清水冷却後温度センサで検出される温度が設定温度に保たれるようにインバータを介して前記海水ポンプの回転数を制御し、前記海水ポンプの回転数が最低回転数となり、かつ、前記清水冷却後温度センサで検出される温度が前記設定温度よりも低くなったときは、前記清水冷却後温度センサで検出される温度が前記設定温度よりも低い下限温度に保たれるように前記温度調整弁を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、通常時は、主機およびエアクーラへ供給される清水の温度が設定温度に保たれる温度一定制御が実行される。一方、海水ポンプが最低回転数となったときは、主機およびエアクーラへ供給される清水の温度が、バイパスラインに清水が流れない場合は設定温度と下限温度の間で成り行きに任され、バイパスラインに清水が流れる場合は下限温度に保たれる。すなわち、海水ポンプが最低回転数となったときは、エアクーラへ供給される清水の温度を設定温度よりも低く抑えることができる。これにより、主機へ供給される空気の温度が低下し、主機の燃費を改善することができる。

本発明の別の側面からの船舶の冷却システムは、清水と海水との間で熱交換を行って前記清水を冷却する熱交換器と、船体外から前記熱交換器へ海水を導く、第１回転数と前記第１回転数よりも大きな第２回転数のどちらかに切り換え可能な海水ポンプが設けられた第１海水ラインと、前記熱交換器から前記船体外へ海水を導く第２海水ラインと、前記熱交換器から、船舶のレシプロエンジンである主機および過給機から前記主機へ供給される空気を冷却するエアクーラへ清水を導く第１清水ラインと、前記主機および前記エアクーラから前記熱交換器へ清水を導く第２清水ラインと、前記熱交換器をバイパスするように前記第２清水ラインから分岐して前記第１清水ラインに合流するバイパスラインと、前記熱交換器を通過する清水の流量と前記バイパスラインを流れる清水の流量との比率を変更する温度調整弁と、前記バイパスラインの合流点よりも下流側で前記第１清水ラインに流れる清水の温度を検出する清水冷却後温度センサと、前記第２清水ラインに流れる清水の温度を検出する清水冷却前温度センサと、前記第１海水ラインに流れる海水の温度を検出する海水流入温度センサと、前記清水冷却後温度センサ、前記清水冷却前温度センサおよび前記海水流入温度センサで検出される温度に基づいて、前記海水ポンプを前記第１回転数としたときに前記熱交換器で清水を設定温度以下まで冷却できるかという低速運転条件を満たすか否かを判定し、前記低速運転条件を満たさないときは、前記海水ポンプが前記第２回転数に切り換えられた場合に前記バイパスラインに清水が流れないように前記温度調整弁を制御し、前記低速運転条件を満たすときは、前記海水ポンプが前記第１回転数に切り換えられた場合に前記清水冷却後温度センサで検出される温度が前記設定温度よりも低い下限温度に保たれるように前記温度調整弁を制御する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

通常、熱交換器は、海水ポンプが第２回転数となったときに清水を設定温度以下まで冷却できるように構成される。従って、上記の構成によれば、主機およびエアクーラへ供給される清水の温度を設定温度と下限温度の間で変化させることができる。つまり、エアクーラへ供給される清水の温度が設定温度よりも低くなれば、主機へ供給される空気の温度が低下する。これにより、主機の燃費を改善することができる。しかも、上記の構成では、インバータを用いる必要がないので、コストを低減することができる。

例えば、前記海水ポンプは、手動で前記第１回転数と前記第２回転数のどちらかに切り換えられるように構成されており、前記制御装置は、前記低速運転条件を満たすか否かを表示器を介して表示してもよい。

あるいは、前記海水ポンプは、電気信号によって前記第１回転数と前記第２回転数のどちらかに切り換えられるように構成されており、前記制御装置は、前記低速運転条件を満たさないときは、前記海水ポンプを前記第２回転数に切り換え、前記低速運転条件を満たすときは、前記海水ポンプを前記第１回転数に切り換えてもよい。

前記制御装置は、前記海水ポンプが前記第２回転数のときに、前記清水冷却後温度センサ、前記清水冷却前温度センサおよび前記海水流入温度センサで検出される温度に基づいて、前記熱交換器の熱交換能力係数を算出し、算出した熱交換能力係数を使用して前記低速運転条件を満たすか否かを判定してもよい。この構成によれば、熱交換器の汚れ等による経年変化を考慮して低速運転条件を満たすか否かを判定することができる。

前記第１清水ラインは、前記熱交換器から前記主機および前記エアクーラだけでなくＥＧＲクーラへも清水を導き、前記第２清水ラインは、前記主機および前記エアクーラだけでなく前記ＥＧＲクーラからも前記熱交換器へ清水を導いてもよい。特に、ＥＧＲが採用された船舶では、ＥＧＲは特定の海域のみでしか使用されない。つまり、ＥＧＲが使用されない通常運転時には冷却システムの冷却能力に余裕があるので、主機の燃費の改善という効果をより顕著に得ることができる。

前記第１清水ラインは、前記熱交換器から前記主機および前記エアクーラだけでなく一定温度での冷却が必要な特殊冷却機器へも清水を導き、前記第２清水ラインは、前記主機および前記エアクーラだけでなく前記特殊冷却機器からも前記熱交換器へ清水を導き、上記の冷却システムは、前記特殊冷却機器用の循環回路を形成するように前記第２清水ラインから分岐して前記第１清水ラインに合流する還流ラインをさらに備えてもよい。この構成によれば、特殊冷却機器へ供給される清水を一定温度に保つことができる。

本発明によれば、船舶の主機の燃費をいっそう改善することができる。

本発明の第１実施形態に係る船舶の冷却システムの概略構成図である。主機の給気および排気に関する系統図である。本発明の第２実施形態に係る船舶の冷却システムの概略構成図である。従来の船舶の冷却システムの概略構成図である。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る船舶の冷却システム１Ａを示す。この冷却システム１Ａは、清水および海水を使用して船舶の主機１１およびその他の機器を冷却するためのものである。

主機１１は、図略のスクリュープロペラを直接的に駆動してもよいし（機械推進）、発電機およびモータを介して駆動してもよい（電気推進）。主機１１は、レシプロエンジンであり、シリンダとピストンとで形成される複数の燃焼室を有する。

図２に示すように、主機１１は、給気ライン９４により過給機９１の圧縮機９２と接続されているとともに、排気ライン９５により過給機９１のタービン９３と接続されている。給気ライン９４には、エアクーラ１２が設けられている。エアクーラ１２は、過給機９１の圧縮機９２から主機１１へ供給される空気を冷却する。

本実施形態では、排気ライン９５からＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ライン９６が分岐しており、このＥＧＲライン９６がエアクーラ１２の下流側で給気ライン９４に合流している。ＥＧＲライン９６には、上流側から順に、ＥＧＲクーラ１３およびブロア９７が設けられている。

図１に示すように、冷却システム１Ａは、清水と海水との間で熱交換を行って清水を冷却する熱交換器２１を含む。また、冷却システム１Ａは、船体外から熱交換器２１へ海水を導く第１海水ライン３１と、熱交換器２１から船体外へ海水を導く第２海水ライン３２を含む。第１海水ライン３１には、海水ポンプ３３が設けられている。

さらに、冷却システム１Ａは、熱交換器２１から主機１１、エアクーラ１２およびＥＧＲクーラ１３へ清水を導く第１清水ライン４と、主機１１、エアクーラ１２およびＥＧＲクーラ１３から熱交換器２１へ清水を導く第２清水ライン５を含む。本実施形態では、第１清水ライン４が、熱交換器２１から一定温度での冷却が必要な特殊冷却機器１４へも清水を導き、第２清水ライン５が、特殊冷却機器１４から熱交換器２１へも清水を導く。特殊冷却機器１４は、例えば、発電用エンジンなどである。

より詳しくは、第１清水ライン４は、熱交換器２１から延びる１本の主流路４１と、主流路４１と上述した冷却対象機器（主機１１、エアクーラ１２、ＥＧＲクーラ１３および特殊冷却機器１４）とをそれぞれ接続する複数本の支流路４２を有する。同様に、第２清水ライン５は、熱交換器２１から延びる１本の主流路５１と、主流路５１と冷却対象機器とをそれぞれ接続する複数本の支流路５２を有する。

第１清水ライン４および第２清水ライン５には、熱交換器１１０をバイパスするようにバイパスライン２２が接続されている。バイパスライン２２は、第２清水ライン５の主流路５１から分岐して、第１清水ライン４の主流路４１に合流している。第２清水ライン５の主流路５１には、バイパスライン２２の分岐点よりも上流側に清水ポンプ２３が設けられている。

熱交換器２１を通過する清水の流量とバイパスライン２２を流れる清水の流量との比率は、温度調整弁２４により変更される。本実施形態では、温度調整弁２４が、第１清水ライン４の主流路４１におけるバイパスライン２２の合流点に設けられた三方弁（混合弁）である。ただし、温度調整弁２４は、第２清水ライン５の主流路５１におけるバイパスライン２２の分岐点に設けられた三方弁（分配弁）であってもよい。あるいは、温度調整弁２４は、主流路４１におけるバイパスライン２２の合流点よりも上流側部分または主流路５１におけるバイパスライン２２の分岐点よりも下流側部分に設けられた第１流量制御弁と、バイパスライン２２に設けられた第２流量制御弁で構成されてもよい。

第１清水ライン４および第２清水ライン５における主機１１用の支流路４２，５２には、循環ライン６１が接続されている。循環ライン６１は、主機１１用の循環回路を形成するように、第２清水ライン５の支流路５２から分岐して、第１清水ライン４の支流路４２に合流している。循環ライン６１には、主機１１用の循環回路に清水を循環させるためのポンプ６２が設けられている。ただし、ポンプ６２は、支流路５２における循環ライン６１の分岐点よりも上流側部分または支流路４２における循環ライン６１の合流点よりも下流側部分に設けられてもよい。

また、主機１１用の循環回路には、主機１１へ供給される清水の温度を一定に保つための温度調整弁６３が設けられている。本実施形態では、温度調整弁６３が、支流路４２における循環ライン６１の合流点に設けられた三方弁（混合弁）であるが、温度調整弁６３は、支流路５２における循環ライン６１の分岐点に設けられた三方弁（分配弁）であってもよい。

同様に、第１清水ライン４および第２清水ライン５における特殊冷却機器１４用の支流路４２，５２には、循環ライン６４が接続されている。循環ライン６４は、特殊冷却機器１４用の循環回路を形成するように、第２清水ライン５の支流路５２から分岐して、第１清水ライン４の支流路４２に合流している。循環ライン６４には、特殊冷却機器１４用の循環回路に清水を循環させるためのポンプ６５が設けられている。ただし、ポンプ６５は、支流路５２における循環ライン６４の分岐点よりも上流側部分または支流路４２における循環ライン６４の合流点よりも下流側部分に設けられてもよい。

また、特殊冷却機器１４用の循環回路には、特殊冷却機器１４へ供給される清水の温度を一定に保つための温度調整弁６６が設けられている。本実施形態では、温度調整弁６６が、支流路４２における循環ライン６４の合流点に設けられた三方弁（混合弁）であるが、温度調整弁６６は、支流路５２における循環ライン６１の分岐点に設けられた三方弁（分配弁）であってもよい。

上述した温度調整弁２４，６３，６６は、制御装置７により制御される。また、制御装置７は、上述した海水ポンプ３３の回転数をインバータ８を介して制御する。なお、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。一方、清水ポンプ２３の回転数は一定である。例えば、制御装置７は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有する。制御装置７は、単一の装置であってもよいし、海水ポンプ３３制御用の装置と温度調整弁２４，６３，６６の制御用の複数の装置とに分割されていてもよい。以下、温度調整弁２４の制御について詳しく説明する。

第１清水ライン４の主流路４１には、バイパスライン２２の合流点よりも下流側で、第１清水ライン４に流れる清水の温度を検出する清水冷却後温度センサ７１が設けられている。制御装置７が海水ポンプ３３制御用の装置と温度調整弁２４，６３，６６の制御用の複数の装置とに分割される場合、清水冷却後温度センサ７１として、海水ポンプ制御用の温度センサと、温度調整弁２４制御用の温度センサが用いられてもよい。

制御装置７は、通常時、バイパスライン２２に清水が流れないように温度調整弁２４を制御した上で、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が設定温度Ｔｄに保たれるようにインバータ８を介して海水ポンプ３３の回転数を制御する。つまり、通常時は、熱交換器２１から流出する清水の温度が一定となるように、海水ポンプ３３の回転数が最高回転数Ｎ１と最低回転数Ｎ２の間で調整される。例えば、設定温度Ｔｄは３６℃であり、最高回転数Ｎ１および最低回転数Ｎ２はそれぞれ１２００ｒｐｍおよび６００ｒｐｍである。

例えば、主機１１の負荷が高いときは、主機１１から流出する清水の温度が高くなるため、海水ポンプ３３の回転数が大きくなり、主機１１の負荷が低いときは、主機１１から流出する清水の温度が低くなるため、海水ポンプ３３の回転数が小さくなる。

一方、海水ポンプ３３の回転数が最低回転数Ｎ２となり、かつ、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が設定温度Ｔｄよりも低くなったときは、制御装置７は、温度一定制御から温度可変制御に移行する。温度一定制御は、冷却対象機器（主機１１、エアクーラ１２、ＥＧＲクーラ１３および特殊冷却機器１４）へ供給される清水の温度が設定温度Ｔｄに保たれる制御であり、温度可変制御は、冷却対象機器へ供給される清水の温度を設定温度Ｔｄよりも低く抑える制御である。

具体的に、温度可変制御では、制御装置７が、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が設定温度Ｔｄよりも低い下限温度Ｔｌに保たれるように温度調整弁２４を制御する。例えば、下限温度Ｔｌは１０℃である。北極圏などでは、海水の温度が１０℃を下回ることがある。

清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌよりも高い場合は、バイパスライン２２に清水が流れると、検出温度がさらに高くなる。従って、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌと設定温度Ｔｄの間にある場合は、制御装置７は、バイパスライン２２に清水が流れないように温度調整弁２４を制御する。つまり、この場合は、冷却対象機器へ供給される清水の温度が成り行きに任される（正確には、主機１１および特殊冷却機器１４には、温度調整弁６３，６６の作用によって一定温度の清水が供給される）。一方、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌを下回った場合は、制御装置７は、バイパスライン２２に清水が流れて清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌまで上昇するように温度調整弁２４を制御する。

以上説明したように、本実施形態の冷却システム１Ａでは、通常時は温度一定制御が実行される。一方、海水ポンプ３３が最低回転数Ｎ２となったときは、冷却対象機器へ供給される清水の温度が、バイパスライン２２に清水が流れない場合は設定温度Ｔｄと下限温度Ｔｌの間で成り行きに任され、バイパスライン２２に清水が流れる場合は下限温度Ｔｌに保たれる。すなわち、海水ポンプ３３が最低回転数Ｎ２となったときは、エアクーラ１２へ供給される清水の温度を設定温度Ｔｄよりも低く抑えることができる。これにより、主機１１へ供給される空気の温度が低下し、主機１１の燃費を改善することができる。

特に、本実施形態のようにＥＧＲが採用された船舶では、ＥＧＲは特定の海域のみでしか使用されない。つまり、ＥＧＲが使用されない通常運転時には冷却システム１Ａの冷却能力に余裕があるので、主機１１の燃費の改善という効果をより顕著に得ることができる。

また、本実施形態では、特殊冷却機器１４用の循環回路が形成されているので、特殊冷却機器１４へ供給される清水を一定温度に保つことができる。

（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る船舶の冷却システム１Ｂを示す。この冷却システム１Ｂが第１実施形態の冷却システム１Ａと異なる点は、海水ポンプ３３が第１回転数Ｎａと第１回転数Ｎａよりも大きな第２回転数Ｎｂのどちらかに切り換え可能な点である。例えば、第１回転数Ｎａは６００ｒｐｍであり、第２回転数Ｎｂは１２００ｒｐｍである。

本実施形態では、海水ポンプ３３が、手動で第１回転数Ｎａと第２回転数Ｎｂのどちらかに切り換えられるように構成されている。そして、制御装置７が表示器９と接続されている。

さらに、本実施形態では、第２清水ライン５の主流路５１に清水冷却前温度センサ７２が設けられているとともに、第１海水ライン３１に海水流入温度センサ７３が設けられている。清水冷却前温度センサ７２は、第２清水ライン５の主流路５１に流れる清水の温度を検出し、海水流入温度センサ７３は、第１海水ライン３１に流れる海水の温度を検出する。

制御装置７は、清水冷却後温度センサ７１、清水冷却前温度センサ７２および海水流入温度センサ７３で検出される温度に基づいて、低速運転条件を満たすか否かを判定する。低速運転条件は、海水ポンプ３３を第１回転数Ｎａとしたときに熱交換器２１で清水を設定温度Ｔｄ以下まで冷却できるかという条件である。制御装置７は、低速運転条件を満たすか否かを表示器９を介して表示する。

表示器９は、画面を有するディスプレイであってもよいし、単なるランプであってもよい。制御装置７は、表示器９を介して表示する際に、低速運転条件を満たすか否かを第１回転数Ｎａと第２回転数Ｎｂのどちらが選択されるべきかという内容で表示してもよい。操船者は、表示器９上の表示を見て、海水ポンプ３３を第１回転数Ｎａまたは第２回転数Ｎｂに切り換える。

制御装置７は、低速運転条件を満たさないときは、海水ポンプ３３が第２回転数Ｎｂに切り換えられた場合にバイパスライン２２に清水が流れないように温度調整弁２４を制御する。一方、低速運転条件を満たすときは、制御装置７は、海水ポンプ３３が第１回転数Ｎａに切り換えられた場合に清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が設定温度Ｔｄよりも低い下限温度Ｔｌに保たれるように温度調整弁２４を制御する。

低速運転条件を満たすときは、第１実施形態と同様に、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌよりも高い場合は、バイパスライン２２に清水が流れると、検出温度がさらに高くなる。従って、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌと設定温度Ｔｄの間にある場合は、制御装置７は、バイパスライン２２に清水が流れないように温度調整弁２４を制御する。つまり、この場合は、冷却対象機器（主機１１、エアクーラ１２、ＥＧＲクーラ１３および特殊冷却機器１４）へ供給される清水の温度が成り行きに任される（正確には、主機１１および特殊冷却機器１４には、温度調整弁６３，６６の作用によって一定温度の清水が供給される）。一方、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌを下回った場合は、制御装置７は、バイパスライン２２に清水が流れて清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が下限温度Ｔｌまで上昇するように温度調整弁２４を制御する。

さらに、本実施形態では、制御装置７が、海水ポンプ３３が第２回転数Ｎｂのときに、清水冷却後温度センサ７１、清水冷却前温度センサ７２および海水流入温度センサ７３で検出される温度に基づいて、熱交換器２１の熱交換能力係数Ｋｂを算出し、算出した熱交換能力係数Ｋｂを使用して低速運転条件を満たすか否かを判定する。熱交換能力係数Ｋｂは、熱交換面積Ｓと熱伝達係数ｋと汚れ係数λをかけ合わせたものである（Ｋｂ＝Ｓ×ｋ×λ）。

一方、海水ポンプ３３が第１回転数Ｎａのときは、清水冷却後温度センサ７１で検出される温度が設定温度Ｔｂ以上となったときが、低速運転条件を満たさなくなったときである。

具体的に、制御装置７は、まず、以下の式１から、熱交換量Ｑを算出する。
Ｑ＝（Ｔｆ１−Ｔｆ２）×ｃｆ×ｄｆ×Ｆｆ・・・（式１）
Ｔｆ１：清水冷却前温度センサ７２で検出される温度
Ｔｆ２：清水冷却後温度センサ７１で検出される温度
ｃｆ：清水の比熱
ｄｆ：清水の比重
Ｆｆ：清水の流量（清水ポンプ２３の回転数から換算）

次に、制御装置７は、以下の式２から、海水流出温度Ｔｓ２ｂを算出する。
Ｔｓ２ｂ＝Ｔｓ１＋Ｑ／（ｃｓ×ｄｓ×Ｆｓｂ）・・・（式２）
Ｔｓ１：海水流入温度センサ７３で検出される温度
ｃｓ：海水の比熱
ｄｓ：海水の比重
Ｆｓｂ：第２回転数Ｎｂ時の海水の流量

次に、制御装置７は、以下の式３から、第２回転数Ｎｂ時の対数平均温度差ＬＭＴＤｂを算出する。
ＬＭＴＤｂ＝（ＴＤ１ｂ−ＴＤ２ｂ）／ｌｎ（ＴＤ１ｂ／ＴＤ２ｂ）
・・・（式３）
ＴＤ１ｂ：清水入口側温度差（Ｔｆ１−Ｔｓ２ｂ）
ＴＤ２ｂ：清水出口側温度差（Ｔｆ２−Ｔｓ１）

最後に、制御装置７は、以下の式４から、熱交換能力係数Ｋｂを算出する。
Ｋｂ＝Ｑ／ＬＭＴＤｂ・・・（式４）

次に、制御装置７は、海水ポンプ３３を第１回転数Ｎａとしたときに清水流出温度が設定温度Ｔｄとなる仮想の熱交換能力係数Ｋａを算出する。

まず、制御装置７は、以下の式５から、清水冷却前温度Ｔｆ１ａを算出する。
Ｔｆ１ａ＝Ｔｄ＋Ｑ／（ｃｆ×ｄｆ×Ｆｆ）・・・（式５）

次に、制御装置７は、以下の式６から、海水流出温度Ｔｓ２ａを算出する。
Ｔｓ２ａ＝Ｔｓ１＋Ｑ／（ｃｓ×ｄｓ×Ｆｓａ）・・・（式６）
Ｆｓａ：第１回転数Ｎａ時の海水の流量

次に、制御装置７は、以下の式７から、第１回転数Ｎａ時の対数平均温度差ＬＭＴＤａを算出する。
ＬＭＴＤａ＝（ＴＤ１ａ−ＴＤ２ａ）／ｌｎ（ＴＤ１ａ／ＴＤ２ａ）
・・・（式７）
ＴＤ１ａ：清水入口側温度差（Ｔｆ１ａ−Ｔｓ２ａ）
ＴＤ２ａ：清水出口側温度差（Ｔｄ−Ｔｓ１）

最後に、制御装置７は、以下の式８から、熱交換能力係数Ｋａを算出する。
Ｋａ＝Ｑ／ＬＭＴＤａ・・・（式８）

第２回転数Ｎｂ時の熱交換能力係数Ｋｂと第１回転数Ｎａとしたときの仮想の熱交換能力係数Ｋａの双方を算出した後は、制御装置７はそれらを比較し、Ｋｂ＞Ｋａであれば低速運転条件を満たすと判定し、Ｋｂ＜Ｋａであれば低速運転条件を満たさないと判定する。

通常、熱交換器２１は、海水ポンプ３３が第２回転数Ｎｂとなったときに清水を設定温度Ｔｄ以下まで冷却できるように構成される。従って、本実施形態のような制御であれば、冷却対象機器へ供給される清水の温度を設定温度Ｔｄと下限温度Ｔｌの間で変化させることができる。つまり、エアクーラ１２へ供給される清水の温度が設定温度Ｔｄよりも低くなれば、主機１１へ供給される空気の温度が低下する。これにより、主機１１の燃費を改善することができる。しかも、上記の構成では、インバータ８（図１参照）を用いる必要がないので、コストを低減することができる。

＜変形例＞
低速運転条件を満たすか否かを判定する際には、算出した熱交換能力係数Ｋｂを使用する代わりに、設計時の熱交換能力係数Ｋを予め制御装置７に格納しておき、その設計時の熱交換能力係数Ｋを使用して低速運転条件を満たすか否かを判定してもよい。ただし、前記実施形態のように熱交換器２１の熱交換能力係数Ｋｂを算出すれば、熱交換器２１の汚れ等による経年変化を考慮して低速運転条件を満たすか否かを判定することができる。

また、熱交換器２１の特性として、海水の流量を変化させた時の熱交換能力の変化が既知の場合は、この効果を加味して低速運転条件を満たすか否かを判定してもよい。例えば、海水の流量を減じた時に熱交換能力が２割減ずるのであれば、低速運転条件をＫｂ×０．８＞Ｋａとして判定してもよい。

海水ポンプ３３は、電気信号によって第１回転数Ｎａと第２回転数Ｎｂのどちらかに切り換えられるように構成されてもよい。この場合、制御装置７は、低速運転条件を満たさないときは、海水ポンプ３３を第２回転数Ｎｂに切り換え、低速運転条件を満たすときは、海水ポンプ３３を第１回転数Ｎａに切り換える。

また、第２海水ライン３２に海水流出温度センサを設け、この温度センサで直接検出される温度を海水流出温度Ｔｓ２ｂとして使用してもよい。

（その他の実施形態）
本発明は上述した第１および第２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種々の変形が可能である。

例えば、図２において、ＥＧＲライン９６およびＥＧＲクーラ１３が設けられなくてもよい。また、図１，３において、ＥＧＲクーラ１３だけでなく特殊冷却機器１４も採用されずに、第１清水ライン４が熱交換器２１から主機１１およびエアクーラ１２のみへ清水を導いてもよい。

１Ａ，１Ｂ船舶の冷却システム
１１主機
１２エアクーラ
１３ＥＧＲクーラ
１４特殊冷却機器
２１熱交換器
２２バイパスライン
２４温度調整弁
３１第１海水ライン
３２第２海水ライン
３３海水ポンプ
４第１清水ライン
５第２清水ライン
６４循環ライン
７制御装置
７１清水冷却後温度センサ
７２清水冷却前温度センサ
７３海水流入温度センサ
８インバータ
９表示器

Claims

清水と海水との間で熱交換を行って前記清水を冷却する熱交換器と、
船体外から前記熱交換器へ海水を導く、海水ポンプが設けられた第１海水ラインと、
前記熱交換器から前記船体外へ海水を導く第２海水ラインと、
前記熱交換器から、船舶のレシプロエンジンである主機および過給機から前記主機へ供給される空気を冷却するエアクーラへ清水を導く第１清水ラインと、
前記主機および前記エアクーラから前記熱交換器へ清水を導く第２清水ラインと、
前記熱交換器をバイパスするように前記第２清水ラインから分岐して前記第１清水ラインに合流するバイパスラインと、
前記熱交換器を通過する清水の流量と前記バイパスラインを流れる清水の流量との比率を変更する温度調整弁と、
前記バイパスラインの合流点よりも下流側で前記第１清水ラインに流れる清水の温度を検出する清水冷却後温度センサと、
通常時は、前記バイパスラインに清水が流れないように前記温度調整弁を制御した上で、前記清水冷却後温度センサで検出される温度が設定温度に保たれるようにインバータを介して前記海水ポンプの回転数を制御し、前記海水ポンプの回転数が最低回転数となり、かつ、前記清水冷却後温度センサで検出される温度が前記設定温度よりも低くなったときは、前記清水冷却後温度センサで検出される温度が前記設定温度よりも低い下限温度に保たれるように前記温度調整弁を制御する制御装置と、
を備える、船舶の冷却システム。
清水と海水との間で熱交換を行って前記清水を冷却する熱交換器と、
船体外から前記熱交換器へ海水を導く、第１回転数と前記第１回転数よりも大きな第２回転数のどちらかに切り換え可能な海水ポンプが設けられた第１海水ラインと、
前記熱交換器から前記船体外へ海水を導く第２海水ラインと、
前記熱交換器から、船舶のレシプロエンジンである主機および過給機から前記主機へ供給される空気を冷却するエアクーラへ清水を導く第１清水ラインと、
前記主機および前記エアクーラから前記熱交換器へ清水を導く第２清水ラインと、
前記熱交換器をバイパスするように前記第２清水ラインから分岐して前記第１清水ラインに合流するバイパスラインと、
前記熱交換器を通過する清水の流量と前記バイパスラインを流れる清水の流量との比率を変更する温度調整弁と、
前記バイパスラインの合流点よりも下流側で前記第１清水ラインに流れる清水の温度を検出する清水冷却後温度センサと、
前記第２清水ラインに流れる清水の温度を検出する清水冷却前温度センサと、
前記第１海水ラインに流れる海水の温度を検出する海水流入温度センサと、
前記清水冷却後温度センサ、前記清水冷却前温度センサおよび前記海水流入温度センサで検出される温度に基づいて、前記海水ポンプを前記第１回転数としたときに前記熱交換器で清水を設定温度以下まで冷却できるかという低速運転条件を満たすか否かを判定し、前記低速運転条件を満たさないときは、前記海水ポンプが前記第２回転数に切り換えられた場合に前記バイパスラインに清水が流れないように前記温度調整弁を制御し、前記低速運転条件を満たすときは、前記海水ポンプが前記第１回転数に切り換えられた場合に前記清水冷却後温度センサで検出される温度が前記設定温度よりも低い下限温度に保たれるように前記温度調整弁を制御する制御装置と、
を備える、船舶の冷却システム。
前記海水ポンプは、手動で前記第１回転数と前記第２回転数のどちらかに切り換えられるように構成されており、
前記制御装置は、前記低速運転条件を満たすか否かを表示器を介して表示する、請求項２に記載の船舶の冷却システム。
前記海水ポンプは、電気信号によって前記第１回転数と前記第２回転数のどちらかに切り換えられるように構成されており、
前記制御装置は、前記低速運転条件を満たさないときは、前記海水ポンプを前記第２回転数に切り換え、前記低速運転条件を満たすときは、前記海水ポンプを前記第１回転数に切り換える、請求項２に記載の船舶の冷却システム。
前記制御装置は、前記海水ポンプが前記第２回転数のときに、前記清水冷却後温度センサ、前記清水冷却前温度センサおよび前記海水流入温度センサで検出される温度に基づいて、前記熱交換器の熱交換能力係数を算出し、算出した熱交換能力係数を使用して前記低速運転条件を満たすか否かを判定する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の船舶の冷却システム。
前記第１清水ラインは、前記熱交換器から前記主機および前記エアクーラだけでなくＥＧＲクーラへも清水を導き、
前記第２清水ラインは、前記主機および前記エアクーラだけでなく前記ＥＧＲクーラからも前記熱交換器へ清水を導く、請求項１〜５のいずれか一項に記載の船舶の冷却システム。
前記第１清水ラインは、前記熱交換器から前記主機および前記エアクーラだけでなく一定温度での冷却が必要な特殊冷却機器へも清水を導き、
前記第２清水ラインは、前記主機および前記エアクーラだけでなく前記特殊冷却機器からも前記熱交換器へ清水を導き、
前記特殊冷却機器用の循環回路を形成するように前記第２清水ラインから分岐して前記第１清水ラインに合流する還流ラインをさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の船舶の冷却システム。