JP2020133531A - エネルギー回収装置とその制御方法及びこれを備えた船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機の性能低下を防止し、小型のパワータービン発電機で高圧の排ガスエネルギーを効率よく回収することができるエネルギー回収装置とその制御方法及びこれを備えた船舶を提供する。【解決手段】過給機２０、パワータービン発電機３０、及び制御装置５０を備える。パワータービン発電機３０は、発電ライン１２に設けられ、排気マニホールドＭ１から排出される排ガスのエネルギーにより発電する。発電制御弁Ｖ１が、発電ライン１２に設けられ、排気マニホールドＭ１からパワータービン発電機３０に供給する排ガスの流量を制御する。排気弁Ｖ２が、排気ライン１４に設けられ排気マニホールドＭ１から排ガスを外部に排気する。制御装置５０は、発電制御弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯｘ３次規制に対応可能なエネルギー回収装置とその制御方法及びこれを備えた船舶に関する。

船舶から排出される大気汚染物質に関する国際海事機関による規制は年々厳しくなり、ＮＯｘ３次規制（ＮＯｘ Ｔｉｅｒ ＩＩＩ、以下、３次規制）では１次規制値より８０％削減することが義務付けられている。
この３次規制の対応のため、ディーゼル主機関の脱硝装置として排ガス再循環装置（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＥＧＲ）が採用される場合がある。
しかし、ＥＧＲを備えた船舶は、３次規制が適用されない海域（非規制海域）において、余剰排ガスが大量に発生し、エネルギー効率が低下する。
そこで、排ガスエネルギーを回収する手段として、例えば特許文献１が開示されている。

特許文献１の「エンジンの排ガスエネルギー回収装置」は、排気タービン過給機、パワータービン発電機、排ガス再循環装置、及び排気管を備える。排気管は、排気マニホールドから排気タービン過給機のタービン部とパワータービン発電機を経由して排ガスを外部に排気する。

特開２０１４−１５２７６３号公報

特許文献１の装置では、排ガスが、排気マニホールドから排気タービン過給機（以下、過給機）のタービン部とパワータービン発電機を経由して外部に排気されるので、過給機に流入した排ガスの全量がパワータービン発電機に流入する。そのため、以下の問題があった。
（１）過給機の排ガス全量がパワータービン発電機に流入するため、パワータービン発電機が大型化する。
（２）過給機により排ガスが減圧されているため、パワータービン発電機による発電出力が小さい。
（３）過給機の排ガス全量がパワータービン発電機に流入するため、パワータービン発電機を単独で停止できない。
（４）パワータービン発電機により過給機の背圧が高くなり、過給機の性能が低下する。

また、過給機にバイパスラインを設けて過剰な排ガスを外部に排気する場合、その分の排ガスエネルギーを回収できない。特に、排ガス再循環装置を停止又はその処理量を減少させた場合に発生する大量の過剰排ガスの排ガスエネルギーが回収できない。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、過給機の性能低下を防止し、小型のパワータービン発電機で高圧の排ガスエネルギーを効率よく回収することができるエネルギー回収装置とその制御方法及びこれを備えた船舶を提供することにある。

本発明によれば、エンジンの排気マニホールドにそれぞれ独立して連結された過給ライン、発電ライン、及び排気ラインと、
前記過給ラインに設けられ前記排気マニホールドから排出される排ガスのエネルギーにより吸気を圧縮し前記エンジンの掃気マニホールドに供給する過給機と、
前記発電ラインに設けられ、前記排気マニホールドから排出される排ガスのエネルギーにより発電するパワータービン発電機と、
前記発電ラインに設けられ、前記排気マニホールドから前記パワータービン発電機に供給する排ガスの流量を制御する発電制御弁と、
前記排気ラインに設けられ前記排気マニホールドから排ガスを外部に排気する排気弁と、
前記発電制御弁及び前記排気弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、掃気マニホールド内の掃気圧の適正範囲内の下限圧とリリーフ圧を記憶し、
（Ａ）前記掃気圧が下限圧未満のときに、前記発電制御弁及び前記排気弁を全閉し、
（Ｂ）前記掃気圧が下限圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の発電出力を制御し、
（Ｃ）前記掃気圧がリリーフ圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の前記発電出力を制御し、かつ前記排気弁を開いて前記排気マニホールドを減圧する、エネルギー回収装置が提供される。

また本発明によれば、上記のエネルギー回収装置の制御方法であって、
前記制御装置に掃気マニホールド内の前記掃気圧の適正範囲内の下限圧とリリーフ圧を記憶し、
前記エンジンの運転中に、前記掃気圧を検出して、前記下限圧及び前記リリーフ圧と比較し、
前記掃気圧が下限圧未満のときに、前記発電制御弁及び前記排気弁を全閉し、
前記掃気圧が下限圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の前記発電出力を制御し、
前記掃気圧がリリーフ圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の前記発電出力を制御し、かつ前記排気弁を開いて前記排気マニホールドを減圧する、エネルギー回収装置の制御方法が提供される。

さらに本発明によれば、上記のエネルギー回収装置を備えた船舶が提供される。

上記本発明によれば、過給ライン、発電ライン、及び排気ラインが、排気マニホールドにそれぞれ独立して連結され、過給機は過給ラインに設置され、パワータービン発電機は発電ラインに設置される。
従って、過給機の排ガスは、パワータービン発電機を経由せずに直接外部に排気されるので、過給機の背圧が上昇せず、過給機の性能低下を防止できる。

また、パワータービン発電機は、過給機を通過した排ガスを利用しないので、過給機と別箇に単独で運転でき単独で停止できる。さらに、過給機に流入する排ガス量に関係なくパワータービン発電機の処理量を設定できるので、パワータービン発電機を小型化できる。

また、制御装置が、掃気圧の適正範囲内の下限圧以上のときに、発電制御弁を開いてパワータービン発電機の発電出力を制御するので、従来無駄に排気されていた高圧の排ガスエネルギーを効率よく回収することができる。

本発明によるエネルギー回収装置の全体構成図である。 本発明による制御方法の全体フロー図である。 先行文献１のエネルギー回収装置の性能特性図である。 本発明のエネルギー回収装置の性能特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるエネルギー回収装置１００の全体構成図である。
この図において、エネルギー回収装置１００は、過給ライン１０、発電ライン１２、排気ライン１４、過給機２０、パワータービン発電機３０、及び制御装置５０を備える。

過給ライン１０、発電ライン１２、及び排気ライン１４は、エンジン１の排気マニホールドＭ１にそれぞれ独立して連結された配管ラインである。
エンジン１は、船舶の主機関であり、この例ではディーゼル機関である。以下、エンジン１を単に「主機関」と呼ぶ。
エンジン１の負荷データは、制御装置５０にリアルタイムに入力される。負荷データとして、例えば軸出力、燃料投入量インデックス、掃気圧、過給機回転数、もしくはこれらの数値の複数により演算した数値が用いられる。

過給機２０は、過給ライン１０に設けられ、互いに連結されたタービン２０ａとコンプレッサ２０ｂを有し、排ガスのエネルギーによりタービン２０ａが高速回転してコンプレッサ２０ｂを高速回転させ、外部から供給される吸気をコンプレッサ２０ｂで圧縮する。
過給機２０には、その回転数、入口圧力、及び入口温度を検出するセンサ（図示せず）が設けられ、それらの検出データは制御装置５０にリアルタイムに入力される。

過給ライン１０は、排ガス入口管１０ａ、排ガス出口管１０ｂ、吸気入口管１０ｃ、吸気出口管１０ｄを有する。
排ガス入口管１０ａは、排気マニホールドＭ１とタービン２０ａの入口を連通する。排ガス出口管１０ｂは、タービン２０ａの出口と外部の排ガス放出部（例えばスタック等）を連通する。吸気入口管１０ｃはコンプレッサ２０ｂの入口と外部の吸気取込部（例えばエアフィルタ）を連通する。吸気出口管１０ｄは、コンプレッサ２０ｂの出口とエンジン１の掃気マニホールドＭ２を連通する。

上述した構成により、過給機２０は、排気マニホールドＭ１から排出される排ガスのエネルギーにより吸気を圧縮しエンジン１の掃気マニホールドＭ２に供給する。

パワータービン発電機３０（以下、ＰＴＧ）は、発電ライン１２に設けられ、パワータービン３０ａ、減速機３０ｂ、及び発電機３０ｃを有する。排ガスのエネルギーによりパワータービン３０ａが高速回転し、この回転を減速機３０ｂが減速して発電機３０ｃを回転駆動し、発電機３０ｃが電力を発電する。発電機３０ｃは、同期発電機でも誘導発電機でもよい。
発電ライン１２は、排ガス供給管１２ａと排ガス排出管１２ｂを有する。
この構成により、パワータービン発電機３０（ＰＴＧ）は、排気マニホールドＭ１から排出される排ガスのエネルギーにより発電する。
この例で、ＰＴＧは、さらにパワータービン３０ａの回転を制動する軸ブレーキ３０ｄを備える。

図１において、発電制御弁Ｖ１が発電ライン１２に設けられ、排気マニホールドＭ１からＰＴＧに供給する排ガスの流量を制御する。発電制御弁Ｖ１は、遠隔制御可能な流量調節弁であることが好ましい。

排気ライン１４は、排気マニホールドＭ１と外部の排ガス放出部（例えばスタック等）を連通する。
排気弁Ｖ２が、排気ライン１４に設けられ排気マニホールドＭ１から排ガスを外部に排気する。排気弁Ｖ２は、遠隔制御可能な流量調節弁であることが好ましいが、遠隔制御可能な開閉弁（例えばバタフライ弁）であってもよい。

制御装置５０は、発電制御弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２を制御する。掃気マニホールドＭ２には、掃気圧を検出する圧力検出器２が設けられ、検出した掃気圧は制御装置５０に入力される。
制御装置５０は、掃気マニホールド内の掃気圧の適正範囲内の下限圧ＰＬとリリーフ圧ＰＨを記憶し、以下の制御を実施する。
（Ａ）掃気圧が下限圧ＰＬ未満のときに、発電制御弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２を全閉する。
（Ｂ）掃気圧が下限圧ＰＬ以上のときに、発電制御弁Ｖ１を開いてＰＴＧの発電出力を制御する。
（Ｃ）掃気圧がリリーフ圧ＰＨ以上のときに排気弁Ｖ２を開いて排気マニホールドＭ１を減圧する。

図１において、エネルギー回収装置１００は、さらに排ガス再循環ライン１６と排ガス再循環装置４０を備える。
排ガス再循環ライン１６は、排ガス入口管１６ａと排ガス出口管１６ｂを有する。排ガス入口管１６ａと排ガス出口管１６ｂには入口流量制御弁Ｖ３と出口流量制御弁Ｖ４がそれぞれ設けられ、そこを流れる排ガスの流量を制御する。

排ガス再循環装置４０（以下、ＥＧＲ）は、排気マニホールドＭ１と掃気マニホールドＭ２の間に設置され、例えばスプレイ、クーラ、及びブロアを有し、排気マニホールドＭ１から排出される排ガスを掃気マニホールドＭ２に供給する。
この構成により、排気マニホールドＭ１から排ガスを取り出し、これをＥＧＲで処理し、掃気マニホールドＭ２に戻すことにより燃焼空気の酸素濃度を下げて、ＮＯｘ生成を削減することができる。

国際海事機関による３次規制に適合するためには、排ガス再循環装置４０（ＥＧＲ）の設置が不可欠である。しかし、３次規制が適用される海域（規制海域）は、例えば米国やカナダの沿岸近傍に限定されており、その他のほとんどの海域（非規制海域）では適用されない。
そのため、規制海域ではＥＧＲを使用し、非規制海域ではＥＧＲを停止して運用することで、３次規制を満たしかつ船舶のエネルギー効率を高めることができる。

本発明の制御装置５０は、このため、クリーン運転モードと発電運転モードを有する。
クリーン運転モードでは、排ガス中のＮＯｘ濃度が第１閾値以下になるように排ガス再循環装置４０（ＥＧＲ）を運転する。第１閾値は、例えば３次規制に適合するように設定する。クリーン運転モードは、好ましくは、３次規制が適用される規制海域で使用する。
発電運転モードでは、ＥＧＲによる排ガスの循環量を低減し、余剰の排ガスをＰＴＧに供給して発電する。発電運転モードは、好ましくは、非規制海域で使用する。なお、発電運転モードにおいて、ＥＧＲを完全に停止してもよい。
入口流量制御弁Ｖ３と出口流量制御弁Ｖ４は、クリーン運転モード及び発電運転モードにおいて、その開度が制御される。

図２は、本発明によるエネルギー回収装置１００の制御方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の制御方法は、上述したエネルギー回収装置１００を用い、Ｓ１〜Ｓ５の各ステップ（工程）を有する。ステップＳ１〜Ｓ５は、エンジン１の運転中、繰り返し実施する。

ステップＳ１では、制御装置５０に、掃気マニホールドＭ２内の掃気圧の適正範囲内の下限圧ＰＬ及びリリーフ圧ＰＨを記憶する。掃気圧の適正範囲は、エンジン１の運転状態に応じて適宜変更する。また、例えば、下限圧ＰＬは掃気圧の適正範囲の下限に、リリーフ圧ＰＨは、下限圧ＰＬよりも高い圧であり、かつ適正範囲の上限より低い圧に設定する。

ステップＳ２では、エンジン１の運転中に、掃気圧を検出して、下限圧ＰＬ及びリリーフ圧ＰＨと比較する。

ステップＳ３では、掃気圧が下限圧ＰＬ未満のときに、発電制御弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２を全閉する。これにより、排気マニホールドＭ１から外部に排気される排ガスを無くし、排ガスの全量を掃気マニホールドＭ２に供給することができる。

ステップＳ４では、掃気圧が下限圧ＰＬ以上のときに、発電制御弁Ｖ１を開いてＰＴＧ３０の発電出力を制御する。これにより、掃気圧を適正範囲に維持しながら、余剰の排ガスエネルギーにより発電することができる。発電した電力は、船内で有効利用することができる。

なおステップＳ４において、エンジン１の負荷、掃気圧、過給機２０の回転数、入口圧力、又は入口温度のいずれかもしくは複数が所定の設定値以上のときに、ＰＴＧを始動可能と判断する。

またＰＴＧの始動時に、発電制御弁Ｖ１を開き、さらに、エンジン１の負荷、掃気圧、過給機２０の回転数、入口圧力、又は入口温度のいずれかもしくは複数が所定の設定値以下にならないように、発電制御弁Ｖ１の開度を調整するのがよい。

また、ＰＴＧの停止時には、排気弁Ｖ２を開き、次いで発電制御弁Ｖ１を閉じることで、ＰＴＧのオーバーランを防止することができる。

さらにＰＴＧが過電流により遮断されたときに、排気弁Ｖ２の全開と同時に発電制御弁Ｖ１を全閉し、かつ軸ブレーキ３０ｄによりＰＴＧのパワータービン３０ａの回転を制動する。

ステップＳ５では、掃気圧がリリーフ圧ＰＨ以上のときに、発電制御弁Ｖ１を開いてＰＴＧ３０の発電出力を制御しながら、かつ排気弁Ｖ２を開いて排気マニホールドＭ１を減圧する。これにより、掃気圧を適正範囲まで下げることができる。
なお、排気弁Ｖ２が流量調節弁である場合、掃気圧がリリーフ圧ＰＨ以上のときに、エンジン１の負荷、掃気圧、過給機２０の回転数、入口圧力、入口温度のいずれかもしくは複数が所定の設定値以下にならないように、排気弁Ｖ２の開度を調整するのがよい。

上述したステップＳ１〜Ｓ５の制御は、好ましくは、クリーン運転モードと発電運転モードの両方で実施する。
すなわち、クリーン運転モードにおいても、余剰排ガスが発生する限り、発電制御弁Ｖ１を開いてＰＴＧ３０で発電する。これにより、発電した電力は、船内で有効利用することができる。

図３は、先行文献１のエネルギー回収装置の性能特性図である。
図３（Ａ）は、主機関負荷率と排ガス量との関係図である。排ガス量は、主機関負荷率の上昇にほぼ比例して増加する。主機関の常用域は、例えば図に斜線で示す７５〜８５％である。

図３（Ｂ）は、主機関負荷率と排ガス温度との関係図である。排ガス温度は、過給機２０の特性に依存する。すなわち、通常では過給機効率が常用出力近傍で最大値となるように選定されるため、排ガス温度は主機関負荷率に比例しない。
排ガス温度は、一般的には低負荷から中負荷において上昇し、中負荷域では過給機効率の上昇とともに一定となり、高負荷域では、過給機２０をバイパスすることから飛躍的に上昇する。

図３（Ｃ）は、主機関負荷率とＰＴ出力（パワータービン発電機３０の出力）との関係図である。

図３（Ａ）（Ｂ）の特性から、ＰＴ出力は、主機関負荷率が常用域を超えると、図３（Ｃ）に破線の楕円で示すように上昇率が高くなる。ＰＴＧはその特性上、ガス温度が高くなれば出力が増大するので、先行文献１では、ＰＴＧの定格容量を主機関の１００％負荷に合わせて設定する必要がある。
しかし、常用域を超える負荷で主機関を運転する頻度は一般的に低く、むしろ減速航海により常用域より低い４０〜７０％程度の負荷で運転されることが多い。そのため、先行文献１のように主機関の１００％負荷に合わせて設定したＰＴＧでは、使用頻度の高い部分負荷において、ＰＴＧの効率が大幅に低下する。

また、ＰＴＧの発電機３０ｃに同期発電機ではなく誘導発電機を採用する場合、ＰＴＧは単独で運転できないため、ディーゼル発電機と並列運転させる必要がある。この場合、ＰＴＧがトリップ（遮断）した場合、ＰＴＧが発生していた電力を並列運転しているディーゼル発電機が余分に発電する必要があるため、ＰＴＧの定格が大きい場合には、それに見合ったディーゼル発電機とするため、ディーゼル発電機の必要容量が大きくなる。

また、ＥＧＲを備える場合、ＥＧＲの特性として、ＥＧＲの運転中は主機関より発生する排ガスが一定量吸入空気側に戻ることから、この排ガス量は、過給機をバイパスする。このバイパス量の分、過給機の仕事量は減少することから、３次規制モードでは掃気圧が低下し燃費が悪化する。これを補い、燃費悪化を抑制するためには、過給機のサイズ（定格容量）を大きくする必要がある。
しかし、過給機のサイズを大きくすると、２次規制モードでは逆に過給機は大きすぎることになる。つまり、２次規制モードでは選定した過給機に対して排ガスエネルギーが過剰となる。

図４は、本発明のエネルギー回収装置１００の性能を示す特性図である。
図４（Ａ）は、本発明における主機関負荷率とＰＴ出力との関係図である。本発明では、ＰＴＧの定格出力を主機関の常用域より低い負荷に合わせて設定する。この設定により、以下の効果が得られる。
（１）主機の部分負荷運転において、ＰＴＧの効率を上昇させることができる。
（２）ＰＴＧの定格が下がるため、ＰＴＧのコストを下げることができる。
（３）並列運転が必要なディーゼル発電機の容量の適正化が図れる。

図４（Ｂ）は、図１においてＰＴＧ停止時の主機関負荷率と余剰排ガス量の関係図である。
一般的には、主機の負荷が上昇するにつれて、余剰排ガス量も増大する。

図４（Ｃ）は、ＰＴＧ運転時の主機関負荷率と発電制御弁Ｖ１及び排気弁Ｖ２の通過流量との関係図である。
常用負荷域より下の負荷域においては、掃気圧が下限圧ＰＬ以上のときに、発電制御弁Ｖ１が開いてＰＴＧの発電出力を制御する。また主機の掃気圧が適正範囲（下限と上限の間）となるように、発電制御弁Ｖ１の開度を調整する。
一般的には、主機の負荷が上昇するにつれて、掃気圧は上昇していくので、発電制御弁Ｖ１の開度も上昇する。

次に、ＰＴＧは常用負荷域付近において定格出力となるように設定されているので、主機負荷が上昇しＰＴＧの出力が定格出力に到達すると、ＰＴＧにこれ以上の排ガスが流れないように、発電制御弁Ｖ１の開度が調整される。
一方、掃気圧が所定のリリーフ圧ＰＨ以上のときに、排気弁Ｖ２が開いて排気マニホールドＭ１を減圧する。このため、常用域より下の負荷では、掃気圧はリリーフ圧ＰＨ未満であり排気弁Ｖ２は全閉している。

常用域より上の負荷では、ＰＴＧ出力が定格に到達し、ＰＴＧで回収しきれない余剰ガスが発生して掃気圧が高まるので、掃気圧がリリーフ圧ＰＨ以上となり、排気弁Ｖ２が開き排ガスを外部に排気し、排気マニホールドＭ１を減圧する。
特に、ＥＧＲを備える場合、２次規制モードで排ガスエネルギーが大量に余ることが予想され、本発明ではこのエネルギーを有効に利用できる。

上述したように、本発明では、３次規制適合のためにＥＧＲを搭載する場合、過給機２０は３次規制モードにおいて十分な掃気圧を確保し、かつ２次規制モードでは余剰排ガスが生じるように選定し、併せてパワータービン発電機３０（ＰＴＧ）を装備する。ＰＴＧにより２次規制モードで運転する場合に大量に発生する余剰排ガスのエネルギーを回収することができる。

本発明によれば、ＥＧＲを適用する船舶で、過給機のサイズが大きいため２次規制モードで捨てていた余剰な排ガスエネルギーを電力として有効利用でき、これを備えた船舶の総合熱効率を高めることができる。

上述したように、本発明は、３次規制に対応した船舶において、主機関に、過給機２０、パワータービン発電機３０（ＰＴＧ）、及び、排ガス再循環装置４０（ＥＧＲ）を備える。過給機２０は、３次規制を満たす運転モード（３次規制モード）において十分な掃気圧を確保し、かつＮＯｘ２次規制（ＮＯｘ Ｔｉｅｒ ＩＩ、以下、２次規制）では余剰な排ガスエネルギーが生じるように選定する。２次規制を満たす運転モード（２次規制モード）において発生した余剰な排ガスエネルギーをＰＴＧにより回収する。

上述した発電制御弁Ｖ１の位置は、排気マニホールドＭ１の右舷側、もしくは船尾側とするのがよい。右舷側の場合は、ＰＴＧ出口の排ガス排出管１４ｂが、主機排ガス管に戻りやすい位置である。また、船尾側の場合は、排ガスバイパス管のサポートが取りやすく、また船の船尾側はＰＴＧの搭載場所を確保しやすいといった利点がある。

排気弁Ｖ２は、パワータービン発電機３０（ＰＴＧ）がＡＣＢトリップ（低圧気中遮断機）したときに、高速で開となるように制御する。

さらに、望ましくは、ＡＣＢトリップ時、ＰＴＧが過回転となることを防止するため、軸ブレーキ３０ｄを作動させる。

制御装置５０によるその他の制御は、以下の通りである。
（１）２次規制モードの選択時、かつ主機の負荷、掃気圧、過給機２０の回転数、入口圧力、又は入口温度のいずれかもしくは複数の条件がそろったとき、ＰＴＧスタート可能とする。
（２）ＰＴＧがスタートすると、発電制御弁Ｖ１が開くと共に、排気弁Ｖ２は全閉する。このとき、引き続き主機の負荷、掃気圧、過給機２０の回転数、入口圧力、又は入口温度のいずれかもしくは複数を監視し、所定の設定値以下にならないように、発電制御弁Ｖ１の開度を調整するのがよい。
また、望ましくは、バルブの動作順は、先に発電制御弁Ｖ１を開とし、その開信号を受けて、排気弁Ｖ２を全閉する。
（３）ＰＴＧを停止させる場合、排気弁Ｖ２を開くとともに、発電制御弁Ｖ１を全閉する。望ましくは、バルブの動作順は、先に排気弁Ｖ２を開とし、その開信号を受けて、発電制御弁Ｖ１を閉とする。通常のトリップ動作はこの制御を行う。
（４）ＰＴＧがＡＣＢトリップした場合、排気弁Ｖ２を開くと共に、発電制御弁Ｖ１を閉じる。この時、望ましくは排気弁Ｖ２と発電制御弁Ｖ１は同時に高速で動作する。また、軸ブレーキ３０ｄを装備している場合には、ＰＴＧトリップと同時に軸ブレーキ３０ｄが作動してパワータービン３０ａの過回転を防止する。
なお、発電制御弁Ｖ１が全閉したときに、軸ブレーキ３０ｄの作動を解除して、軸ブレーキ３０ｄの過負荷を防止するのがよい。

上述した本発明の実施形態によれば、過給ライン１０、排気ライン１４、及び発電ライン１２が、排気マニホールドＭ１にそれぞれ独立して連結され、過給機２０は過給ライン１０に設置され、パワータービン発電機３０は発電ライン１２に設置される。
従って、過給機２０の排ガスは、パワータービン発電機３０を経由せずに直接外部に排気されるので、過給機２０の背圧が上昇せず、過給機２０の性能低下を防止できる。

また、パワータービン発電機３０は、過給機２０を通過した排ガスを利用しないので、過給機２０と別箇に単独で運転でき単独で停止できる。さらに、過給機２０に流入する排ガス量に関係なくパワータービン発電機３０の処理量を設定できるので、パワータービン発電機３０を小型化できる。

また、制御装置５０が、掃気圧が適正範囲内の下限圧ＰＬ以上のときに、発電制御弁Ｖ１を開いてパワータービン発電機３０の発電出力を制御するので、従来無駄に排気されていた高圧の排ガスエネルギーを効率よく回収することができる。

なお本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

Ｍ１ 排気マニホールド、Ｍ２ 掃気マニホールド、ＰＬ 下限圧、
ＰＨ リリーフ圧、Ｖ１ 発電制御弁、Ｖ２ 排気弁、
１ エンジン（主機関）、２ 圧力検出器、
１０ 過給ライン、１０ａ 排ガス入口管、１０ｂ 排ガス出口管、
１０ｃ 吸気入口管、１０ｄ 吸気出口管、１２ 発電ライン、
１２ａ 排ガス供給管、１２ｂ 排ガス排出管、１４ 排気ライン、
１６ 排ガス再循環ライン、１６ａ 排ガス入口管、１６ｂ 排ガス出口管、
２０ 過給機、２０ａ タービン、２０ｂ コンプレッサ、
３０ パワータービン発電機（ＰＴＧ）、３０ａ パワータービン、
３０ｂ 減速機、３０ｃ 発電機、３０ｄ 軸ブレーキ、
４０ 排ガス再循環装置、５０ 制御装置、１００ エネルギー回収装置

Claims (10)

1. エンジンの排気マニホールドにそれぞれ独立して連結された過給ライン、発電ライン、及び排気ラインと、
   前記過給ラインに設けられ前記排気マニホールドから排出される排ガスのエネルギーにより吸気を圧縮し前記エンジンの掃気マニホールドに供給する過給機と、
   前記発電ラインに設けられ、前記排気マニホールドから排出される排ガスのエネルギーにより発電するパワータービン発電機と、
   前記発電ラインに設けられ、前記排気マニホールドから前記パワータービン発電機に供給する排ガスの流量を制御する発電制御弁と、
   前記排気ラインに設けられ前記排気マニホールドから排ガスを外部に排気する排気弁と、
   前記発電制御弁及び前記排気弁を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、掃気マニホールド内の掃気圧の適正範囲内の下限圧とリリーフ圧を記憶し、
   （Ａ）前記掃気圧が下限圧未満のときに、前記発電制御弁及び前記排気弁を全閉し、
   （Ｂ）前記掃気圧が下限圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の発電出力を制御し、
   （Ｃ）前記掃気圧がリリーフ圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の前記発電出力を制御し、かつ前記排気弁を開いて前記排気マニホールドを減圧する、エネルギー回収装置。
2. 前記排気マニホールドと前記掃気マニホールドの間に設置され、前記排気マニホールドから排出される排ガスを前記掃気マニホールドに供給する排ガス再循環装置を備える、請求項１に記載のエネルギー回収装置。
3. 前記パワータービン発電機のタービンの回転を制動する軸ブレーキを備える、請求項１に記載のエネルギー回収装置。
4. 前記制御装置は、排ガス中のＮＯｘ濃度が第１閾値以下になるように前記排ガス再循環装置を運転するクリーン運転モードと、
   前記排ガス再循環装置による前記排ガスの循環量を低減し、余剰の前記排ガスを前記パワータービン発電機に供給して発電する発電運転モードと、を有する、請求項２に記載のエネルギー回収装置。
5. 請求項１に記載のエネルギー回収装置の制御方法であって、
   前記制御装置に掃気マニホールド内の前記掃気圧の適正範囲内の下限圧とリリーフ圧を記憶し、
   前記エンジンの運転中に、前記掃気圧を検出して、前記下限圧及び前記リリーフ圧と比較し、
   前記掃気圧が下限圧未満のときに、前記発電制御弁及び前記排気弁を全閉し、
   前記掃気圧が下限圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の前記発電出力を制御し、
   前記掃気圧がリリーフ圧以上のときに、前記発電制御弁を開いて前記パワータービン発電機の前記発電出力を制御し、かつ前記排気弁を開いて前記排気マニホールドを減圧する、エネルギー回収装置の制御方法。
6. 前記エンジンの負荷、前記掃気圧、前記過給機の回転数、入口圧力、又は入口温度のいずれかもしくは複数が所定の設定値以上のときに、前記パワータービン発電機を始動可能と判断する、請求項５に記載のエネルギー回収装置の制御方法。
7. 前記パワータービン発電機の始動時に、前記発電制御弁を開き、
   さらに、前記エンジンの負荷、前記掃気圧、前記過給機の回転数、入口圧力、又は入口温度のいずれかもしくは複数が所定の設定値以下にならないように、前記発電制御弁の開度を調整する、請求項５に記載のエネルギー回収装置の制御方法。
8. 前記パワータービン発電機の停止時に、前記排気弁を開き、次いで前記発電制御弁を閉じる、請求項５に記載のエネルギー回収装置の制御方法。
9. 前記パワータービン発電機が過電流により遮断されたときに、前記排気弁の全開と前記発電制御弁の全閉を同時に実施し、かつ軸ブレーキにより前記パワータービン発電機のタービンの回転を制動する、請求項５に記載のエネルギー回収装置の制御方法。
10. 請求項１に記載のエネルギー回収装置を備えた船舶。
    

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