JP2023093168A - Marine power generation system - Google Patents

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Abstract

To provide a marine power generation system that can effectively use energy generated in a ship.SOLUTION: A marine power generation system 1 is used in a ship comprising a steam generation part 30 such as a boiler or an exhaust gas economizer, and comprises: a steam expander power generator 50 for generating power by converting expansion of steam generated by the steam generation part 30, into turning force; and a steam binary power generator 60 for generating power by using steam S4 used in the steam expander power generator 50, as heat source fluid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、船舶用発電システムに関する。 The present invention relates to a marine power generation system.

従来、船舶用発電システムが知られている。例えば、特許文献1には、空気を用いて給水を予熱する空気冷却器と、排気ガスを用いて予熱された水を蒸気化する廃熱ボイラと、を有する船舶用発電システムが開示されている。 Conventionally, marine power generation systems are known. For example, Patent Literature 1 discloses a marine power generation system having an air cooler that uses air to preheat feed water and a waste heat boiler that uses exhaust gas to vaporize the preheated water. .

特開昭55-25590号公報JP-A-55-25590

特許文献1の船舶用発電システムにおいては、廃熱ボイラで生成された蒸気により蒸気タービンを回転させて発電を行うことができる。しかしながら、引用文献1の船舶用発電システムは、船舶において発生するエネルギーを十分に有効活用しているとはいえない。 In the marine power generation system of Patent Document 1, steam generated by the waste heat boiler can be used to rotate a steam turbine to generate power. However, it cannot be said that the marine power generation system of Cited Document 1 makes effective use of the energy generated in the ship.

本発明は、船舶において発生するエネルギーを有効活用することが可能な船舶用発電システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a marine power generation system capable of effectively utilizing energy generated in a ship.

本発明は、蒸気生成部(例えば、蒸気生成部30)を備える船舶に用いられる船舶用発電システム(例えば、船舶用発電システム1)であって、前記蒸気生成部により生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行う蒸気エキスパンダ発電機(例えば、蒸気エキスパンダ発電機50)と、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気(例えば、蒸気S4)を熱源流体として発電を行う蒸気バイナリ発電機(例えば、蒸気バイナリ発電機60)と、を備える、船舶用発電システムに関する。 The present invention provides a marine power generation system (for example, a marine power generation system 1) for use in a ship including a steam generator (for example, a steam generator 30), wherein expansion of steam generated by the steam generator is A steam expander power generator (e.g., steam expander power generator 50) that converts to rotational force to generate power, and steam (e.g., steam S4) after use in the steam expander power generator is used as a heat source fluid to generate power. and a binary steam generator (eg, binary steam generator 60).

また、前記蒸気バイナリ発電機は、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気と作動媒体(例えば、作動媒体R2)との間の熱交換により作動媒体を加熱する蒸発器(例えば、蒸発器61)を有することが好ましい。 In addition, the steam binary generator includes an evaporator (eg, evaporator 61 ).

また、前記蒸気生成部は、液化燃料ガスのボイルオフガスを燃料として蒸気(例えば、蒸気S2)を生成するボイラ(例えば、ボイラ32)を含み、前記蒸気エキスパンダ発電機は、前記ボイラで生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行い、前記蒸気バイナリ発電機は、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気(例えば、蒸気S4)を熱源流体として発電を行うことが好ましい。 In addition, the steam generation unit includes a boiler (eg, boiler 32) that generates steam (eg, steam S2) using the boil-off gas of the liquefied fuel gas as fuel, and the steam expander generator is generated by the boiler. It is preferable that the steam binary generator converts the expanded steam into rotational force to generate power, and the steam binary generator generates power using the steam (for example, steam S4) used in the steam expander generator as a heat source fluid.

また、前記蒸気生成部は、船舶の内燃機関(例えば、内燃機関11)からの排ガス(例えば、排ガスE1)を用いて蒸気(例えば、蒸気S1)を生成する排ガスエコノマイザ(例えば、排ガスエコノマイザ31)を含む、前記蒸気エキスパンダ発電機は、前記排ガスエコノマイザで生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行い、前記蒸気バイナリ発電機は、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気(例えば、蒸気S4)を熱源流体として発電を行うことが好ましい。 In addition, the steam generation unit includes an exhaust gas economizer (eg, exhaust gas economizer 31) that generates steam (eg, steam S1) using exhaust gas (eg, exhaust gas E1) from an internal combustion engine (eg, internal combustion engine 11) of the ship. wherein the steam expander generator converts the expansion of the steam generated by the exhaust gas economizer into rotational force to generate power, and the steam binary generator converts the steam used in the steam expander generator to a rotational force Power generation is preferably performed using (for example, steam S4) as the heat source fluid.

本発明によれば、船舶において発生するエネルギーを有効活用することが可能な船舶用発電システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power generation system for ships which can utilize the energy which generate|occur|produces in a ship effectively can be provided.

本発明の実施形態の船舶用発電システムを示す概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the marine power generation system of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態に係る船舶用発電システム1について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。 Hereinafter, a marine power generation system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The term "line" used herein is a general term for lines through which fluid can flow, such as channels, routes, and pipelines.

図1は、本実施形態の船舶用発電システム1を備える船舶Sを示す概略図である。本実施形態の船舶用発電システム1は、蒸気生成部30を有する船舶Sに用いられる発電システム1である。ここで、本実施形態の発電システム1を備える船舶Sは、内燃機関11と、過給機12と、インタークーラ13と、燃料タンク20と、高圧ポンプ21と、気化器22と、圧縮機25と、発電機26と、蒸気生成部30と、スチームヘッダ33と、バイナリ発電機40と、を備える。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a ship S equipped with a marine power generation system 1 of this embodiment. A marine power generation system 1 of the present embodiment is a power generation system 1 used in a ship S having a steam generator 30 . Here, the ship S equipped with the power generation system 1 of the present embodiment includes an internal combustion engine 11, a supercharger 12, an intercooler 13, a fuel tank 20, a high-pressure pump 21, a carburetor 22, a compressor 25 , a generator 26 , a steam generator 30 , a steam header 33 , and a binary generator 40 .

内燃機関11は、例えば、船舶を推進させるための動力を得るための主機である。本実施形態の内燃機関11は、不図示の主機ボックス内にシリンダが保持され、そのシリンダにピストンが進退可能に嵌め込まれている周知のディーゼルエンジンである。内燃機関11は、空気ラインLA1から送りこまれる過給空気A1(圧縮空気A1)をシリンダ内に吸い込んでピストンで圧縮し、高圧状態となった空気に燃料を噴射して爆発燃焼させることによりピストンを駆動して回転動力を得る。内燃機関11を稼働させると、排ガスE1が発生する。排ガスE1は、内燃機関11に接続された排ガスラインLE1を通じて排出される。 The internal combustion engine 11 is, for example, a main engine for obtaining power for propelling a ship. The internal combustion engine 11 of this embodiment is a well-known diesel engine in which a cylinder is held in a main machine box (not shown) and a piston is fitted in the cylinder so as to be able to move back and forth. The internal combustion engine 11 sucks supercharged air A1 (compressed air A1) sent from an air line LA1 into a cylinder, compresses it with a piston, and injects fuel into the high-pressure air to cause explosive combustion, thereby causing the piston to ignite. Drive to obtain rotational power. When the internal combustion engine 11 is operated, exhaust gas E1 is generated. The exhaust gas E1 is discharged through an exhaust gas line LE1 connected to the internal combustion engine 11 .

本実施形態の内燃機関11は、燃料として液化燃料ガスを用いている。液化燃料ガスは、後述の燃料タンク20から燃料ラインLF1を通じて供給される。液化燃料ガスとしては、例えば、液化天然ガス(LNG)や、液化石油ガス(LPG)や、アンモニア等が用いられてもよい。本実施形態においては、LNGが用いられている。 The internal combustion engine 11 of this embodiment uses liquefied fuel gas as fuel. Liquefied fuel gas is supplied from a fuel tank 20, which will be described later, through a fuel line LF1. As the liquefied fuel gas, for example, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), ammonia, or the like may be used. In this embodiment, LNG is used.

過給機12は、排気タービン式のターボチャージャーであり、内燃機関11に過給空気A1を送り込む。過給機12は、内燃機関11から排出される排ガスE1の流れにより回転する排気タービンの回転力により空気A1を取り込み、空気A1を圧縮する。圧縮された過給空気A1は、空気ラインLA1を通じて、内燃機関11に送り込まれる。 The supercharger 12 is an exhaust turbine type turbocharger and feeds supercharged air A<b>1 to the internal combustion engine 11 . The supercharger 12 takes in the air A1 by the rotational force of the exhaust turbine that rotates due to the flow of the exhaust gas E1 discharged from the internal combustion engine 11, and compresses the air A1. Compressed supercharged air A1 is sent to internal combustion engine 11 through air line LA1.

インタークーラ13は、内燃機関11に送り込まれる過給空気A1を冷却する。インタークーラは、水冷式であってもよいし、空冷式であってもよい。水冷式の場合は、冷却液として海水を用いてもよい。本実施形態においては、過給機12から供給される過給空気A1は、後述の第1蒸発器41Aで冷却された後、インタークーラ13に供給され、さらに冷却される。 The intercooler 13 cools the supercharged air A<b>1 sent to the internal combustion engine 11 . The intercooler may be water-cooled or air-cooled. In the case of a water-cooled system, seawater may be used as the coolant. In this embodiment, supercharged air A1 supplied from the supercharger 12 is cooled by a first evaporator 41A, which will be described later, and then supplied to the intercooler 13 and further cooled.

燃料タンク20は、内燃機関11に供給する液化燃料ガスを貯留するタンクである。液化燃料ガスは、液体の状態で燃料タンク20に貯留されている。本実施形態においては、液化燃料ガスとしてLNGが燃料タンク20に貯留されている。 The fuel tank 20 is a tank that stores liquefied fuel gas to be supplied to the internal combustion engine 11 . The liquefied fuel gas is stored in the fuel tank 20 in a liquid state. In this embodiment, LNG is stored in the fuel tank 20 as the liquefied fuel gas.

高圧ポンプ21は、燃料タンク20に貯留されているLNGを、液体の状態のまま昇圧し、気化器22に供給する。 The high-pressure pump 21 pressurizes the LNG stored in the fuel tank 20 while it is in a liquid state, and supplies the LNG to the vaporizer 22 .

気化器22は、燃料タンク20から供給されたLNGを気化する。気化器22は、LNGを加熱するためのヒータを備える。気化器22は、LNGをヒータにより加熱し、気化させる。なお、ヒータとしては、温水ヒータや蒸気ヒータを用いることができる。気化器22によって気化したLNGは、燃料ラインLF1を通じて、内燃機関11に供給される。 The vaporizer 22 vaporizes LNG supplied from the fuel tank 20 . The vaporizer 22 has a heater for heating the LNG. The vaporizer 22 heats and vaporizes the LNG with a heater. A hot water heater or a steam heater can be used as the heater. LNG vaporized by the vaporizer 22 is supplied to the internal combustion engine 11 through the fuel line LF1.

ここで、燃料タンク20内で液体の状態である液化燃料ガスは、外部からの自然入熱により燃料タンク20内で気化する。これにより、燃料タンク20内において、ボイルオフガス(boil off gas, BOG)が発生する。BOGが発生すると燃料タンク20の内部圧力が上昇する。よって、燃料タンク20を保護するために、BOGは処理される必要がある。このBOGは、単に焼却処理されるのではなく、船舶で発生したエネルギーとして有効活用されることが好ましい。BOGは、第1BOGラインLB1を通じて、圧縮機25に供給される。 Here, the liquefied fuel gas, which is in a liquid state within the fuel tank 20, is vaporized within the fuel tank 20 by natural heat input from the outside. As a result, boil off gas (BOG) is generated in the fuel tank 20 . When BOG occurs, the internal pressure of the fuel tank 20 rises. Therefore, to protect the fuel tank 20, the BOG needs to be treated. This BOG is preferably not simply incinerated, but effectively utilized as energy generated by the ship. BOG is supplied to the compressor 25 through the first BOG line LB1.

圧縮機25は、燃料タンク20から供給されたBOGを圧縮して昇圧する。 The compressor 25 compresses the BOG supplied from the fuel tank 20 to raise the pressure.

発電機26は、圧縮機25により圧縮されたBOGを用いて発電を行う。発電機26は、例えばガス焚きエンジン駆動の発電機であってもよく、供給されたBOGを燃焼して得られた動力を用いて電力を生成する。発電機26によって生成された電力は、電力を必要とする船内負荷に供給される。 The generator 26 generates power using the BOG compressed by the compressor 25 . The generator 26 may be, for example, a generator driven by a gas-fired engine, and generates electric power using power obtained by burning the supplied BOG. The power generated by generator 26 is supplied to onboard loads that require power.

蒸気生成部30は、排ガスエコノマイザ31と、ボイラ32と、を含む。 The steam generator 30 includes an exhaust gas economizer 31 and a boiler 32 .

排ガスエコノマイザ31は、排ガスを利用して蒸気を発生する蒸気発生器である。排ガスエコノマイザ31は、内燃機関11からの排ガスE1の熱を回収して蒸気S1を生成する。より詳細には、排ガスエコノマイザ31は、排ガスラインLE1を通じて供給された排ガスE1と水との間で熱交換を行うことにより、蒸気S1を生成する。排ガスエコノマイザ31で熱交換された後の温度が低下した排ガスE1が、後述のバイナリ発電機40の第2蒸発器41Bに供給される。 The exhaust gas economizer 31 is a steam generator that uses exhaust gas to generate steam. The exhaust gas economizer 31 recovers heat from the exhaust gas E1 from the internal combustion engine 11 to generate steam S1. More specifically, the exhaust gas economizer 31 generates steam S1 by exchanging heat between the exhaust gas E1 supplied through the exhaust gas line LE1 and water. The exhaust gas E1 whose temperature has been lowered after being heat-exchanged by the exhaust gas economizer 31 is supplied to the second evaporator 41B of the binary generator 40, which will be described later.

ボイラ32は、液化燃料ガスとしてのLNGのBOGを燃料として蒸気S2を生成する機器であり、例えば船舶用水管ボイラが使用される。燃料タンク20で発生したBOGは、第2BOGラインLB2を通じて、ボイラ32に供給される。 The boiler 32 is a device that generates steam S2 using BOG of LNG as a liquefied fuel gas, and is, for example, a marine water tube boiler. BOG generated in the fuel tank 20 is supplied to the boiler 32 through the second BOG line LB2.

第2BOGラインLB2は、圧縮機により圧縮されていないBOGがボイラ32に供給されるフリーフローラインである。すなわち、第2BOGラインLB2は、BOGの発生により上昇した燃料タンク20内の圧力を逃がすためのラインであり、このラインがボイラ32に繋がっている。ボイラ32は、第2BOGラインLB2を通じて供給されたBOGを燃焼し、蒸気S2を生成する。これにより、船舶において発生するエネルギーとしてのBOGを有効活用することができる。 The second BOG line LB2 is a free flow line through which BOG that has not been compressed by the compressor is supplied to the boiler 32 . That is, the second BOG line LB<b>2 is a line for releasing the pressure inside the fuel tank 20 that has increased due to the generation of BOG, and is connected to the boiler 32 . The boiler 32 burns the BOG supplied through the second BOG line LB2 to generate steam S2. This makes it possible to effectively utilize the BOG as energy generated in the ship.

なお、発電機26による発電量が十分である状況などにおいては、余剰BOGがボイラ32に供給されてもよい。例えば、第1BOGラインLB1に設けられたバルブ27により、圧縮機25により圧縮されたBOGの供給先が制御され、BOGの全部または一部がボイラ32に供給されてもよい。これにより、ボイラ32は、より多くの蒸気S2を生成することができる。このように、必要な電力量と必要な蒸気量に応じて、船舶において発生するエネルギーとしてのBOGを適切に分配して有効に活用することができる。 It should be noted that surplus BOG may be supplied to the boiler 32 in situations such as when the amount of power generated by the generator 26 is sufficient. For example, the valve 27 provided in the first BOG line LB<b>1 may control the supply destination of the BOG compressed by the compressor 25 and all or part of the BOG may be supplied to the boiler 32 . Thereby, the boiler 32 can generate more steam S2. In this way, the BOG as energy generated in the ship can be appropriately distributed and effectively utilized according to the required amount of electric power and the required amount of steam.

スチームヘッダ33は、蒸気ラインLS1を介して排ガスエコノマイザ31と連結されている。また、スチームヘッダ33は、蒸気ラインLS2を介してボイラ32と連結されている。スチームヘッダ33内において、排ガスエコノマイザ31で生成された蒸気S1と、ボイラ32で生成された蒸気S2とが集合する。例えば、蒸気S1および蒸気S2がスチームヘッダ33内で集合し、これらの蒸気の集合蒸気である蒸気S3が、後述の蒸気エキスパンダ発電機50等に供給される。 Steam header 33 is connected to exhaust gas economizer 31 via steam line LS1. Also, the steam header 33 is connected to the boiler 32 via a steam line LS2. In the steam header 33, the steam S1 generated by the exhaust gas economizer 31 and the steam S2 generated by the boiler 32 gather. For example, the steam S1 and the steam S2 are gathered in the steam header 33, and the steam S3, which is the combined steam of these steams, is supplied to the steam expander generator 50 and the like, which will be described later.

バイナリ発電機40は、循環する作動媒体R1を介して熱エネルギーを回収し、作動媒体R1の膨張を利用して発電を行う発電機である。より詳細には、本実施形態のバイナリ発電機40は、低沸点の高分子有機作動媒体である作動媒体R1を、熱源流体により加熱して蒸発させてその蒸気によりタービンを回転させて発電を行う、オーガニックランキンサイクル(ORC)方式の発電機である。ORCにおいては、作動媒体R1の蒸発と凝縮を繰り返す。 The binary power generator 40 is a power generator that recovers thermal energy through the circulating working medium R1 and uses the expansion of the working medium R1 to generate power. More specifically, the binary power generator 40 of this embodiment heats and evaporates the working medium R1, which is a high-molecular-weight organic working medium with a low boiling point, with the heat source fluid, and the steam rotates the turbine to generate power. , an organic Rankine cycle (ORC) generator. In the ORC, evaporation and condensation of the working medium R1 are repeated.

バイナリ発電機40は、熱源流体を用いて作動媒体R1を加熱して気化する蒸発器41と、蒸発器41により加熱され気化された作動媒体R1を動力源として動力を生成する膨張器42と、膨張器42からの作動媒体R1を冷却し凝縮する凝縮器43と、凝縮器43からの作動媒体R1を蒸発器41に送り込む循環ポンプ44と、蒸発器41、膨張器42、凝縮器43、および循環ポンプ44を流通する作動媒体R1が循環する作動媒体ラインLR1と、を備える。ここで、膨張器42には発電機45が接続されている。発電機45は、膨張器42の回転に伴って電力を生成する。 The binary generator 40 includes an evaporator 41 that heats and vaporizes a working medium R1 using a heat source fluid, an expander 42 that generates power using the working medium R1 heated and vaporized by the evaporator 41 as a power source, A condenser 43 that cools and condenses the working medium R1 from the expander 42, a circulation pump 44 that feeds the working medium R1 from the condenser 43 to the evaporator 41, the evaporator 41, the expander 42, the condenser 43, and and a working medium line LR1 through which the working medium R1 that flows through the circulation pump 44 circulates. Here, a generator 45 is connected to the expander 42 . The generator 45 generates electric power as the expander 42 rotates.

蒸発器41は、第1蒸発器41Aおよび第2蒸発器41Bを備える。 The evaporator 41 includes a first evaporator 41A and a second evaporator 41B.

第1蒸発器41Aは、過給機12からの過給空気A1と作動媒体R1との間の熱交換により作動媒体R1を加熱する。過給空気A1は、空気ラインLA1を通じて第1蒸発器41Aに供給される。 The first evaporator 41A heats the working medium R1 by heat exchange between the supercharged air A1 from the supercharger 12 and the working medium R1. Supercharged air A1 is supplied to the first evaporator 41A through an air line LA1.

第2蒸発器41Bは、内燃機関11からの排ガスE1と作動媒体R1との間の熱交換により作動媒体R1を加熱する。第2蒸発器41Bは、排ガスエコノマイザ31で熱交換された後の温度が低下した排ガスE1を利用して、作動媒体R1を加熱する。 The second evaporator 41B heats the working medium R1 by heat exchange between the exhaust gas E1 from the internal combustion engine 11 and the working medium R1. The second evaporator 41B heats the working medium R1 using the exhaust gas E1 whose temperature has decreased after being heat-exchanged by the exhaust gas economizer 31 .

膨張器42は、第1蒸発器41A、第2蒸発器41Bにより加熱され気化された作動媒体R1を動力源として動力を生成する。本実施形態の膨張器42はスクリュ式の膨張器である。加熱され気化された高圧の作動媒体R1によりスクリュロータが回転し、これに伴って発電機45が電力を生成する。なお、膨張器42はスクリュ式に限らない。例えば、スクロール式やタービン式であってもよい。 The expander 42 generates power using the working medium R1 heated and vaporized by the first evaporator 41A and the second evaporator 41B as a power source. The expander 42 of this embodiment is a screw type expander. The screw rotor is rotated by the heated and vaporized high-pressure working medium R1, and the generator 45 generates electric power accordingly. Note that the expander 42 is not limited to the screw type. For example, it may be a scroll type or a turbine type.

凝縮器43は、膨張器42からの低圧の作動媒体R1を冷却し凝縮する。凝縮器43は、冷却液ラインLW1を通じて送られてくる冷却液W1と、作動媒体R1との熱交換を行い、作動媒体R1を冷却する。冷却液W1としては、例えば海水や船内の冷却水が用いられてもよい。後者の場合、海水によって真水を冷却する不図示の冷却器を用いてもよい。 The condenser 43 cools and condenses the low pressure working medium R1 from the expander 42 . The condenser 43 exchanges heat between the coolant W1 sent through the coolant line LW1 and the working medium R1 to cool the working medium R1. As the coolant W1, for example, seawater or cooling water in the ship may be used. In the latter case, a cooler (not shown) that cools fresh water with sea water may be used.

循環ポンプ44は、凝縮器43からの作動媒体R1を蒸発器41に送り込む。 The circulation pump 44 feeds the working medium R1 from the condenser 43 to the evaporator 41 .

なお、作動媒体ラインLR1を循環する作動媒体R1としては、水よりも沸点が低い高分子有機化合物が用いられる。作動媒体R1は、例えばHFC-245fa(化学名:1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、1気圧における沸点:15.3℃)等のフロン系媒体であってもよい。また、イソペンタン(1気圧における沸点:27.8℃)や、ペンタン(1気圧における沸点:36.1℃)等のノンフロン系媒体用いてもよい。更に、高分子有機化合物に替えて、25%アンモニア水(1気圧における沸点:38℃)等の自然媒体を用いてもよい。 As the working medium R1 circulating in the working medium line LR1, a polymer organic compound having a boiling point lower than that of water is used. The working medium R1 may be a flon-based medium such as HFC-245fa (chemical name: 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, boiling point at 1 atmosphere: 15.3° C.). In addition, a non-fluorocarbon medium such as isopentane (boiling point at 1 atmosphere: 27.8° C.) or pentane (boiling point at 1 atmosphere: 36.1° C.) may be used. Furthermore, a natural medium such as 25% aqueous ammonia (boiling point at 1 atm: 38° C.) may be used instead of the polymer organic compound.

本実施形態におけるバイナリ発電機40のORCは、例えば、膨張器42の入口の飽和蒸気圧力を2MPaとし、冷却水W1として25~30℃程度の海水を用いた場合に、凝縮器43の出口の飽和蒸気圧力が0.2~0.3MPaとなる設計である。作動媒体R1にHFC-245faを用いた場合、凝縮器43の出口温度は、概ね30~40℃の範囲となる。 The ORC of the binary generator 40 in the present embodiment is, for example, when the saturated steam pressure at the inlet of the expander 42 is 2 MPa and seawater of about 25 to 30° C. is used as the cooling water W1, the outlet of the condenser 43 is It is designed to have a saturated steam pressure of 0.2 to 0.3 MPa. When HFC-245fa is used as the working medium R1, the outlet temperature of the condenser 43 is approximately in the range of 30 to 40.degree.

なお、作動媒体R1との間で熱交換を行う熱源流体としての各流体の供給流量は、不図示のバルブ等の流量調整機構を制御することにより調整されてもよい。例えば、蒸発器41や凝縮器43の出口に作動媒体R1の温度や圧力を検出するセンサを設け、センサの検出結果に基づき、熱源流体の流量が調整されてもよい。 The supply flow rate of each fluid as a heat source fluid that exchanges heat with the working medium R1 may be adjusted by controlling a flow rate adjusting mechanism such as a valve (not shown). For example, a sensor that detects the temperature and pressure of the working medium R1 may be provided at the outlet of the evaporator 41 and the condenser 43, and the flow rate of the heat source fluid may be adjusted based on the detection result of the sensor.

次に、本実施形態の発電システム1について説明する。発電システム1は、蒸気生成部30により生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行う蒸気エキスパンダ発電機50と、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の蒸気を熱源流体として発電を行う蒸気バイナリ発電機60と、を有する。 Next, the power generation system 1 of this embodiment will be described. The power generation system 1 includes a steam expander generator 50 that converts the expansion of steam generated by the steam generator 30 into rotational force to generate power, and the steam that has been used by the steam expander generator 50 to generate power as a heat source fluid. and a steam binary generator 60 that performs

蒸気エキスパンダ発電機50は、蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行う発電機である。蒸気エキスパンダ発電機50は、例えばツインスクリュ式の膨張機構を有していてもよい。この場合、蒸気エキスパンダ発電機50の給気ポートに流入した蒸気の給気圧力と、蒸気エキスパンダ発電機50の排気ポート側の排気圧力との差圧により、蒸気エキスパンダ発電機50を構成する不図示のロータケーシング内に配置された一対のスクリュロータが回転する。この回転動力が発電機軸に伝達されて、電力が生成される。 The steam expander power generator 50 is a power generator that converts expansion of steam into rotational force to generate power. The steam expander generator 50 may have, for example, a twin-screw expansion mechanism. In this case, the steam expander generator 50 is configured by the differential pressure between the supply pressure of the steam flowing into the supply port of the steam expander generator 50 and the exhaust pressure on the exhaust port side of the steam expander generator 50. A pair of screw rotors arranged in a rotor casing (not shown) rotates. This rotational power is transmitted to the generator shaft to generate electric power.

この蒸気エキスパンダ発電機50は、基本的には蒸気S3からの熱エネルギーの回収はせずに、蒸気S3の圧力エネルギーの回収を行って電力を生成する。よって、蒸気エキスパンダ発電機50から排出される蒸気S4は、蒸気エキスパンダ発電機50に流入した蒸気S3よりも圧力が低下し、低下後の圧力に応じた飽和蒸気温度となっている。蒸気エキスパンダ発電機50の吸気ポートに流入した蒸気S3は、減圧された蒸気S4となって、蒸気エキスパンダ発電機50の排気ポートから排出され、蒸気バイナリ発電機60に供給される。このように、蒸気エキスパンダ発電機50は減圧装置としての機能も有する。 The steam expander generator 50 basically does not recover thermal energy from the steam S3, but recovers the pressure energy of the steam S3 to generate electric power. Therefore, the steam S4 discharged from the steam expander power generator 50 has a lower pressure than the steam S3 flowing into the steam expander power generator 50, and has a saturated steam temperature corresponding to the pressure after the pressure drop. The steam S3 that has flowed into the intake port of the steam expander generator 50 becomes decompressed steam S4, is discharged from the exhaust port of the steam expander generator 50, and is supplied to the steam binary generator 60. Thus, the steam expander generator 50 also functions as a decompression device.

蒸気エキスパンダ発電機50は、例えば排ガスエコノマイザ31で生成された蒸気S1や、ボイラ32で生成された蒸気S2を利用して発電を行う。ただし、使用する蒸気はこれに限らない。 The steam expander power generator 50 generates power using steam S1 generated by the exhaust gas economizer 31 and steam S2 generated by the boiler 32, for example. However, the steam to be used is not limited to this.

蒸気バイナリ発電機60は、循環する作動媒体R2を介して熱源流体としての蒸気から熱エネルギーを回収し、作動媒体R2の膨張に基づき発電を行うバイナリ発電機である。より詳細には、本実施系形態の蒸気バイナリ発電機60は、低沸点の高分子有機作動媒体である作動媒体R2を、熱源流体としての蒸気により加熱して気化させて、気化により生じた作動媒体R2の蒸気によりスクリュロータを回転させて発電を行う、オーガニックランキンサイクル(ORC)方式の発電機である。本実施形態の蒸気バイナリ発電機60は、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の減圧された蒸気S4を熱源流体として発電を行う。 The steam binary power generator 60 is a binary power generator that recovers thermal energy from steam as a heat source fluid via a circulating working medium R2 and generates power based on expansion of the working medium R2. More specifically, the steam binary power generator 60 of the present embodiment heats and vaporizes the working medium R2, which is a high-molecular-weight organic working medium with a low boiling point, with steam as a heat source fluid, and the working fluid generated by the vaporization It is an organic Rankine cycle (ORC) generator that rotates a screw rotor with the steam of medium R2 to generate power. The steam binary power generator 60 of the present embodiment generates power using the decompressed steam S4 after being used in the steam expander power generator 50 as a heat source fluid.

蒸気バイナリ発電機60は、蒸気S4を用いて作動媒体R2を加熱して気化する蒸発器61と、蒸発器61により加熱され気化された作動媒体R2を動力源として動力を生成する膨張器62と、膨張器62からの作動媒体R2を冷却し凝縮する凝縮器63と、凝縮器63からの作動媒体R2を蒸発器61に送り込む循環ポンプ64と、蒸発器61、膨張器62、凝縮器63、および循環ポンプ64を流通する作動媒体R2が循環する作動媒体ラインLR2と、を備える。ここで、膨張器62には発電機65が接続されている。発電機65は、膨張器62の回転に伴って電力を生成する。 The steam binary generator 60 includes an evaporator 61 that heats and vaporizes a working medium R2 using steam S4, and an expander 62 that generates power using the working medium R2 heated and vaporized by the evaporator 61 as a power source. , a condenser 63 that cools and condenses the working medium R2 from the expander 62, a circulation pump 64 that feeds the working medium R2 from the condenser 63 to the evaporator 61, the evaporator 61, the expander 62, the condenser 63, and a working medium line LR2 through which the working medium R2 flowing through the circulation pump 64 circulates. Here, a generator 65 is connected to the expander 62 . The generator 65 generates electric power as the expander 62 rotates.

蒸発器61は、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の減圧された蒸気S4と作動媒体R2との間の熱交換により作動媒体R2を加熱する。蒸気S4は、蒸気ラインLS4を通じて蒸発器61に供給される。 The evaporator 61 heats the working medium R2 by heat exchange between the decompressed steam S4 after use in the steam expander generator 50 and the working medium R2. Steam S4 is supplied to evaporator 61 through steam line LS4.

膨張器62は、蒸発器61により加熱され気化された作動媒体R2を動力源として動力を生成する。本実施形態の膨張器62はスクリュ式の膨張器である。加熱され気化された高圧の作動媒体R2によりスクリュロータが回転し、これに伴って発電機65が電力を生成する。なお、膨張器62はスクリュ式に限らない。例えば、スクロール式やタービン式であってもよい。 The expander 62 generates power using the working medium R2 heated and vaporized by the evaporator 61 as a power source. The expander 62 of this embodiment is a screw type expander. The screw rotor is rotated by the heated and vaporized high-pressure working medium R2, and the generator 65 generates electric power accordingly. Note that the expander 62 is not limited to the screw type. For example, it may be a scroll type or a turbine type.

凝縮器63は、膨張器62からの低圧の作動媒体R2を冷却し凝縮する。凝縮器63は、冷却液ラインLW2を通じて送られてくる冷却液W2と、作動媒体R2との熱交換を行い、作動媒体R2を冷却する。冷却液W2としては、例えば海水や船内の冷却水が用いられてもよい。本実施形態においては、海水によって冷却液W2を冷却する冷却器71が設けられており、この冷却器71が、凝縮器63との間で冷却液W2を循環させている。 The condenser 63 cools and condenses the low pressure working medium R2 from the expander 62 . The condenser 63 exchanges heat between the coolant W2 sent through the coolant line LW2 and the working medium R2 to cool the working medium R2. As the coolant W2, for example, seawater or cooling water in the ship may be used. In this embodiment, a cooler 71 that cools the coolant W2 with seawater is provided, and the cooler 71 circulates the coolant W2 with the condenser 63 .

循環ポンプ64は、凝縮器63からの作動媒体R2を蒸発器61に送り込む。 A circulation pump 64 feeds the working medium R2 from the condenser 63 to the evaporator 61 .

なお、作動媒体ラインLR2を循環する作動媒体R2としては、水よりも沸点が低い高分子有機作動媒体が用いられる。作動媒体R2は、例えばHFC-245fa等のフロン系媒体であってもよい。ただし、作動媒体R2はこれに限らない。例えば、イソペンタン、ペンタン、または25%アンモニア水であってもよい。 As the working medium R2 circulating in the working medium line LR2, a polymeric organic working medium having a boiling point lower than that of water is used. The working medium R2 may be, for example, a Freon-based medium such as HFC-245fa. However, the working medium R2 is not limited to this. For example, isopentane, pentane, or 25% aqueous ammonia may be used.

なお、作動媒体R2との間で熱交換を行う蒸気S4および冷却液W2の供給流量は、不図示のバルブ等の流量調整機構を制御することにより調整されてもよい。例えば、蒸発器61や凝縮器63の出口に作動媒体R2の温度や圧力を検出するセンサを設け、センサの検出結果に基づき、これらの流体の流量が調整されてもよい。 The supply flow rate of the steam S4 and the coolant W2 that exchange heat with the working medium R2 may be adjusted by controlling a flow rate adjusting mechanism such as a valve (not shown). For example, sensors that detect the temperature and pressure of the working medium R2 may be provided at the outlets of the evaporator 61 and the condenser 63, and the flow rates of these fluids may be adjusted based on the detection results of the sensors.

蒸気エキスパンダ発電機50および蒸気バイナリ発電機60には、スチームヘッダ33を介して、蒸気生成部30により生成された蒸気が供給される。 Steam generated by the steam generator 30 is supplied to the steam expander generator 50 and the steam binary generator 60 via the steam header 33 .

ここで、蒸気エキスパンダ発電機50は、動力を得るための蒸気として、排ガスエコノマイザ31で生成された蒸気S1を用いてもよいし、ボイラ32で生成された蒸気S2を用いてもよい。また、本実施形態に示されるように、蒸気S1および蒸気S2を含む蒸気S3が用いられてもよい。 Here, the steam expander generator 50 may use the steam S1 generated by the exhaust gas economizer 31 or the steam S2 generated by the boiler 32 as the steam for obtaining power. Also, as shown in this embodiment, steam S3, which includes steam S1 and steam S2, may be used.

なお、蒸気エキスパンダ発電機50で用いられる蒸気はこれに限らず、船舶で生成された蒸気であればよい。例えば、蒸気エキスパンダ発電機50で用いられる蒸気は、不図示の補助ボイラにより生成された蒸気であってもよい。補助ボイラの燃料は、ガス燃料であってもよいし、油燃料であってもよい。 Note that the steam used in the steam expander generator 50 is not limited to this, as long as it is steam generated in a ship. For example, the steam used in the steam expander generator 50 may be steam generated by an auxiliary boiler (not shown). The fuel of the auxiliary boiler may be gas fuel or oil fuel.

なお、排ガスエコノマイザ31で生成された蒸気S1やボイラ32で生成された蒸気S2は、一部が蒸気ラインLS3Cを通じて蒸気エキスパンダ発電機50に供給され、一部が蒸気ラインLS3Bを通じて船舶における蒸気の需要先D(燃料油や潤滑油の加温、空調加温等)に供給されてもよい。各供給先への蒸気の供給量は、供給量調整手段としてのバルブ36、バルブ35等により調整される。 Part of the steam S1 generated by the exhaust gas economizer 31 and the steam S2 generated by the boiler 32 is supplied to the steam expander generator 50 through the steam line LS3C, and part of the steam is supplied to the ship through the steam line LS3B. It may be supplied to a demand destination D (heating of fuel oil or lubricating oil, heating of air conditioning, etc.). The amount of steam supplied to each supply destination is adjusted by a valve 36, a valve 35, or the like as supply amount adjusting means.

なお、蒸気ラインは、蒸気エキスパンダ発電機50を介さずに蒸気バイナリ発電機60に蒸気を供給するための蒸気ラインLS3Dを備えていてもよい。この場合は、蒸気ラインLS3Dには、減圧弁37が設けられている。 The steam line may include a steam line LS3D for supplying steam to the steam binary generator 60 without going through the steam expander generator 50. In this case, a pressure reducing valve 37 is provided in the steam line LS3D.

本実施形態の発電システム1は、各種の制御を行うための制御部100を備える。制御部100は、船舶において発生するエネルギーを有効活用できるよう、本実施形態の発電システム1や、内燃機関11等を制御する。制御部100は、例えば、各部に取り付けられているセンサの検出結果に基づき、各ラインに設けられているバルブ等を制御してもよい。 The power generation system 1 of this embodiment includes a control unit 100 for performing various controls. The control unit 100 controls the power generation system 1 of the present embodiment, the internal combustion engine 11, and the like so that the energy generated in the ship can be effectively utilized. For example, the control unit 100 may control valves and the like provided in each line based on detection results of sensors attached to each unit.

次に、各ラインを流通する各流体の流れを説明する。 Next, the flow of each fluid flowing through each line will be described.

まず、液化燃料ガスとしてのLNGの流れについて説明する。燃料ラインLF1を流通するLNGは、燃料タンク20から供給され、高圧ポンプ21、気化器22、内燃機関11の順に流れる。燃料ラインLF1は、燃料タンク20、高圧ポンプ21、気化器22および内燃機関11を繋ぐラインである。 First, the flow of LNG as liquefied fuel gas will be described. LNG flowing through the fuel line LF1 is supplied from the fuel tank 20 and flows through the high-pressure pump 21, the carburetor 22, and the internal combustion engine 11 in this order. A fuel line LF1 is a line that connects the fuel tank 20, the high-pressure pump 21, the carburetor 22 and the internal combustion engine 11 together.

燃料タンク20に貯留されているLNGは、高圧ポンプ21によって昇圧され、気化器22に供給される。気化器22によって気化したLNGは、内燃機関11に供給される。 LNG stored in a fuel tank 20 is pressurized by a high-pressure pump 21 and supplied to a vaporizer 22 . LNG vaporized by the vaporizer 22 is supplied to the internal combustion engine 11 .

次に、空気A1の流れについて説明する。空気ラインLA1を流通する空気A1は、過給機12によって圧縮され、第1蒸発器41A、インタークーラ13、内燃機関11の順に流れる。空気ラインLA1は、過給機12、第1蒸発器41A、インタークーラ13、および内燃機関11を繋ぐラインである。 Next, the flow of air A1 will be described. Air A1 flowing through air line LA1 is compressed by supercharger 12 and flows through first evaporator 41A, intercooler 13, and internal combustion engine 11 in this order. Air line LA<b>1 is a line that connects supercharger 12 , first evaporator 41</b>A, intercooler 13 and internal combustion engine 11 .

過給機12に取り込まれた空気A1は圧縮され、過給空気A1として第1蒸発器41Aに供給される。圧縮され高温となった過給空気A1は、第1蒸発器41Aにおいて作動媒体R1との間で熱交換を行い、作動媒体R1を加熱する。熱交換を行うことにより温度が低下した過給空気A1は、インタークーラ13において、さらに所定の温度まで冷却され、内燃機関11に送り込まれる。 The air A1 taken into the supercharger 12 is compressed and supplied to the first evaporator 41A as supercharged air A1. The supercharged air A1, which has been compressed to a high temperature, exchanges heat with the working medium R1 in the first evaporator 41A to heat the working medium R1. The supercharged air A<b>1 whose temperature has been lowered by heat exchange is further cooled to a predetermined temperature in the intercooler 13 and sent to the internal combustion engine 11 .

なお、第1蒸発器41Aに流入する過給空気A1の温度は、例えば50℃以上250℃以下であってもよく、内燃機関11に送り込まれる過給空気A1の温度は、例えば40℃以上50℃以下であってもよい。第1蒸発器41Aに流入する過給空気A1の温度は、例えば150℃程度であってもよい。 The temperature of the supercharged air A1 flowing into the first evaporator 41A may be, for example, 50° C. or higher and 250° C. or lower, and the temperature of the supercharged air A1 sent into the internal combustion engine 11 may be, for example, 40° C. or higher and 50° C. or higher. °C or lower. The temperature of the supercharged air A1 flowing into the first evaporator 41A may be about 150° C., for example.

なお、過給空気A1が高温のまま内燃機関11に供給されると、内燃機関11の熱負荷が増大する。また、充填空気量が減少し、出力も減少する。よって、過給空気A1は冷却される必要がある。本実施形態においては、過給機12によって圧縮された過給空気A1の圧縮熱を、すぐにインタークーラ13で廃熱することはせずに、まずは第1蒸発器41Aの熱源流体として用いている。このように、過給空気A1の圧縮熱を第1蒸発器41Aにより排熱回収することにより、船舶で発生したエネルギーを有効利用することができる。 Note that if the supercharged air A1 is supplied to the internal combustion engine 11 at a high temperature, the heat load of the internal combustion engine 11 increases. Also, the amount of charged air is reduced, and the output is also reduced. Therefore, the supercharged air A1 needs to be cooled. In this embodiment, the heat of compression of the supercharged air A1 compressed by the supercharger 12 is first used as the heat source fluid of the first evaporator 41A without immediately being exhausted by the intercooler 13. there is Thus, by recovering the heat of compression of the supercharged air A1 by the first evaporator 41A, the energy generated in the ship can be effectively utilized.

次に、排ガスE1の流れについて説明する。排ガスラインLE1を流通する排ガスE1は、内燃機関11から排出され、過給機12の駆動源である排気タービン、排ガスエコノマイザ31、第2蒸発器41Bの順に流れる。排ガスラインLE1は、内燃機関11、過給機12、排ガスエコノマイザ31、および第2蒸発器41Bを繋ぐラインである。 Next, the flow of exhaust gas E1 will be described. The exhaust gas E1 flowing through the exhaust gas line LE1 is discharged from the internal combustion engine 11 and flows through the exhaust turbine, which is the driving source of the supercharger 12, the exhaust gas economizer 31, and the second evaporator 41B in this order. The exhaust gas line LE1 is a line that connects the internal combustion engine 11, the turbocharger 12, the exhaust gas economizer 31, and the second evaporator 41B.

内燃機関11から排出された排ガスE1は、過給機12において排気タービンを駆動する。排ガスE1は、排気タービンの駆動力として用いられることにより排気圧力が回収された状態で、排ガスエコノマイザ31に供給される。排ガスE1は、排ガスエコノマイザ31において水との間で熱交換を行い、蒸気S1を生成する。排ガスエコノマイザ31で熱交換を行うことにより温度が低下した排ガスE1は、第2蒸発器41Bに供給される。排ガスE1は、作動媒体R1との間で熱交換を行い、作動媒体R1を加熱する。第2蒸発器41Bで熱交換を行うことによりさらに温度が低下した排ガスE1は、第2蒸発器41Bから排出される。 Exhaust gas E1 discharged from the internal combustion engine 11 drives an exhaust turbine in the supercharger 12 . The exhaust gas E1 is supplied to the exhaust gas economizer 31 in a state in which the exhaust pressure is recovered by being used as a driving force for the exhaust turbine. The exhaust gas E1 exchanges heat with water in the exhaust gas economizer 31 to generate steam S1. The exhaust gas E1 whose temperature has been lowered by heat exchange in the exhaust gas economizer 31 is supplied to the second evaporator 41B. The exhaust gas E1 exchanges heat with the working medium R1 to heat the working medium R1. The exhaust gas E1 whose temperature has been further lowered by performing heat exchange in the second evaporator 41B is discharged from the second evaporator 41B.

なお、排ガスエコノマイザ31に流入する排ガスE1の温度は、例えば180℃以上400℃以下であってもよく、第2蒸発器41Bに流入する排ガスE1の温度は、例えば150℃以上300℃以下であってもよい。第2蒸発器41Bに流入する排ガスE1の温度は、例えば170℃程度であってもよい。 The temperature of the exhaust gas E1 flowing into the exhaust gas economizer 31 may be, for example, 180° C. or higher and 400° C. or lower, and the temperature of the exhaust gas E1 flowing into the second evaporator 41B may be, for example, 150° C. or higher and 300° C. or lower. may The temperature of the exhaust gas E1 flowing into the second evaporator 41B may be, for example, about 170°C.

内燃機関11を稼働させると排ガスE1が発生する。本実施形態に示されるように、排ガスE1の排気圧力を過給機12の駆動で回収しつつ、排ガスE1の排熱を排ガスエコノマイザ31で一次回収し、さらに第2蒸発器41Bで二次回収することにより、船舶において発生するエネルギーを効率的に有効活用することができる。 When the internal combustion engine 11 is operated, exhaust gas E1 is generated. As shown in this embodiment, while the exhaust pressure of the exhaust gas E1 is recovered by driving the supercharger 12, the exhaust heat of the exhaust gas E1 is primarily recovered by the exhaust gas economizer 31, and further recovered secondarily by the second evaporator 41B. By doing so, the energy generated in the ship can be efficiently and effectively utilized.

次に、BOGの流れについて説明する。第1BOGラインLB1を流通するBOGは、燃料タンク20から排出され、圧縮機25を介して、発電機26およびボイラ32に供給される。第2BOGラインLB2を流通するBOGは、燃料タンク20からボイラ32に直接供給される。第1BOGラインLB1は、燃料タンク20と圧縮機25を繋ぎ、そこから分岐して発電機26およびボイラ32に繋がるラインである。第2BOGラインLB2は、燃料タンク20とボイラ32とを直接繋ぐラインである。 Next, the flow of BOG will be described. BOG flowing through the first BOG line LB1 is discharged from the fuel tank 20 and supplied to the generator 26 and the boiler 32 via the compressor 25 . The BOG flowing through the second BOG line LB2 is directly supplied from the fuel tank 20 to the boiler 32. The first BOG line LB1 is a line that connects the fuel tank 20 and the compressor 25 and branches from there to connect to the generator 26 and the boiler 32 . The second BOG line LB2 is a line that directly connects the fuel tank 20 and the boiler 32 .

第1BOGラインLB1を流れるBOGは、圧縮機25により、発電機26が要求する圧力になるまで加圧され、発電機26に供給される。BOGは、発電機26において燃焼され、これにより電力が生成される。 The BOG flowing through the first BOG line LB<b>1 is compressed by the compressor 25 to a pressure required by the generator 26 and supplied to the generator 26 . The BOG is combusted in generator 26 to produce electrical power.

第1BOGラインLB1を流れるBOGは、バルブ27が制御されることにより、ボイラ32にも供給される。また、燃料タンク20で発生したBOGは、第2BOGラインLB2を通じて、ボイラ32に供給される。BOGは、ボイラにおいて燃焼され、これにより蒸気S2が生成される。 BOG flowing through the first BOG line LB1 is also supplied to the boiler 32 by controlling the valve 27 . Also, the BOG generated in the fuel tank 20 is supplied to the boiler 32 through the second BOG line LB2. BOG is combusted in a boiler to produce steam S2.

次に、蒸気S1、蒸気S2、蒸気S3、蒸気S4の流れについて説明する。 Next, the flow of steam S1, steam S2, steam S3, and steam S4 will be described.

排ガスエコノマイザ31で生成された蒸気S1は、蒸気ラインLS1を通じてスチームヘッダ33に供給される。ボイラ32で生成された蒸気S2は、蒸気ラインLS2を通じてスチームヘッダ33に供給される。スチームヘッダに集合した蒸気S1および蒸気S2は、蒸気S3として、蒸気ラインLS3Cを通じて蒸気エキスパンダ発電機50に供給される。また、蒸気S3は、蒸気ラインLS3Bを通じて船舶における蒸気の需要先Dに供給される。各供給先への蒸気S3の供給量は、供給量調整手段としてのバルブ36、バルブ35等により調整される。 The steam S1 generated by the exhaust gas economizer 31 is supplied to the steam header 33 through the steam line LS1. Steam S2 generated by the boiler 32 is supplied to the steam header 33 through the steam line LS2. Steam S1 and steam S2 collected in the steam header are supplied as steam S3 to steam expander generator 50 through steam line LS3C. In addition, the steam S3 is supplied to the steam demand destination D on the ship through the steam line LS3B. The supply amount of the steam S3 to each supply destination is adjusted by a valve 36, a valve 35, etc. as supply amount adjustment means.

蒸気S3は、蒸気エキスパンダ発電機50で圧力が回収され、減圧された蒸気S4として、蒸気ラインLS4を通じて蒸気バイナリ発電機60に供給される。 The steam S3 is pressure-recovered by the steam expander generator 50 and supplied to the steam binary generator 60 through the steam line LS4 as decompressed steam S4.

なお、蒸気エキスパンダ発電機50による発電が不要である場合などにおいて、蒸気S3は、蒸気ラインLS3Dを通じて、蒸気バイナリ発電機60に供給されてもよい。この場合は、蒸気S3は減圧弁37により減圧されて、減圧された蒸気S4として、蒸気バイナリ発電機60に供給される。 Note that the steam S3 may be supplied to the steam binary power generator 60 through the steam line LS3D when power generation by the steam expander power generator 50 is unnecessary. In this case, the steam S3 is decompressed by the decompression valve 37 and supplied to the steam binary generator 60 as decompressed steam S4.

なお、蒸気バイナリ発電機60の蒸発器61に流入する蒸気S4の圧力P4は、蒸気エキスパンダ発電機50に流入する蒸気S3の圧力P3より低い。例えば、圧力P3は0.4MPa以上0.95MPa以下であり、圧力P4は0.1MPa以上0.35MPa以下である。なお、蒸気バイナリ発電機60の蒸発器61に流入する蒸気S4の温度T4は、蒸気エキスパンダ発電機50に流入する蒸気S3の温度T3より低い。例えば、温度T3は152℃以上182℃以下であり、温度T4は100℃以上148℃以下である。ただし、蒸気バイナリ発電機60を通過することによる蒸気の温度の低下は限定的であり、この蒸気の熱エネルギーは、蒸気バイナリ発電機60で十分活用することができる。 The pressure P4 of the steam S4 flowing into the evaporator 61 of the steam binary generator 60 is lower than the pressure P3 of the steam S3 flowing into the steam expander generator 50. For example, the pressure P3 is 0.4 MPa or more and 0.95 MPa or less, and the pressure P4 is 0.1 MPa or more and 0.35 MPa or less. Note that the temperature T4 of the steam S4 flowing into the evaporator 61 of the steam binary generator 60 is lower than the temperature T3 of the steam S3 flowing into the steam expander generator 50 . For example, the temperature T3 is 152° C. or higher and 182° C. or lower, and the temperature T4 is 100° C. or higher and 148° C. or lower. However, the drop in temperature of the steam due to passing through the steam binary generator 60 is limited, and the thermal energy of this steam can be fully utilized in the steam binary generator 60 .

次に、バイナリ発電機40の作動媒体R1の流れについて説明する。作動媒体R1は、蒸発器41と、膨張器42と、凝縮器43と、循環ポンプ44と、を繋ぐ作動媒体ラインLR1を循環する。 Next, the flow of the working medium R1 of the binary generator 40 will be explained. The working medium R1 circulates through a working medium line LR1 that connects the evaporator 41, the expander 42, the condenser 43, and the circulation pump 44.

作動媒体R1は、蒸発器41において加熱されて気化する。気化した高圧の作動媒体R1は、膨張器42のスクリュロータを回転させて発電機45を駆動する。膨張器42のタービンを通過した低圧の作動媒体R1は、凝縮器43で冷却されて凝縮する。凝縮された作動媒体R1は、循環ポンプ44によって蒸発器41に再度送り込まれる。このように、作動媒体R1は、作動媒体ラインLR1を循環しながら蒸発と凝縮を繰り返す。 The working medium R1 is heated and vaporized in the evaporator 41 . The vaporized high-pressure working medium R1 rotates the screw rotor of the expander 42 to drive the generator 45 . The low-pressure working medium R1 that has passed through the turbine of the expander 42 is cooled by the condenser 43 and condensed. The condensed working medium R1 is sent again to the evaporator 41 by the circulation pump 44 . Thus, the working medium R1 repeats evaporation and condensation while circulating through the working medium line LR1.

本実施形態においては、上述のとおり、蒸発器41は、第1蒸発器41Aと、第2蒸発器41Bと、を有する。よって、作動媒体R1は、第1蒸発器41A、第2蒸発器41Bの順に流れる。作動媒体R1は、第1蒸発器41Aにおいて、過給空気A1との間で熱交換が行われ、その温度が上昇する。作動媒体R1は、第2蒸発器41Bにおいて、排ガスE1との間で熱交換が行われ、その温度がさらに上昇する。このように、複数の蒸発器を備えることにより、船舶で発生する複数の異なる熱源流体をエネルギーとして有効利用し、作動媒体R1を段階的に加熱することができる。 In this embodiment, as described above, the evaporator 41 has the first evaporator 41A and the second evaporator 41B. Therefore, the working medium R1 flows through the first evaporator 41A and the second evaporator 41B in this order. The working medium R1 undergoes heat exchange with the supercharged air A1 in the first evaporator 41A, and its temperature rises. The working medium R1 undergoes heat exchange with the exhaust gas E1 in the second evaporator 41B, and its temperature further rises. By providing a plurality of evaporators in this manner, a plurality of different heat source fluids generated in the ship can be effectively used as energy to heat the working medium R1 in stages.

なお、第2蒸発器41Bから流出する作動媒体R1の温度は、例えば120℃程度であってもよく、凝縮器43から流出する作動媒体R1の温度は、例えば40℃程度であってもよい。 The temperature of the working medium R1 flowing out of the second evaporator 41B may be, for example, about 120.degree. C., and the temperature of the working medium R1 flowing out of the condenser 43 may be, for example, about 40.degree.

次に、蒸気バイナリ発電機60の作動媒体R2の流れについて説明する。作動媒体R2は、蒸発器61と、膨張器62と、凝縮器63と、循環ポンプ64と、を繋ぐ作動媒体ラインLR2を循環する。 Next, the flow of the working medium R2 in the steam binary generator 60 will be described. The working medium R2 circulates through a working medium line LR2 that connects the evaporator 61, the expander 62, the condenser 63, and the circulation pump 64.

作動媒体R2は、蒸発器61において蒸気S4により加熱されて気化する。気化した高圧の作動媒体R2は、膨張器62のスクリュロータを駆動して電力を生成する。膨張器62のスクリュロータを通過した低圧の作動媒体R2は、凝縮器63で冷却されて凝縮する。凝縮された作動媒体R2は、循環ポンプ64によって蒸発器61に再度送り込まれる。このように、作動媒体R2は、作動媒体ラインLR2を循環しながら蒸発と凝縮を繰り返す。 The working medium R2 is heated by the steam S4 in the evaporator 61 and vaporized. The vaporized high-pressure working medium R2 drives the screw rotor of the expander 62 to generate electric power. The low-pressure working medium R2 that has passed through the screw rotor of the expander 62 is cooled by the condenser 63 and condensed. The condensed working medium R2 is re-fed to the evaporator 61 by the circulation pump 64 . Thus, the working medium R2 repeats evaporation and condensation while circulating through the working medium line LR2.

<変形例>
需要先Dで利用後の蒸気S3には、未利用の熱エネルギーが残存していることが多いことから、この熱エネルギーを有効活用することが望ましい。具体的には、需要先Dで利用後の蒸気S3を集合させて、バイナリ発電機(バイナリ発電機40または蒸気バイナリ発電機60)の熱源流体として再利用する。バイナリ発電機40で蒸気S3を再利用する場合、作動媒体R1が循環するORCに第3蒸発器を追加する。第3蒸発器は、例えば第2蒸発器41Bと膨張器42の間に接続される。また、蒸気バイナリ発電機60で蒸気S3を再利用する場合、第2作動媒体が循環するORCに第2蒸発器を追加する。第2蒸発器は、例えば蒸発器61と膨張器62の間に接続される。熱源流体として利用後の蒸気S3は、復水器にて海水で冷却することにより、凝縮ドレンとして回収する。この凝縮ドレンは、排ガスエコノマイザ31やボイラ32の給水として再利用することができる。
<Modification>
Since unused thermal energy often remains in the steam S3 after being used at the demand destination D, it is desirable to make effective use of this thermal energy. Specifically, the steam S3 after use at the demand destination D is collected and reused as the heat source fluid of the binary generator (binary generator 40 or steam binary generator 60). If the binary generator 40 recycles the steam S3, a third evaporator is added to the ORC through which the working medium R1 circulates. The third evaporator is connected between the second evaporator 41B and the expander 42, for example. Further, when the steam S3 is reused in the steam binary generator 60, a second evaporator is added to the ORC through which the second working medium circulates. The second evaporator is connected between the evaporator 61 and the expander 62, for example. The steam S3 after being used as a heat source fluid is recovered as condensed drain by cooling with seawater in a condenser. This condensed drain can be reused as feed water for the exhaust gas economizer 31 and the boiler 32 .

以上説明した本実施形態の船舶用発電システム1によれば、以下のような効果が奏される。 According to the marine power generation system 1 of this embodiment described above, the following effects can be obtained.

(1)本実施形態の船舶用発電システム1は、蒸気生成部30を備える船舶に用いられる船舶用発電システム1であって、蒸気生成部30により生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行う蒸気エキスパンダ発電機50と、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の蒸気を熱源流体として発電を行う蒸気バイナリ発電機60と、を備える。これにより、船舶において発生するエネルギーを有効活用することが可能な船舶用発電システム1を提供することができる。 (1) The marine power generation system 1 of the present embodiment is a marine power generation system 1 that is used in a ship that includes a steam generator 30, and converts expansion of steam generated by the steam generator 30 into rotational force. and a steam binary generator 60 that generates power using the steam used by the steam expander generator 50 as a heat source fluid. Accordingly, it is possible to provide the ship power generation system 1 that can effectively utilize the energy generated in the ship.

このように、蒸気エキスパンダ発電機50と蒸気バイナリ発電機60を用いた蒸気カスケード方式の発電を行うことにより、船舶において発生する蒸気を有効活用することができる。蒸気バイナリ発電機60において、作動媒体R2との間で熱交換を行う蒸気は、低い圧力の蒸気でもよい。一方、蒸気エキスパンダ発電機50で用いられる蒸気は、中圧以上の圧力であることが求められる。よって、蒸気エキスパンダ発電機50が、船舶において生成された中圧以上の圧力の蒸気を用いて発電を行い、その後、蒸気バイナリ発電機60が、蒸気エキスパンダ発電機50で使用された後の減圧された蒸気を用いて発電を行うことにより、船舶において生成された蒸気を有効活用し、効率的な発電を行うことができる。 In this way, by performing the steam cascade type power generation using the steam expander power generator 50 and the steam binary power generator 60, the steam generated in the ship can be effectively utilized. In the steam binary generator 60, the steam that exchanges heat with the working medium R2 may be low-pressure steam. On the other hand, the steam used in the steam expander generator 50 is required to have a medium pressure or higher. Therefore, the steam expander power generator 50 generates power using the steam of intermediate pressure or higher pressure generated in the ship, and then the steam binary power generator 60 is used in the steam expander power generator 50. By generating power using the depressurized steam, the steam generated in the ship can be effectively used and power can be generated efficiently.

(2)本実施形態の蒸気バイナリ発電機60は、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の蒸気S4と作動媒体R2との間の熱交換により作動媒体R2を加熱する蒸発器61を有する。これにより、蒸気エキスパンダ発電機50で使用された後の蒸気S4と、蒸気バイナリ発電機60を循環する作動媒体R2との間の熱交換が適切に行われる。 (2) The steam binary power generator 60 of the present embodiment has an evaporator 61 that heats the working medium R2 by heat exchange between the steam S4 and the working medium R2 that have been used in the steam expander power generator 50 . Thereby, heat exchange between the steam S4 after being used in the steam expander power generator 50 and the working medium R2 circulating in the steam binary power generator 60 is properly performed.

(3)本実施形態の蒸気生成部30は、液化燃料ガスのボイルオフガスを燃料として蒸気S2を生成するボイラ32を含み、蒸気エキスパンダ発電機50は、ボイラ32で生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行い、蒸気バイナリ発電機60は、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の蒸気S4を熱源流体として発電を行う。このように、内燃機関11で用いられる液化燃料ガスのボイルオフガスを燃料とするボイラ32により生成された蒸気S2を用いて、蒸気エキスパンダ発電機50による発電および蒸気バイナリ発電機60による発電が行われるため、船舶において発生するエネルギーがより有効に活用される。 (3) The steam generator 30 of the present embodiment includes a boiler 32 that generates steam S2 using the boil-off gas of the liquefied fuel gas as fuel, and the steam expander generator 50 expands the steam generated by the boiler 32. The steam binary generator 60 generates power by using the steam S4 used by the steam expander generator 50 as a heat source fluid. Thus, using the steam S2 generated by the boiler 32 that uses the boil-off gas of the liquefied fuel gas used in the internal combustion engine 11 as fuel, power generation is performed by the steam expander power generator 50 and power generation by the steam binary power generator 60. Therefore, the energy generated by the ship is used more effectively.

(4)本実施形態の蒸気生成部30は、船舶の内燃機関11からの排ガスE1を用いて蒸気S1を生成する排ガスエコノマイザ31を含み、蒸気エキスパンダ発電機50は、排ガスエコノマイザ31で生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行い、蒸気バイナリ発電機60は、蒸気エキスパンダ発電機50で使用後の蒸気S4を熱源流体として発電を行う。このように内燃機関11からの排ガスE1を利用する排ガスエコノマイザ31により生成された蒸気S1を用いて、蒸気エキスパンダ発電機50による発電および蒸気バイナリ発電機60による発電が行われるため、船舶において発生するエネルギーがより有効に活用される。 (4) The steam generator 30 of the present embodiment includes an exhaust gas economizer 31 that generates steam S1 using exhaust gas E1 from the ship's internal combustion engine 11, and the steam expander generator 50 is generated by the exhaust gas economizer 31. The steam binary power generator 60 generates power by using the steam S4 used by the steam expander power generator 50 as a heat source fluid. Using the steam S1 generated by the exhaust gas economizer 31 that uses the exhaust gas E1 from the internal combustion engine 11 in this way, the steam expander generator 50 and the steam binary generator 60 generate power. The energy generated is used more effectively.

以上、本発明の船舶用発電システムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。 Although preferred embodiments of the marine power generation system of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate.

S 船舶
1 船舶用発電システム
11 内燃機関(主機)
12 過給機
13 インタークーラ
20 燃料タンク
30 蒸気生成部
31 排ガスエコノマイザ
32 ボイラ
40 バイナリ発電機
50 蒸気エキスパンダ発電機
60 蒸気バイナリ発電機
61 蒸発器
62 膨張器
63 凝縮器
64 循環ポンプ
65 発電機
R1、R2 冷媒
A1 空気、過給空気(圧縮空気)
E1 排ガス
LNG 液化天然ガス
S1、S2、S3、S4 蒸気
S ship 1 ship power generation system 11 internal combustion engine (main engine)
12 Turbocharger 13 Intercooler 20 Fuel Tank 30 Steam Generator 31 Exhaust Gas Economizer 32 Boiler 40 Binary Generator 50 Steam Expander Generator 60 Steam Binary Generator 61 Evaporator 62 Expander 63 Condenser 64 Circulation Pump 65 Generator R1 , R2 refrigerant A1 air, supercharged air (compressed air)
E1 Exhaust gas LNG Liquefied natural gas S1, S2, S3, S4 Steam

Claims (4)

蒸気生成部を備える船舶に用いられる船舶用発電システムであって、
前記蒸気生成部により生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行う蒸気エキスパンダ発電機と、
前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気を熱源流体として発電を行う蒸気バイナリ発電機と、を備える、船舶用発電システム。
A marine power generation system for use in a ship equipped with a steam generator,
a steam expander generator that converts the expansion of the steam generated by the steam generator into rotational force to generate power;
and a steam binary power generator that generates power using the steam used by the steam expander power generator as a heat source fluid.
前記蒸気バイナリ発電機は、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気と作動媒体との間の熱交換により作動媒体を加熱する蒸発器を有する、請求項1に記載の船舶用発電システム。 2. The marine power generation system of claim 1, wherein the steam binary generator comprises an evaporator that heats the working medium by heat exchange between the steam and the working medium after use in the steam expander generator. 前記蒸気生成部は、液化燃料ガスのボイルオフガスを燃料として蒸気を生成するボイラを含み、
前記蒸気エキスパンダ発電機は、前記ボイラで生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行い、
前記蒸気バイナリ発電機は、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気を熱源流体として発電を行う、請求項1または請求項2に記載の船舶用発電システム。
The steam generating unit includes a boiler that generates steam using the boil-off gas of the liquefied fuel gas as fuel,
The steam expander generator converts expansion of steam generated in the boiler into rotational force to generate power,
3. The marine power generation system according to claim 1, wherein said steam binary power generator generates power using steam used by said steam expander power generator as a heat source fluid.
前記蒸気生成部は、船舶の内燃機関からの排ガスを用いて蒸気を生成する排ガスエコノマイザを含み、
前記蒸気エキスパンダ発電機は、前記排ガスエコノマイザで生成された蒸気の膨張を回転力に変換して発電を行い、
前記蒸気バイナリ発電機は、前記蒸気エキスパンダ発電機で使用後の蒸気を熱源流体として発電を行う、請求項1または請求項2に記載の船舶用発電システム。
The steam generator includes an exhaust gas economizer that generates steam using exhaust gas from an internal combustion engine of the ship,
The steam expander generator converts the expansion of the steam generated by the exhaust gas economizer into rotational force to generate power,
3. The marine power generation system according to claim 1, wherein said steam binary power generator generates power using steam used by said steam expander power generator as a heat source fluid.
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