JP5407093B2 - 燃料油加熱供給システム。 - Google Patents

Description

この発明は、ディーゼル機関に必要とする量のＣ重油を適正な粘度と性状として処理し、供給する燃料油加熱供給システムに関する。

船舶では、推進機関にはディーゼル機関が主流で、燃料油としてはＣ重油が多く使用され、燃料として使用するには、適正な粘度と適正な性状として供給することが必要で、適正な粘度と性状とするには、Ｃ重油を加熱して適正粘度に調整が必要で、また、適正性状にするには、一般に使用されている遠心分離器では適正温度に加熱して粘度を低くして清浄機で清浄する必要がある。

ディーゼル機関で使用するＣ重油を加熱には一般に蒸気が使用されているが、蒸気を発生するには、補助ボイラー、排ガスエコノマイザー、給水ポンプ、カスケードタンク、ドレンクーラー等の機器、および、蒸気管、蒸気ドレン管の配管が必要で、大きな場所と費用が必要で、特に、小型船舶では省スペース化からＣ重油を加熱に電気式加熱器が多く採用され、加熱に必要な電力量は発電機で賄われ、航海電力の２５％を占めている事例もある。

従来の小型船舶で電気式加熱器を使用した燃料油加熱供給システムの概略系統を図１を用いて説明すると、燃料油加熱供給システムでは燃料油清浄系統と燃料油供給系統で構成されている。

該燃料油清浄系統は、Ｃ重油澄タンク１０に装備した電気式加熱器１１により設定温度までＣ重油を加熱し、該Ｃ重油澄タンク１０から燃料油清浄機１２付供給ポンプ１３によりＣ重油は、処理量を処理能力の１／２〜１／３に弁１７により調整された後、清浄機電気式加熱器１８で適正温度まで加熱し、該燃料油清浄機１２に供給され、清浄処理されたＣ重油は、Ｃ重油常用タンク２２に供給する系統で性状処理を行っている。

該燃料油供給系統は、該Ｃ重油常用タンクに装備した電気式加熱器２３で、設定温度まで加熱、保温したＣ重油は、ディーゼル機関３１で消費した量を燃料油供給ポンプ２６に補給し、燃料油電気式加熱器２８で適正粘度まで加熱して、該ディーゼル機関３１に供給され、燃料消費された後のＣ重油は、エアセパレーター３３に供給され、該燃料油供給ポンプ２６へと循環する系統で、ディーゼル機関３１に適正な性状と粘度として供給処理を行う。

実願 昭５７−１３６３３５ 燃料油の加熱装置 特開平９−５８５９４ 船舶の燃料供給ユニット 特許出願２００６−１６８０９４ 燃料油供給装置 特開平７−３１７６１４ 燃料油移送装置 登録実用新案 ３０１７３６６ 船舶の燃料供給ポンプ

商船機関部設計マニュアル 配管系統 社団法人 日本舶用機関学会 研究委員会報告 Ｎｏ．８７、 昭和５３年１２月 内航船４サイクル主機関の燃料油及び潤滑油に関するガイドライン 社団法人 日本舶用工業会 平成２１年１月

ディーゼル機関で使用するＣ重油は、前記に述べたように適正な粘度と適正な性状とするには加熱装置が必要で、蒸気エコノマイザー、熱媒体油エコノマイザー等を使用した省エネシステムは周知であるが、多くの機器の据付場所や配管が必要で、特に、小型船舶では非常に狭くて省エネ化を犠牲にしてもＣ重油を加熱するために多くの機器や配管が減少する省スペース化、操作性を考えた加熱に必要な電力量をディーゼル機関駆動の発電機容量で賄っている電気式加熱方式が主流であるが、使用するＣ重油の高粘度化が進む燃料油状況では、適正粘度にするには益々加熱温度が高く、大容量の電気ヒーターが必要で、電力量をディーゼル発電機容量で賄っている状況では発電機の容量も大きくする必要があり、近年の省エネを目指す状況とはかけ離れていくことが危惧される。

小型船舶の例では、ディーゼル発電機で航海中消費電力量１３０ｋＷ／ｈ中で、２５％にあたる３３ｋＷ／ｈがＣ重油加熱に費やしている現状である。高粘度化する燃料油状況では発電機は大きくなり、益々燃料消費量も多大となり、現存船では対応できない状況も生ずる。しかも、世界的に環境問題が重要課題としている時代に、省エネ化に逆行するシステムでは良い方式として認められない。蒸気エコノマイザー、熱媒体油エコノマイザーを使用したシステムのように、多くの機器が増えるものでは、省エネ化システムを採用するには、貨物積載場所を犠牲にしなければならない状態では経済的にも成立しない。

本発明の燃料油加熱供給システムは、通常航海中の船舶のディーゼル機関に使用するＣ重油を適正な粘度と適正な性状に処理する燃料油加熱供給システムにおいて、１個の燃料油加熱器で加熱したＣ重油を高い加熱温度を必要とする機器から順に通過させ、低い温度で良い機器を末端とする配管を行うことで、コンパクトで省エネ、低コストで、かつ、省力化が可能なものとすることを目的とする。

ディーゼル機関に供給するＣ重油を燃料消費量の２倍以上の容量とした燃料油供給ポンプにて燃料油加熱器に供給し、最適粘度になる温度まで加熱して該ディーゼル機関に供給し、燃料消費した後の余剰Ｃ重油は該ディーゼル機関からＣ重油澄タンク内Ｃ重油を加熱する加熱器を経由してエアセパレータを通過して該燃料油供給ポンプに至る密閉回路と、もう一方の回路は、該ディーゼル機関と加熱器との間から分岐し、供給するＣ重油と、該Ｃ重油澄タンクから供給されるＣ重油との間で混合して清浄適温として、燃料油清浄機供給ポンプから燃料油清浄機に供給し、清浄されたＣ重油は２分して、１方は該Ｃ重油常用タンクに供給し、もう１方は該エアセパレータに供給し、該Ｃ重油常用タンクでオーバフローしたＣ重油は該Ｃ重油澄タンクに供給され、Ｃ重油常用タンク及びＣ重油澄タンクを加熱を行い、消費したＣ重油は該Ｃ重油常用タンクから該燃料油供給ポンプへと補給することを特徴とする

この燃料油加熱供給システムでは、従来の燃料油加熱、清浄機加熱、Ｃ重油常用タンク加熱、Ｃ重油澄タンク加熱に個々に加熱装置を設備していたが、燃料油加熱器の熱源は、電気式加熱器、蒸気式加熱器、熱媒油加熱器であっても、必要とするＣ重油の加熱温度と加熱量が処理できる容量とした１個の燃料油加熱器でもって加熱したＣ重油は、高い加熱温度を必要とする機器から順に混合、または、通過し、低い温度で良い機器を末端とする配管で、Ｃ重油を加熱処理する。

こうして、１個の燃料油加熱器で加熱することで、燃料油加熱、清浄機加熱、Ｃ重油常用タンク加熱、Ｃ重油澄タンク加熱を個々にしていたものを、１個の燃料加熱器ですることで、ヒートロスが削減する。しかも、個々に加熱してい従来の系統に比べて、シンプルな系統となり、機器も減少しコンパクト、省エネ、操作性と安全性向上、省力化及び環境にも優れ、低コストである。

この燃料油加熱供給システムは、特に、小型船舶では、省エネが要求され中で推進するにはスペース制約ある現状では、コンパクト化は大きく省エネ、省力化の推進に繋がり、しかも、Ｃ重油の高粘度対策という場合に好適である。

このように本発明の燃料油加熱供給システムによれば、ディーゼル機関に使用するＣ重油を加熱するのに１個の燃料油加熱器によりＣ重油を加熱処理する熱源は、電気、蒸気、熱媒体といずれの場合にも適用でき、コンパクト、省エネで、且つ、環境にやさしい現代のニーズに合ったシステムで、省力化及び低コストが可能なものとすることができる。

従来の小型船舶における燃料油加熱供給システムの概略系統図である 本発明の実施形態に係る燃料油加熱供給システムの概略系統図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２に示す実施形態は、熱源は電気式加熱器を使用した、ディーゼル機関に供給するＣ重油を適正粘度とするための燃料油加熱と適正性状とするためのＣ重油加熱処理する燃料油加熱供給システムである。

本発明のポイントは、ディーゼル機関で使用するＣ重油を適正粘度になる温度まで燃料消費量の２倍以上の量を１個の燃料油電気式加熱器でもって加熱して、ディーゼル機関に供給し、燃料消費量を差引いた余剰Ｃ重油と、Ｃ重油澄タンクからの供給するＣ重油と混合して燃料油清浄機の適正温度にして燃料油清浄機に供給することにある。

ディーゼル機関ではＣ重油を使用するには、良好な燃料噴射、燃焼を得るための適正粘度と適正性状は液状汚染物と固形汚染物の清浄が必要で、ディーゼル機関製造メーカから適正粘度範囲及び性状範囲が提示されている。

図２を用いて本システムの概略系統について説明すると、頭部に自動空気抜弁７３を備えたエアセパレータ４８から管５５で燃料油供給ポンプ４２に、管５６で燃料油電気式加熱器４１に接続する。

該燃料油電気式加熱器４１から管５７でディーゼル機関４０に配管され、管５８でＣ重油澄タンク４６に装備された加熱器４５に接続され、管５９で該エアセパレータ４８に至る密閉回路とする。

また、もう１方の回路は、該管５８から分岐した管６２を設け３方温調弁４９に接続し、また、該Ｃ重油澄タンク４６から管６３で該３方温調弁４９に接続し、該３方温調弁４９から管６４にて燃料油清浄機供給ポンプ４３に至り、管６５にて燃料油清浄機４４に接続する。

該燃料油清浄機４４からは管６６の途中にニードル弁７１を設けＣ重油常用タンク４７に接続し、該管６６に設備したニードル弁７１の該燃料油清浄機４４側から管６７を分岐して、該エアセパレータ４８に接続する。

該Ｃ重油常用タンク４７から該Ｃ重油澄タンク４６へオーバーフロ管６８設け、また、該Ｃ重油常用タンク４７から逆止弁７２を経由して管５４にて、該管５５に接続する。

この系統でのＣ重油の加熱処理過程を説明すると、該ディーゼル機関４０に供給するＣ重油は、燃料消費量の２倍以上の容量とした該燃料油供給ポンプ４２で該燃料油電気式加熱器４１に供給し、最適粘度になる温度まで加熱して該ディーゼル機関４０に供給し、燃料消費した後の余剰Ｃ重油は該ディーゼル機関４０から該加熱器４５で該Ｃ重油澄タンク４６内のＣ重油を加熱し、該エアセパレータ４８を経由して該燃料油供給ポンプ４２に至る循環する。

もう一方の回路は、該管５８から分岐し、該Ｃ重油澄タンク４６からのＣ重油と該３方温調弁４９で混合量を該燃料油清浄機４４の適正温度に調整して該燃料油清浄機供給ポンプ４３に供給する。

該燃料油清浄機供給ポンプ４３からのＣ重油は適正温度で燃料油清浄機４４に供給し、清浄されたＣ重油は、２方に分け、１方は該Ｃ重油常用タンク４７にディーゼル機関４０の燃料消費量に余裕を加えた量を供給する。

また１方は該燃料油清浄機供給ポンプ４３の容量から該Ｃ重油常用タンク４７に供給した後の余剰したＣ重油は該エアセパレータ４８に供給し、該エアセパレータ４８では該Ｃ重油澄タンク４６内を貫通させることで、加熱器として加熱Ｃ重油が通過することで該Ｃ重油澄タンク４６中のＣ重油を加熱し、該燃料油供給ポンプ４２に戻る。

該Ｃ重油澄タンク４６のＣ重油は、ディーゼル機関４０使用される燃料消費量は燃料油貯蔵タンク７５から管７６を通り燃料油移送ポンプ７７で燃料油加熱器７９に供給され、ディーゼル機関４０の高温冷却水を使用して、該Ｃ重油澄タンク４６の設定温度まで加熱し、管７４を経由して該Ｃ重油澄タンクに補給する。

燃料油加熱システムの加熱処理は、ディーゼル機関に供給する燃料油の適正粘度にする加熱、燃料油清浄機に供給する燃料油の適正粘度にする加熱、Ｃ重油澄タンク中の燃料油の設定温度まで加熱、Ｃ重油常用タンク中の燃料油の設定温度まで加熱、の４点である。

本システムでの加熱処理について説明すると、設定条件はディーゼル機関の入口温度は、Ｃ重油の加熱温度１２５℃で燃料消費量Ｑ１＝２５０Ｌ／ｈとする。

燃料油加熱器４１の設定温度ｂ点は１３０℃でディーゼル機関入口ａ点では１２５℃で３方温調弁４９ｄ点では１２０℃とする。Ｃ重油澄タンク設定温度点７０℃、Ｃ重油常用タンク設定温度９０、清浄機適正温度９５℃とする。

燃料油清浄機４４に供給するＣ重油を適正温度ｆ点とするには、管６２で供給するＣ重油ｄ点の必要流量は、Ｃ重油澄タンク４６から管６３ｅ点には、燃料消費量２５０Ｌ／ｈと７０℃のＣ重油が、管６２からのＣ重油ｄ点の流量Ｑ２と温度１２０℃として、流量Ｑ２は、次の式となる。
（ｅ点温度×ｅ点流量＋ｄ点温度×ｄ点流量）／（ｅ点流量＋ｄ点流量）＝ｆ点温度
（７０×０．２５＋１２０×Ｑ２）／（０．２５＋Ｑ２）＝９５
Ｑ２＝０．２５ｍ３／ｈ＝２５０Ｌ／ｈ
燃料油清浄機供給ポンプ４３容量は２５０＋２５０＝５００Ｌ／ｈとなる。

貯蔵タンクからＣ重油２５０Ｌ／ｈを２５℃から７０℃まで加熱するには、Ｃ重油供給量Ｑ３は、次の式となる。
貯蔵タンク温度ｔ２：２５℃、Ｃ重油澄タンク設定温度ｔ１：７０℃、加熱量２５０Ｌ／ｈ、ｔ３：Ｃ重油供給温度１２０℃、ヒータ効率η＝０．８とする補給熱量は、（（７０−２５）×．２５）／．８＝１１．２５／．８＝１４．０６
管６７ の通過熱量は、 （９０−７０）×．２０＝４．０
加熱器４５の通過熱量は、 １４．０６−４．０ ＝１０．０６
１０．０６＝（１２０−７０）×Ｑ３
加熱器４５のＣ重油必要流量は Ｑ３＝０．２０１ｍ３／ｈ＝２０１Ｌ／ｈ

燃料油供給ポンプ４２の容量Ｑ４は、
Ｑ４＝燃料消費量Ｑ１＋清浄加熱に必要量Ｑ２＋加熱器４５必要量Ｑ３
＝２５０＋２５０＋２０１＝７０１（Ｌ／ｈ）
Ｑ４は燃料消費量Ｑ１の２．８倍となる。

燃料電気式加熱器４１の入口温度は、エアセパレータ４８出口は４１２Ｌ／ｈで７０℃と管５４からの供給Ｃ重油は３００Ｌ／ｈで９０℃を合計すると７１２Ｌ／ｈで７８℃となる。
この時の熱交換量Ｈは次の計算式（２）による。
Ｈ＝Ｑｆ×（（ｔ２−ｔ１）×Ｓｇ×Ｓｈ）――（２）
Ｑｆ：流量（ｍ３／ｈ）
ｔ２：出口温度 （℃）
ｔ１：入口温度 （℃）
Ｓｇ：比重 （ｋｇ／ｍ３）
Ｓｈ：比熱 （ｋｊ／ｋｇ．Ｋ）
Ｈ＝０．７０１×（１３０−７８）×９８０×１．８８４）
＝６７３０２ ｋｊ／ｈ
加熱電力は次算式（３）による。
電力量Ｗ＝Ｈ／（３６００×η×ｈ）――（３）
Ｗ：（ｋＷ）
Ｈ：（ｋｊ／ｈ）交換熱量
η：（０．８５）効率
ｈ：（ｈ） 時間
Ｗ＝６７３０２／（３６００×０．８５×１．０）
＝２２．０ ｋＷ／ｈ

燃料油貯蔵タンク７５から補給されるＣ重油を該燃料油加熱器７９によりＣ重油澄タンク４６の設定温度まで加熱した状態で補給することで、上記Ｑ３の熱量も必要でなく、燃料油供給ポンプ４２の容量Ｑ４は、
Ｑ４＝Ｑ１＋Ｑ２＝５００Ｌ／ｈ
でＱ４は燃料消費量Ｑ１の２．００倍となる。

Ｑ４を５００Ｌ／ｈで燃料電気式加熱器４１の電気消費量を計算すると、
Ｈ＝０．５００×（１３０−７８）×９８０×１．８８４）
＝４８００４ｋｊ／ｈ
電力量は、
Ｗ＝４８００４／（３６００×０．８５×１．０）
＝１５．７ｋＷ／ｈ

従来の電気式加熱方式の採用事例では
燃料油加熱器 ：１２ｋＷ
清浄機加熱器 ：１０ｋＷ
Ｃ重油常用タンク加熱器 ：４ｋＷ
Ｃ重油澄タンク加熱器 ：７ｋＷ
合計 ３３ｋＷ
であった。本発明の加熱容量は２２．０ｋＷ／ｈで従来比で６７％で、１１ｋＷの削減となり約３３％の省エネとなる。
また、燃料油貯蔵タンク７５から補給回路に該燃料油加熱器７９を設けた場合には加熱容量は１５．７ｋＷ／ｈで従来比で４８％で、１７．３ｋＷの削減となり約５０％の省エネとなる。

４０ ディーゼル機関
４１ 燃料油電気式加熱器
４２ 燃料油供給ポンプ
４３ 燃料油清浄機供給ポンプ
４４ 燃料油清浄機
４５ 加熱器
４６ Ｃ重油澄タンク
４７ Ｃ重油常用タンク
４８ エアセパレータ
４９ ３方温調弁
５４、５５、５６、５７、５８、５９、６２、６３、６４、６５、６６、６７ 油管
７１ ニードル弁
７２ 逆止弁
７３ 自動空気抜弁
７５ 燃料油貯蔵タンク
７７ 燃料油移送ポンプ
７９ 燃料油加熱器（高温冷却水）
７４、７６、７８ 油管
８０ 高温冷却水 水管

Claims (3)

1. ディーゼル機関に供給するＣ重油を燃料消費量の２倍以上の容量とした燃料油供給ポンプにて燃料油加熱器に供給し、最適粘度になる温度まで加熱して該ディーゼル機関に供給し、燃料消費した後の余剰Ｃ重油は、該ディーゼル機関からＣ重油澄タンク内Ｃ重油を加熱する加熱器を経由してエアセパレータを通過して該燃料油供給ポンプに至る密閉回路と、もう一方の回路は、該ディーゼル機関と加熱器との間から分岐し、供給するＣ重油と、該Ｃ重油澄タンクから供給されるＣ重油との間で混合して清浄適温として、燃料油清浄機供給ポンプから燃料油清浄機に供給し、清浄されたＣ重油は２分して、１方はＣ重油常用タンクに供給されたＣ重油と、該Ｃ重油常用タンク内のＣ重油と混合されて温度上昇され、余剰したＣ重油はオーバフロー管を経由して該Ｃ重油澄タンクに還流され、該Ｃ重油澄タンク内のＣ重油と混合されて温度上昇され、もう１方は該エアセパレータに供給し、消費したＣ重油は該Ｃ重油常用タンクから該燃料油供給ポンプへと補給することを特徴とする燃料油加熱供給システム。
2. 前記エアセパレータは、該Ｃ重油澄タンク中に組込み、航海中は該Ｃ重油澄タンク中のＣ重油を加熱する請求項１記載の燃料油加熱供給システム。
3. 前項該Ｃ重油澄タンクには、燃料油貯蔵タンクからＣ重油移送ポンプで補給する回路において、該ディーゼル機関からの高温冷却水を使用して加熱するＣ重油加熱器を該回路途中、又は、Ｃ重油澄タンク内に設け、Ｃ重油を設定温度まで加熱する請求項１記載の燃料油加熱供給システム。

Images