JP5629341B2

JP5629341B2 - 船舶機関室のタンク加熱システム

Info

Publication number: JP5629341B2
Application number: JP2013043828A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎影野
Original assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Current assignee: Shin Kurushima Dockyard Co Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: JP2014173428A

Description

本発明は、船舶機関室のタンクを加熱するシステムに関する。

船舶においては、主機等で使用する燃料油等を油タンクに貯蔵しており、燃料油等を主機等の供給する際には、一定程度以上の流度(流れやすさ)を必要とする。このため燃料油等を一定温度以上に加熱する必要があり、船舶に配置される油を貯留するタンクには、タンク内の油を加熱するための蒸気配管をタンク内に設けるようにしている。

この種の船舶機関室のタンク加熱システムとしては、例えば、特開２００１-１４０７１１号公報に開示のものが知られている。
特開２００１-１４０７１１号公報の開示は、発明名称「船舶主機燃料加熱装置」に係り、「蒸気の浪費を回避するとともに、効率的に油を加熱してボイラー作動時間を減少しえる船舶主機燃料加熱装置を提供することを目的とする」発明の解決課題とし（同公報明細書段落番号０００７参照）、「船舶主機の排ガスの熱を利用して蒸気を発生する蒸気発生器と、圧力センサーを有し，蒸気圧力が低圧側設定値以下になると作動し高圧側設定値以上になると停止する補助蒸気発生器と、使用すべき油を加熱するヒーティングタンクと、前記蒸気発生器及び補助蒸気発生器に接続する主蒸気配管と、前記ヒーティングタンクと主蒸気配管とを接続する、蒸気弁を介装した油タンク加熱用副蒸気配管とを具備すること」により(同公報特許請求の範囲請求項１の記載参照)、「蒸気の浪費を回避するとともに、効率的に油を加熱してボイラー作動時間を減少しえる船舶主機燃料加熱装置を提供できる」という効果を奏するものである(同公報明細書段落番号００３３参照）。

図２は、当該特開２００１-１４０７１１号公報に図１として開示される開示発明の実施例１に係る船舶主機燃料加熱装置の説明図である。
図２において、１０１は、蒸気発生器（排ガスエコノマイザー）、１０２は、補助蒸気発生器（補助ボイラー）、１０３は、ハイ・ローセレクター付き圧力調整弁、１０４は、主蒸気配管、１０５、１０７は、蒸気弁、１０６、１０８は、副蒸気配管、１０９は、ヒーティングタンク、１１０は、スタンバイタンク、１１１は、温度計、１２１は、設定流量切替機能付き蒸気流量調整弁である（なお、符号は、先行技術であることを明らかにするために、本願出願人において、３桁に変更して説明した。）。

このような構成からなる従来のタンク加熱システムであっても、昨今の省エネ技術の発達により船舶の大きさに対して主機関の小型化が進み、排ガス量が減少し、その結果、この排ガスを利用して加熱する排ガスエコノマイザーで発生する蒸気量が不足するという問題がある。
また、排ガスエコノマイザーへのガス量を確保するために主機関の過給機効率を下げる方法も考えられるが、主機関の燃費が悪化するという問題を避けられない。

特開２００１-１４０７１１号公報

船舶に配置されるタンク内の加熱において、主機排ガス量の減少により排ガスエコノマイザーで発生する蒸気量が不足しても、加熱を必要とする船舶タンクの加熱熱源の不足を補うことが可能な船舶機関室のタンク加熱システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本願請求項１に係る発明は、船舶機関室のタンク加熱システムにおいて、船舶に配置される加熱を必要とする燃料タンクを加熱する排ガスエコノマイザーと、船舶の機関室排気温風内に配置される空気熱交換器、膨張弁、コンプレッサー、水熱交換器、及びこれらの機器の間を接続してＣＯ_２（炭酸ガス）を冷媒として循環させる冷媒管とからなる一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器と、前記水熱交換器の二次側に接続されるポンプ、前記船舶に配置される加熱を必要とする燃料タンク内に配置される放熱管、及びこの機器の間を接続して温水を循環させる温水管とからなる二次側温水循環サイクル機器と、からなることを特徴とする。
また、本願請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の船舶機関室のタンク加熱システムにおいて、前記一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器は、冷媒としてＣＯ_２に替え、アンモニア又は各種フルオロカーボン冷媒及びこれらのフルオロカーボン冷媒のうち異なるものを２種類、３種類を混合した共沸混合冷媒であることを特徴とする。
さらに、本願請求項３に係る発明は、前記請求項１又は２に記載の船舶機関室のタンク加熱システムにおいて、前記一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器と二次側温水循環サイクル機器間のＣＯＰ値が３内外の値であることを特徴とする。

本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
ＣＯＰ(Coefficient Of Performance：成績係数)＝３程度のヒートポンプ技術を使用し、１の消費電力で３の熱エネルギーを得ることができるので、余剰となった排ガスエコノマイザーの蒸気を発電に利用したり、また、主機関の過給機効率を上げることにより省燃費となるという効果を有する。

図１は、本発明に係るタンク加熱システムを実施するための形態であるタンク加熱システムの実施例１に係るタンク加熱システム１の概略図図２は、当該特開２００１-１４０７１１号公報に図１として開示される開示発明の実施例１に係る船舶主機燃料加熱装置の説明図である。

本発明に係るタンク加熱システムを実施するための最良の形態である一実施例を図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に係るタンク加熱システムを実施するための形態であるタンク加熱システムの実施例１に係る船舶機関室のタンク加熱システム１の概略図である。

図１において、符号１は、実施例１に係る船舶機関室のタンク加熱システムであり、２は、同システム１の一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器、３は、同二次側温水循環サイクル機器、４は、内部に燃料油等を貯留するタンクである。さらに、前記一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器２は、排気管(図示外)に連なる機関室排気温風内に配置される空気熱交換器５、膨張弁６、電気動力源たる駆動モータ７が接続されるコンプレッサー８，水熱交換器９及びこれらの機器の間を接続するＣＯ_２（炭酸ガス）を冷媒とする冷媒管１０からなる。また、前記二次側温水循環サイクル機器３は、前記一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器２に配置される前記水熱交換器９の二次側に接続され、さらに、これに接続される電気動力源たるモータ１１により駆動されるポンプ１２、前記タンク４内に配置される放熱管１３及びこれらの機器の間を接続する温水管１４からなる。
なお、図１に示すタンク加熱システム１では、タンク４を一つだけ示したが、これは船舶の大きさ、配置装置等の関係で通常は複数存在する。

本実施例１に係るタンク加熱システム１の動作を説明する。
本実施例１に係るタンク加熱システム１においては、前記空気熱交換器５が３５℃程度の排気管に連なる機関室排気温風の雰囲気中に配置される。そして、３５℃程度の排気管に連なる機関室排気温風と熱交換され、前記空気熱交換器５を通過した後は、前記ＣＯ_２冷媒は、３ＭＰａ、２５℃程度の熱量となり、これが、前記コンプレッサー８により圧縮されて、前記ＣＯ_２冷媒が、１０ＭＰａ、１３０℃程度に加熱され、前記水熱交換器９の一次側に導かれる。

当該水熱交換器９では、一次側を循環するＣＯ_２冷媒と二次側を循環する温水と熱交換が行われ、前記水熱交換器９から排出される際のＣＯ_２冷媒は、１０ＭＰａ、６０℃程度の熱量となる。そして、その後、このＣＯ_２冷媒は、前記膨張弁６に導かれ、所定の膨張によって、当該膨張管６を通過後は、３ＭＰａ、２０℃程度の熱量で前記空気熱交換器５に循環され、前記３５℃程度の排気管に連なる機関室排気温風で熱交換され外部に排気される。

一方、前記二次側温水循環サイクル機器３では、前記水熱交換器９の一次側を循環するＣＯ_２冷媒と二次側を循環する温水との間で熱交換が行われ、当該水熱交換器９の二次側から排出される温水は８０℃程度に加熱され、加熱された温水が前記ポンプ１２により、前記タンク４内に配置される放熱管１３に送り込まれ、タンク４内の油を加熱する。
タンク４内の油を加熱した後の温水は５０℃程度に下がり、再び前記水熱交換器９に戻る。

本実施例１に係るタンク加熱システム１においては、いずれも循環するＣＯ_２冷媒及び温水の循環量（循環出力）を説明してないが、この種のヒートポンプ技術を利用するもので、ＣＯＰ(Coefficient Of Performance：成績係数)＝３程度のヒートポンプ技術を使用することを想定している。ここで、ヒートポンプ技術とは、熱移動による冷却技術又は熱回収により加熱を行う省エネルギー技術をいい、ＣＯＰ(Coefficient Of Performance：成績係数)とは、冷暖房機器などのエネルギー消費効率の目安として使われる係数であり、（成績係数)＝ (暖房出力)÷(消費電力)＝(供給した熱エネルギー)÷(使った電気エネルギー)で表される数値であり、消費電力量１ｋＷ当たりの冷却・加熱能力を表した値である。ＣＯＰ＝３．０とは、例えば、消費する電力量の３倍の熱・冷熱量を作り出す能力を意味する。

本実施例１に係るタンク加熱システム１は、図１に示すように、機関ケーシング(図示外)に前記空気熱交換器５を装備して、機関室からの排気（排気温３５℃程度）が保有する熱をＣＯ_２冷媒で熱交換させ、熱交換後のＣＯ_２冷媒を前記コンプレッサー８で圧縮てし冷媒温度を上昇させ、それを前記水熱交換器９の一次側に送り込み、当該水熱交換器９にて二次側を循環する温水に熱交換して約８０℃の温水をつくる。そして、この加熱温水を利用して、機関室内の加熱が必要な複数のタンク４（燃料タンク等）内に配置する放熱管１３を熱源としてタンク内を加熱するシステムとする。

本実施例１に係るタンク加熱システム１によれば、排ガスエコノマイザー(図示外)の蒸気に頼ることなく、機関室排気温風を利用することにより加熱を必要とするタンク４内を加熱する熱源とすることができる。すなわち、本実施例１に係るタンク加熱システム１は、所定能力のヒートポンプ技術を利用して、外気との温度差が１５℃程度の排気温風を熱源として約８０℃の温水をつくり、加熱を必要とするタンクの熱源として利用することができるようにしたものである。

本実施例１に係るタンク加熱システム１においては、前記排ガスエコノマイザー(図示外)の使用を前提とした説明はしていないが、排ガスエコノマイザー(図示外)との併用を避けるものではない。排ガスエコノマイザー(図示外)と併用することにより、タンク内加熱の効率化を図れることとなる。

本実施例１に係るタンク加熱システム１の使用条件及び排ガスエコノマイザー(図示外)との併用条件等は、外気温条件やタンク内加熱を必要とする加熱温度条件等によって定まる。１０立米程度の容量を有するタンク内の油を２０℃〜６０℃程度に加熱するためには、油性成分にもよるが、８０℃程度の温水を毎時１８立米程度で循環させることにより可能とするものである。

なお、本実施例１に係るタンク加熱システム１においては、一次側冷媒として、ＣＯ_２を使用したが、ＣＯ_２の外、アンモニア、各種フルオロカーボン冷媒及びこれらのフルオロカーボン冷媒のうち異なるものを２種類、３種類を混合した共沸混合冷媒を用いてもよいものである。同様に、二次側冷媒として温水を用いたが、これも温水に限る趣旨ではない。上記同様、他の冷媒を用いることはもちろんである。

本発明は、船舶の機関室のタンク加熱システムに利用される。

１タンク加熱システム
２一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器
３二次側温水循環サイクル機器
４タンク
５空気熱交換器
６膨張弁
７駆動モータ
８コンプレッサー
９水熱交換器
１０冷媒管
１１モータ
１２ポンプ
１３放熱管
１４温水管
１０１蒸気発生器（排ガスエコノマイザー）
１０２補助蒸気発生器（補助ボイラー）
１０３ハイ・ローセレクター付き圧力調整弁
１０４主蒸気配管
１０５、１０７蒸気弁
１０６、１０８副蒸気配管
１０９ヒーティングタンク
１１０スタンバイタンク
１１１温度計
１２１設定流量切替機能付き蒸気流量調整弁

Claims

船舶に配置される加熱を必要とする燃料タンクを加熱する排ガスエコノマイザーと、
船舶の機関室排気温風内に配置される空気熱交換器、膨張弁、コンプレッサー、水熱交換器、及びこれらの機器の間を接続してＣＯ_２（炭酸ガス）を冷媒として循環させる冷媒管とからなる一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器と、
前記水熱交換器の二次側に接続されるポンプ、前記船舶に配置される加熱を必要とする燃料タンク内に配置される放熱管、及びこの機器の間を接続して温水を循環させる温水管とからなる二次側温水循環サイクル機器と、
からなることを特徴とする船舶機関室のタンク加熱システム。
前記一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器は、冷媒としてＣＯ_２に替え、アンモニア又は各種フルオロカーボン冷媒及びこれらのフルオロカーボン冷媒のうち異なるものを２種類、３種類を混合した共沸混合冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の船舶機関室のタンク加熱システム。
前記一次側ＣＯ_２冷媒サイクル機器と二次側温水循環サイクル機器間のＣＯＰ値が３内外の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶機関室のタンク加熱システム。