JP5916598B2 - 動力システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンとボイラとを有する動力システムに関するものである。

荷役を搭載した貨物船には航行の際の原動機として使用するエンジンと、荷役の搭載時にクレーン等の原動機として使用するボイラと、の両方を備える動力システムを搭載しているものがある。

また、エンジンとボイラとを備える動力システムは、発生した排ガスの熱を利用する機構を備えているものがある。例えば、特許文献１には、船舶用ボイラと、このボイラで発生した蒸気を熱源とするか或いは船舶に搭載した内燃機関における循環冷却水を熱源とすることによって原料海水を加熱蒸発しその水蒸気を凝縮して淡水を製造する淡水造水装置が記載されている。また、特許文献２には、エンジンから排出される排ガスを流す排気管と排気集合管のそれぞれにエコノマイザ（熱交換器）を設け、エンジンから排出される排ガスをエコノマイザ（熱交換器）で回収する構成が記載されている。

特許第４３９２４６９号公報 実開平４−１０７４６３号公報

上述した動力システムは、エンジンから排出される排ガスや、ボイラから排出される排ガスの熱を回収しているが、ボイラにおける燃料の利用効率、つまり燃費の面で改善の余地がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ボイラの燃費をより向上させることができる動力システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の動力システムは、ボイラと、前記ボイラから排出される排ガスを案内するボイラ排気管と、前記ボイラで生成された蒸気を貯留する蒸気ドラムと、燃料を燃焼するエンジンと、前記エンジンから排出される排ガスを案内するエンジン排気管と、前記蒸気ドラムから排出される熱媒と前記エンジン排気管内の流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記蒸気ドラムに向けて液化された熱媒を供給するドレンタンクと、前記ドレンタンクから供給される熱媒を流通させる給水ラインと、前記給水ラインから前記蒸気ドラムに向けて熱媒を供給するボイララインと、前記蒸気ドラムと前記ボイララインの連結部との間の前記給水ラインに配置され、前記ドレンタンクから前記蒸気ドラムに向けて供給される熱媒と、前記蒸気ドラムから前記第１熱交換器に向けて流れる熱媒との間で熱交換を行う第２熱交換器と、前記第２熱交換器を通過した熱媒を前記ボイラ排気管に案内し、前記ボイラ排気管内の流体と前記熱媒との間で熱交換を行う第３熱交換器と、を有することを特徴とする。

上記構成の動力システムは、ドレンタンクから供給される熱媒を第２熱交換器で昇温させた後、第３熱交換器で昇温させ、蒸気ドラムに供給することで、ボイラに供給する熱媒の温度を高くすることができる。これにより、ボイラで生成する蒸気をより多くすることができ、ボイラから排出される熱を効率よく回収することができ、ボイラの燃費をより向上させることができる。また、動力システムは、第３熱交換器に供給する熱媒の温度を高くできるため、熱交換により温度が下がった排ガスが第３熱交換器に悪影響を与えることを抑制することができる。

本発明の動力システムでは、前記第３熱交換器は、前記ボイラ排気管の前記排ガスの流れ方向の下流側に配置されている部分が耐腐食性を備えることを特徴とする。

上記構成の動力システムは、熱交換により温度が下がった排ガスによって、第３熱交換器が腐食することを抑制でき、排ガスをより低い温度まで減温させることができる。これにより、第３熱交換器でより多くの熱を回収することができる。

本発明の動力システムでは、前記給水ラインから前記蒸気ドラムに向けて熱媒を供給する高圧ラインと、前記給水ラインと前記蒸気ドラムとの間の前記高圧ラインに配置され、前記給水ラインから前記蒸気ドラムに向けて供給される熱媒と、前記エンジン排気管内の流体との間で熱交換を行う第４熱交換器と、を有し、前記ボイラの稼動時は、前記ボイララインから前記蒸気ドラムに熱媒が供給され、前記エンジンの稼動時は、前記高圧ラインから前記蒸気ドラムに熱媒が供給されることを特徴とする。

上記構成の動力システムは、エンジンの稼動時とボイラの稼動時の両方で熱を回収する機構として使用することができる。これにより、装置を有効活用することができ、かつ、生じた熱のより多くを回収し、動力に変換することができる。これにより、ボイラやエンジンの燃費をより向上させることができる。

本発明の動力システムでは、前記蒸気ドラムは、第１蒸気ドラムであり、前記エンジン排気管の前記第１熱交換器よりも下流側に配置された第５熱交換器と、前記第５熱交換器との間で熱媒を循環させる第２蒸気ドラムと、を有することを特徴とする。

上記構成の動力システムは、第５熱交換器でエンジン排気管の熱を回収することで、エンジン排気管の温度をより低減することができる。

本発明の動力システムでは、前記第２熱交換器を通過した熱媒を前記エンジン排気管に案内し、前記エンジン排気管内の流体と前記熱媒との間で熱交換を行う第６熱交換器をさらに有することが好ましい。

上記構成の動力システムは、ドレンタンクから供給される熱媒を第２熱交換器で昇温させた後、第６熱交換器で昇温させ、蒸気ドラムに供給することで、エンジンの排熱回収機構に供給する熱媒の温度を高くすることができる。これにより、エンジンの排熱回収機構で生成する蒸気をより多くすることができ、エンジンから排出される熱を効率よく回収することができる。これにより回収した熱を用いてより多くエネルギを取り出すことができ、エンジンの負荷を低減することができ、エンジンの燃費をより向上させることができる。したがって、ボイラに加え、エンジンの効率も向上させることができる。また、動力システムは、第６熱交換器に供給する熱媒の温度を高くできるため、熱交換により温度が下がった排ガスが第６熱交換器に悪影響を与えることを抑制することができる。

本発明の動力システムでは、前記第６熱交換器は、前記エンジン排気管の前記排ガスの流れ方向の下流側に配置されている部分が耐腐食性を備えることを特徴とする。

上記構成の動力システムは、熱交換により温度が下がった排ガスによって、第６熱交換器が腐食することを抑制でき、排ガスをより低い温度まで減温させることができる。これにより、第６熱交換器でより多くの熱を回収することができる。

本発明の動力システムによれば、ドレンタンクから供給される熱媒を第２熱交換器で昇温させた後、第３熱交換器で昇温させ、蒸気ドラムに供給することで、ボイラに供給する熱媒の温度を高くすることができる。これにより、ボイラで生成する蒸気をより多くすることができ、ボイラから排出される熱を効率よく回収することができ、ボイラの燃費をより向上させることができる。

図１は、本実施例の動力システムを表す概略構成図である。 図２は、本実施例のボイラシステムのボイラユニット稼動時の状態を示す概略構成図である。 図３は、本実施例の動力システムのエンジンユニット稼動時の状態を示す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る動力システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

本実施例の動力システムは、動力源として、エンジンとボイラとを組み合わせたシステムである。動力システムは、例えば船舶、特に荷役を搭載する貨物船等に用いることができる。例えば、船舶の場合、航行時の動力源としてエンジンを用い、停泊時の荷役の積み下ろしの際に使うクレーン等の機器の動力源としてボイラを用いる場合がある。なお、動力システムは、船舶の動力源に限定されない。例えば、動力システムは、陸上に設置された機器の動力源として用いることもできる。本実施例の動力システムは、エンジンとボイラとを別々の用途の動力源に用い、基本的に同時に使用しないシステムに好適に用いることができる。

図１は、本実施例の動力システムを表す概略構成図である。本実施例において、図１に示すように、動力システム１は、エンジンユニット２と、ボイラユニット３と、発電ユニット４と、蒸気循環ユニット５と、を備える。エンジンユニット２と、ボイラユニット３と、発電ユニット４と、蒸気循環ユニット５と、は、一部の機構を共有している。例えば、蒸気循環ユニット５は、エンジンユニット２またはボイラユニット３の機構の一部を含んでおり、生成した蒸気を発電ユニット４に供給する。また、動力システム１は、制御装置６を備えている。制御装置６は、入力された設定、入力された指示及び検出部で検出した結果等に基づいて、動力システム１の各部の動作を制御する。

エンジンユニット２は、エンジン１２と、過給機１４と、排気管（エンジン排気管）１５と、エンジン熱交換器ユニット（排熱回収ボイラ）１６と、給気管２０と、を有する。
エンジン１２は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の燃料を燃焼して、駆動軸を回転させる原動機である。動力システム１が船舶に設置されている場合、エンジン１２は、船舶の航行時の駆動源となる。なお、動力システム１が船舶に設置されている場合、エンジン１２は、主にディーゼルエンジンとなる。過給機１４は、空気を加圧する。過給機１４は、排気管１５に排出された排気ガスのエネルギを得て空気を加圧する、いわゆるターボチャージャーである。過給機１４は、加圧した空気を給気管２０によってエンジン１２に供給する。過給機１４は、エンジン１２の回転力を得て空気を加圧する、いわゆるスーパーチャージャーでもよい。排気管１５は、エンジン１２から排出され、過給機１４を通過した排ガスを案内する管路（パイプ）である。エンジン熱交換器ユニット（排熱回収ボイラ）１６は、排気管１５に配置され、排気管１５を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、排ガスの熱を回収する。つまり、エンジン熱交換器ユニット１６は、排ガスの熱を吸収して、排ガスの温度を低下（減温）させ、当該排ガスと熱交換する熱媒（水（蒸気）やフロン等の低沸点媒体）の温度を上昇（昇温）させる。また、エンジン熱交換器ユニット１６は、エンジン１２の停止時に、排気管１５内の流体と熱交換を行い、排気管１５内の温度を低下させる機能（排気管周りに付着した煤による火災防止）も備える。エンジン熱交換器ユニット１６については、後述する。給気管２０は、エンジン１２と過給機１４とに接続され、過給機１４で加圧された空気をエンジン１２に供給する。本実施例では、エンジンユニット２が過給機１４を含むものとして説明したが、エンジン１２は、過給機１４を含まなくてもよい。すなわち、エンジン１２は、自然吸気型の内燃機関でもよい。

ボイラユニット３は、ボイラ３０と、排気管（ボイラ排気管）３２と、ボイラ熱交換器ユニット３４と、を有する。ボイラ３０は、火炉４２と、バーナ４４と、蒸発管群４６と、水ドラム４８と、第１蒸気ドラム６０と、を有する。火炉４２は、ボイラ３０の各部が配置された容器である。火炉４２は、排気管３２が接続されている。バーナ４４は、火炉４２の排気管３２とは離れた位置に配置されている。空気と燃料を火炉４２に供給し、火炉４２内で燃料を燃焼させ、燃焼ガスを発生させる。蒸発管群４６は、複数の伝熱管を有し、火炉４２のバーナ４４と排気管３２との間に配置されている。水ドラム４８は、熱媒を貯留するドラムであり、蒸発管群４６の鉛直方向下側に接続されている。第１蒸気ドラム６０は、加熱された熱媒である蒸気を貯留するドラムであり、蒸発管群４６の鉛直方向上側に接続されている。このように、蒸発管群４６は、複数の伝熱管の鉛直方向下側の端部が水ドラム４８と接続され、鉛直方向上側の端部が第１蒸気ドラム６０とに接続され、内部に熱媒が流通した状態となる。ボイラ３０は、バーナ４４で燃料を燃焼させ、バーナ４４で燃料が燃焼されて生成される燃焼ガスを、蒸発管群４６を通過させた後、排気管３２に排出する。ボイラ３０は、バーナ４４で生成され、排気管３２に向けて流れる燃焼ガスと蒸発管群４６との間で熱交換を行うことで、蒸発管群４６の内部を流れる熱媒の温度を上昇させる。

排気管３２は、ボイラ３０から排出される排ガスを案内する配管である。ボイラ熱交換器ユニット３４は、排気管３２に配置され、排気管３２を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、排ガスの熱を回収する。つまり、ボイラ熱交換器ユニット３４は、排ガスの熱を吸収して、排ガスの温度を低下（減温）させ、当該排ガスと熱交換する熱媒の温度を上昇（昇温）させる。ボイラ熱交換器ユニット３４については、後述する。

発電ユニット４は、タービン３６と、発電機３８と、を有する。タービン３６は、動力システム１の各部で生成された蒸気が供給されることで回転するものである。タービン３６は、高圧タービン３６Ｈと低圧タービン３６Ｌとを備える。高圧タービン３６Ｈは、エンジン熱交換器ユニット１６から高圧の蒸気が供給されて駆動される。低圧タービン３６Ｌは、エンジン熱交換器ユニット１６から高圧タービン３６Ｈに供給される蒸気よりも低圧の蒸気が供給されて駆動される。また、低圧タービン３６Ｌは、ボイラユニット３の稼働時にボイラ３０で生成された蒸気が供給されて駆動される。発電機３８は、タービン３６と同軸上に設けられており、タービン３６が回転することで発電することができる。

蒸気循環ユニット５は、エンジン熱交換器ユニット１６と、ボイラ熱交換器ユニット３４と、第１蒸気ドラム６０と、第２蒸気ドラム６２と、ドレンタンク７２と、給水ライン７４と、低圧ライン７８と、高圧ライン７６と、ボイラライン８０と、第１給水熱交換器８２と、第２給水熱交換器（第２熱交換器）８４と、を有する。また、蒸気循環ユニット５は、タービン３６を通過した蒸気を液化する復水器を備えている。蒸気循環ユニット５は、復水器で液化した熱媒をドレンタンク７２に供給する。

エンジン熱交換器ユニット１６は、高圧過熱器５０と、高圧蒸発器（第１熱交換器）５２と、高圧エコノマイザ（第４熱交換器）５４と、低圧蒸発器（第５熱交換器、エンジン排気管下流側蒸気循環熱交換器）５６と、低圧エコノマイザ（第６熱交換器、エンジン排気管下流側熱交換器）５８と、を有し、排気管１５に排ガス流れ方向の上流からこの順に配置されている。なお、高圧エコノマイザ５４と低圧蒸発器５６とは、排ガス流れ方向における配置順序を逆にしてもよい。高圧過熱器５０と、高圧蒸発器（第１熱交換器）５２と、高圧エコノマイザ（第４熱交換器）５４と、低圧蒸発器（第５熱交換器）５６と、低圧エコノマイザ（第６熱交換器）５８と、は、伝熱管を備え、排ガスが流れる管路内に配置された熱交換器であり、伝熱管の内部を流れる水または蒸気もしくはフロンなどの低沸点媒体と排ガスとの間で熱交換を行い、水または蒸気もしくはフロンなどの低沸点媒体を昇温させる。エンジン熱交換器ユニット１６は、高圧過熱器５０と、高圧蒸発器（第１熱交換器）５２と、高圧エコノマイザ（第４熱交換器）５４と、が、エンジン１２から排出された排ガスから熱を回収して蒸気もしくはフロンなどの気化した低沸点媒体を生成し、生成した蒸気を高圧タービン３６Ｈに供給する高圧蒸気循環機構となる。また、エンジン熱交換器ユニット１６は、低圧蒸発器（第５熱交換器）５６と、低圧エコノマイザ５８と、が、エンジン１２から排出された排ガスから熱を回収して高圧蒸気循環機構よりも圧力の低い蒸気もしくはフロンなどの気化した低沸点媒体を生成し、生成した蒸気を低圧タービン３６Ｌに供給する低圧蒸気循環機構となる。

エンジン熱交換器ユニット１６の高圧蒸気循環機構は、各部が高圧ライン７６で接続されており、給水ライン７４から高圧タービン３６Ｈに向けて、上流側から高圧エコノマイザ５４、第１蒸気ドラム６０、高圧蒸発器５２、高圧過熱器５０の順で接続されている。ここで、高圧ライン７６は、第１高圧ライン７６ａと、第２高圧ライン７６ｂと、第３高圧ライン７６ｃと、を含む。第１高圧ライン７６ａは、後述する給水ライン７４と第１蒸気ドラム６０とを接続している。第１高圧ライン７６ａは、経路中に開閉弁７７ａと高圧エコノマイザ５４が設置されている。開閉弁７７ａは、開閉を切り換えることが出来る弁であり、設置されている第１高圧ライン７６ａ内に熱媒を流すか否かを切り換えることができる。ここで、後述する開閉弁は、同様の構造である。第２高圧ライン７６ｂは、両端が第１蒸気ドラム６０に接続されている。第２高圧ライン７６ｂは、経路中に開閉弁７７ｂと第２給水熱交換器８４と、高圧蒸発器５２とが設置されている。第３高圧ライン７６ｃは、一方の端部が第１蒸気ドラム６０に接続され、他方の端部が高圧タービン３６Ｈに接続されている。第３高圧ライン７６ｃは、経路中に、開閉弁７７ｃと、高圧過熱器５０とが設置されている。高圧蒸気循環機構は、熱媒が給水ライン７４から高圧エコノマイザ５４が設置された第１高圧ライン７６ａに送られ、高圧エコノマイザ５４で昇温された後、第１蒸気ドラム６０に供給される。第１蒸気ドラム６０には、第２高圧ライン７６ｂにより高圧蒸発器５２が接続されている。高圧蒸発器５２は、第２高圧ライン７６ｂにより両端が第１蒸気ドラム６０に接続されており、第１蒸気ドラム６０に貯留された熱媒を循環させつつ、排ガスで昇温させることで、蒸気となる。高圧蒸発器５２で発生した蒸気は、第３高圧ライン７６ｃにより第１蒸気ドラム６０から高圧過熱器５０に供給され、さらに過熱された後、高圧タービン３６Ｈに供給される。高圧タービン３６Ｈは、高圧蒸気循環機構から供給された蒸気で駆動される。

エンジン熱交換器ユニット１６の低圧蒸気循環機構は、各部が低圧ライン７８で接続されており、給水ライン７４から低圧タービン３６Ｌに向けて、上流側から低圧エコノマイザ５８、第２蒸気ドラム６２、低圧蒸発器５６の順で接続されている。ここで、低圧ライン７８は、第１低圧ライン７８ａと、第２低圧ライン７８ｂと、第３低圧ライン７８ｃと、を含む。第１低圧ライン７８ａは、後述する給水ライン７４と第２蒸気ドラム６２とを接続している。第１低圧ライン７８ａは、経路中に開閉弁７９ａと低圧エコノマイザ５８が設置されている。第２低圧ライン７８ｂは、両端が第２蒸気ドラム６２に接続されている。第２低圧ライン７８ｂは、経路中に低圧蒸発器５６が設置されている。第３低圧ライン７８ｃは、一方の端部が第２蒸気ドラム６２に接続され、他方の端部が低圧タービン３６Ｌに接続されている。低圧蒸気循環機構は、熱媒が給水ライン７４から低圧エコノマイザ５８が設置された第１低圧ライン７８ａに送られ、低圧エコノマイザ５８で昇温された後、第２蒸気ドラム６２に供給される。第２蒸気ドラム６２には、第２低圧ライン７８ｂにより低圧蒸発器５６が接続されている。低圧蒸発器５６は、第２低圧ライン７８ｂにより両端が第２蒸気ドラム６２に接続されており、第２蒸気ドラム６２に貯留された熱媒を循環させつつ、排ガスで昇温させることで、蒸気となる。低圧蒸発器５６で発生した蒸気は、第３低圧ライン７８ｃにより第２蒸気ドラム６２から低圧タービン３６Ｌに供給される。低圧タービン３６Ｌは、低圧蒸気循環機構から供給された蒸気で駆動される。低圧蒸気循環機構は、各部が、高圧蒸気循環機構の対応する各部よりも排ガスの流れ方向において下流側に配置されている。これにより、高圧蒸気循環機構よりも蒸気の温度、圧力が低くなる。

第１蒸気ドラム６０は、エンジン熱交換器ユニット１６の高圧蒸気を貯留するドラムであり、かつ、ボイラユニット３の蒸気を貯留するドラムである。第１蒸気ドラム６０は、上述したように、第１高圧ライン７６ａ、第２高圧ライン７６ｂ、第３高圧ライン７６ｃのそれぞれに接続されており、蒸気や液体の熱媒を循環させ、接続している熱交換器で温度を上昇させる。また、第１蒸気ドラム６０は、ボイラライン８０にも接続されており、ボイラライン８０との間でも蒸気や液体の熱媒を循環させる。第２蒸気ドラム６２は、エンジン熱交換器ユニット１６の低圧蒸気を貯留するドラムである。つまり、第２蒸気ドラム６２は、第１蒸気ドラム６０よりも低い圧力の蒸気を貯留する。第２蒸気ドラム６２は、上述したように、第１低圧ライン７８ａ、第２低圧ライン７８ｂ、第３低圧ライン７８ｃのそれぞれに接続されており、蒸気や液体の熱媒を循環させ、接続している熱交換器で温度を上昇させる。

次に、蒸気循環ユニット５は、ボイラ熱交換器ユニット３４と、第１蒸気ドラム６０と、給水ライン７４と、ボイラライン８０と、を用いて、ボイラ３０に熱媒を供給する。まず、ボイラ熱交換器ユニット３４は、排気管３２を流れる排ガス（ボイラ３０から排出される排ガス）に含まれる熱を回収する機構であり、ボイラ熱交換器ユニット３４は、第１ボイラ熱交換器（第３熱交換器）６４と、第２ボイラ熱交換器（第３熱交換器）６６と、を有し、排気管３２に排ガス流れ方向の上流からこの順に配置されている。ボイラ熱交換器ユニット３４は、第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とで排ガスから熱を回収することで温度が上昇した熱媒を第１蒸気ドラム６０に供給する。

ボイラライン８０は、給水ライン７４と、ボイラ熱交換器ユニット３４と、第１蒸気ドラム６０と、低圧タービン３６Ｌとを接続する配管である。ボイラライン８０は、第１ボイラライン８０ａと、第２ボイラライン８０ｂと、を有する。第１ボイラライン８０ａは、後述する給水ライン７４と第１蒸気ドラム６０とを接続している。第１ボイラライン８０ａは、経路中に開閉弁８１ａと第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とが設置されている。第２ボイラライン８０ｂは、第１蒸気ドラム６０と低圧タービン３６Ｌとに接続されている。第２ボイラライン８０ｂは、経路中に開閉弁８１ｂが設置されている。蒸気循環ユニット５は、熱媒が給水ライン７４から第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とが設置された第１ボイラライン８０ａに送られ、第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とで昇温された後、第１蒸気ドラム６０に供給される。第１蒸気ドラム６０は、第１ボイラライン８０ａから供給された熱媒をボイラ３０の蒸発管群４６で加熱し、蒸気とする。第１蒸気ドラム６０には、第２ボイラライン８０ｂが接続されている。第１蒸気ドラム６０に貯留された蒸気は、第２ボイラライン８０ｂから低圧タービン３６Ｌに供給される。低圧タービン３６Ｌは、第２ボイラライン８０ｂから供給された蒸気でも駆動される。

次に、ドレンタンク７２は、熱媒となるドレンを液体の状態で貯留するタンクである。ドレンタンク７２は、タービン３６を通過した後、復水された熱媒や別途供給された熱媒を貯留する。

給水ライン７４は、ドレンタンク７２、高圧ライン７６、低圧ライン７８及びボイラライン８０に接続されている。給水ライン７４は、ドレンタンク７２に貯留されたドレン（熱媒）を高圧ライン７６、低圧ライン７８及びボイラライン８０に供給する配管である。給水ライン７４は、一部が、第１給水ライン７４ａと、第２給水ライン７４ｂとに分岐された後、１つの配管に合流する。つまり、第１給水ライン７４ａと、第２給水ライン７４ｂと、一方が他方のバイパスラインとなる。第１給水ライン７４ａには、開閉弁７５ａと第１給水熱交換器８２が設置されている。第２給水ライン７４ｂには、開閉弁７５ｂが設置されている。給水ライン７４は、開閉弁７５ａ、７５ｂの開閉を切り換えることで、熱媒が第１給水ライン７４ａを流れるか、第２給水ライン７４ｂを流れるか、両方を流れるか、両方とも流れないかを切り換えることができる。

第１給水熱交換器８２は、第１給水ライン７４ａの経路中に配置されており、かつ、給気管２０に設置されている。第１給水熱交換器８２は、給気管２０を流れる空気と第１給水ライン７４ａを流れる熱媒との間で熱交換を行い、第１給水ライン７４ａを流れる熱媒の温度を上昇させる。第２給水熱交換器（第２熱交換器）８４は、給水ライン７４の第１給水ライン７４ａと第２給水ライン７４ｂとの合流部よりも下流側で、高圧ライン７６、低圧ライン７８及びボイラライン８０の各部に接続されている位置よりも上流側に配置されている。第２給水熱交換器８４は、給水ライン７４を流れる熱媒と、第２高圧ライン７６ｂを流れる熱媒との間で熱交換を行い、給水ライン７４を流れる熱媒の温度を上昇させ、第２高圧ライン７６ｂを流れる熱媒の温度を減少させる。

次に、本実施例の動力システム１の作動について説明する。動力システム１は、上述ししたように、エンジンユニット２を稼動させている状態と、ボイラユニット３を稼動させている状態とがある。動力システム１は、基本的にエンジンユニット２を稼動させている場合、ボイラユニット３を停止しており、ボイラユニット３を稼動させている場合、エンジンユニット２を停止している。

まず、図２を用いて、ボイラユニット３を稼動させている場合について説明する。ここで、図２は、本実施例のボイラシステムのボイラユニット稼動時の状態を示す概略構成図である。動力システム１は、制御装置６によって開閉弁の開閉を切り換えることで、蒸気循環ユニット５で循環する熱媒（液体、蒸気）の経路を切り換えることができる。

動力システム１は、ボイラユニット３を稼動させ、エンジンユニット２を停止させている場合、開閉弁７５ａ、７７ａ、７７ｃ、７９ａを閉状態とし、開閉弁７５ｂ、７７ｂ、８１ａ、８１ｂを開状態とする。これにより、蒸気循環ユニット５は、ドレンタンク７２から供給した熱媒が給水ライン７４及び第２給水ライン７４ｂを通過して、第２給水熱交換器８４を通過する。熱媒は、第２給水熱交換器８４の通過時に第２高圧ライン７６ｂを流れる熱媒との熱交換で温度が上昇する。その後、ボイラライン８０の第１ボイラライン８０ａに供給され、第２ボイラ熱交換器６６、第１ボイラ熱交換器６４の順で通過し、第１蒸気ドラム６０に供給される。熱媒は、第２ボイラ熱交換器６６及び第１ボイラ熱交換器６４の通過時に排気管３２を流れる排ガスとの熱交換で温度が上昇する。また、ボイラユニット３は、ボイラ３０を稼動させ、第１蒸気ドラム６０の熱媒を蒸発管群４６でさらに加熱することで、第１蒸気ドラム６０に貯留する蒸気を増加、高温化させる。

蒸気循環ユニット５は、第１蒸気ドラム６０に貯留された蒸気を開閉弁８１ｂが開となっている第２ボイラライン８０ｂから低圧タービン３６Ｌに供給し、低圧タービン３６Ｌを回転させることで、発電機３８で発電を行う。

また、蒸気循環ユニット５は、開閉弁７７ｂが開状態の第２高圧ライン７６ｂに第１蒸気ドラム６０に供給された熱媒を供給し、第２高圧ライン７６ｂ及び第２給水熱交換器８４、高圧蒸発器５２に熱媒を循環させる。また、蒸気循環ユニット５は、第２低圧ライン７８ｂに第２蒸気ドラム６２の熱媒を供給し、低圧蒸発器５６及び第２低圧ライン７８ｂに熱媒を循環させる。

動力システム１は、第２ボイラ熱交換器６６、第１ボイラ熱交換器６４によって、ドレンタンク７２から供給される熱媒とボイラ３０の排ガスとの間で熱交換を行うことで、ボイラ３０から排出される排ガスの熱を熱媒で回収することができる。これにより、ボイラ３０の排ガスに含まれる熱をより多く回収することができる。これにより、ボイラ３０の効率を約１０％向上させることが可能となり、燃費を向上させることができる。

動力システム１は、第２ボイラ熱交換器６６、第１ボイラ熱交換器６４に供給される前の熱媒の温度を第２給水熱交換器８４で上昇させることで、第２ボイラ熱交換器６６、第１ボイラ熱交換器６４、特に排ガスの流れ方向の下流側に配置された第２ボイラ熱交換器６６で排ガスの温度を低くなることを抑制することできる。これにより、排ガスの温度が低くなり、第２ボイラ熱交換器６６に悪影響を与えることを抑制することができる。具体的には、排ガスが酸露点温度以下となり、第２ボイラ熱交換器６６を腐食させることを抑制することができる。

ここで、第２ボイラ熱交換器６６、第１ボイラ熱交換器６４、特に、排ガスの流れ方向の下流側に配置された第２ボイラ熱交換器６６は、少なくとも一部、具体的により下流側の部分が耐腐食性を備えることが好ましい。具体的には、耐腐食性処理を施す、または、耐腐食性の材料で形成することが好ましい。これにより、第２ボイラ熱交換器６６、第１ボイラ熱交換器６４は、腐食を抑制しつつ、排ガスがより低温となる温度域まで熱交換することが可能となり、排ガスからより多くの熱を回収することができ、効率をより向上させることができる。

動力システム１は、第２給水熱交換器８４に熱媒を供給することで、給水ライン７４を流れる熱媒の温度を上昇させることができる。また、第２給水熱交換器８４で熱交換して温度が低下した熱媒を、運転が停止しているエンジンユニット２の排気管１５に配置された高圧蒸発器５２に供給することで、排気管１５の温度が上昇した場合、上昇した温度を高圧蒸発器５２で回収することができ、排気管１５の温度の上昇を抑制することができる。これにより、エンジンユニット２でスートファイヤが発生することを抑制することができる。

動力システム１は、運転が停止しているエンジンユニット２の排気管１５に配置された低圧蒸発器５６に熱媒を循環させることでも、排気管１５の温度が上昇した場合、上昇した温度を低圧蒸発器５６で回収することができ、排気管１５の温度の上昇を抑制することができる。これにより、エンジンユニット２でスートファイヤが発生することを抑制することができる。

次に、図３を用いて、エンジンユニット２を稼動させている場合について説明する。ここで、図３は、本実施例の動力システムのエンジンユニット稼動時の状態を示す概略構成図である。

動力システム１は、エンジンユニット２を稼動させ、ボイラユニット３を停止させている場合、開閉弁７５ｂ、８１ａ、８１ｂを閉状態とし、開閉弁７５ａ、７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７９ａを開状態とする。これにより、蒸気循環ユニット５は、ドレンタンク７２から供給した熱媒が給水ライン７４及び第１給水ライン７４ａを通過して、第１給水熱交換器８２及び第２給水熱交換器８４を通過する。熱媒は、第１給水熱交換器８２の通過時に給気管２０を流れる空気との熱交換で温度が上昇する。熱媒は、第１給水熱交換器８２で温度が上昇された後、第２給水熱交換器８４を通過する。熱媒は、第２給水熱交換器８４の通過時に第２高圧ライン７６ｂを流れる熱媒との熱交換で温度が上昇する。その後、動力システム１は、給水ライン７４から、高圧ライン７６及び低圧ライン７８に熱媒を供給する。高圧ライン７６に供給された熱媒は、上述したように、第１蒸気ドラム６０を通りつつ、高圧エコノマイザ５４、高圧蒸発器５２、高圧過熱器５０で温度と圧力が上昇された後、高圧タービン３６Ｈに供給される。低圧ライン７８に供給された熱媒も、上述したように、第２蒸気ドラム６２を通りつつ、低圧エコノマイザ５８、低圧蒸発器５６で温度と圧力が上昇された後、低圧タービン３６Ｌに供給される。

また、蒸気循環ユニット５は、開閉弁７７ｂが開状態の第２高圧ライン７６ｂに第１蒸気ドラム６０に供給された熱媒を供給し、第２高圧ライン７６ｂ及び第２給水熱交換器８４、高圧蒸発器５２に熱媒を循環させる。

以上のように、動力システム１は、エンジン１２から排出された排ガスに含まれる熱をエンジン熱交換器ユニット１６で回収し、タービン３６に供給することで、エンジン１２から排出された排ガスに含まれる熱を回収することができ、効率をより高くすることができる。

動力システム１は、高圧ライン７６及び低圧ライン７８に供給される前の熱媒の温度を第１給水熱交換器８２及び第２給水熱交換器８４で上昇させることで、高圧ライン７６及び低圧ライン７８、特に排ガスの流れ方向の下流側に配置された熱交換器を流れる低圧ライン７８で排ガスの温度が低くなることを抑制することができる。これにより、エンジン１２の排ガスの温度が低くなり、低圧エコノマイザ５８、低圧蒸発器５６に悪影響を与えることを抑制することができる。具体的には、排ガスが酸露点温度以下となり、腐食させることを抑制することができる。これにより、低圧エコノマイザ５８、低圧蒸発器５６で排ガスの熱を回収することが可能となり、エンジンユニット２の稼動時の効率も向上させることができる。つまり、エンジン１２の排熱回収機構で生成する蒸気をより多くすることができ、エンジン１２から排出される熱を効率よく回収することができる。これにより回収した熱を用いて多くエネルギを取り出すことができ、エンジン１２の負荷を低減することができ、エンジン１２の燃費をより向上させることができる。

また、動力システム１は、エンジンユニット２の稼動時は、排ガスの熱を回収する高圧ライン７６の熱交換器となり、ボイラユニット３の稼動時は、エンジンユニット２のスートファイヤ抑制のための冷却用の熱交換器となる高圧蒸発器５２に熱媒を供給する第２高圧ライン７６ｂ、つまり、常時比較的温度の高い熱媒が流れている第２高圧ライン７６ｂと給水ライン７４との間で熱交換を行う。これにより、１つの第２給水熱交換器８４によりエンジンユニット２の稼動時、ボイラユニット３の稼動時の両方で、ドレンタンク７２から供給される熱媒の温度を上昇させることができる。これにより、装置構成を簡単にすることができる。

なお、実施形態では、第１給水熱交換器８２を設けたが必ずしも設けなくてもよい。また、エンジン熱交換器ユニット１６は、さらに多段の熱交換器を設けてもよい。また、動力システム１は、第３熱交換器として、ボイラ３０の排ガスから熱を回収する第１ボイラ熱交換器（第３熱交換器）６４、第２ボイラ熱交換器（第３熱交換器）６６の少なくとも一方を備えていればよい。動力システム１は、エンジン１２側の排熱を回収する第６熱交換器（本実施形態では低圧エコノマイザ）とボイラ３０側の排熱を回収する第３熱交換器を備えていることでより効果を得ることができるが、第３熱交換器と第６熱交換器のいずれか一方のみを備える構成でもよい。なお、動力システム１は、ボイラ３０側の第３熱交換器を備えていることで、ボイラの駆動時の効率を向上させることができるため、第３熱交換器を備えていることが好ましい。なお、上記実施形態は、熱交換器の名称にエコノマイザ、蒸発器、過熱器としたが、熱交換器であればよく、名称の機能とは別の用途で用いた熱交換器としてもよい。

１ 動力システム
２ エンジンユニット
３ ボイラユニット
４ 発電ユニット
５ 蒸気循環ユニット
６ 制御装置
１２ エンジン
１４ 過給機
１５ 排気管
１６ エンジン熱交換器ユニット（排熱回収ボイラ）
２０ 給気管
３０ ボイラ
３２ 排気管
３４ ボイラ熱交換器ユニット
３６ タービン
３８ 発電機
４２ 火炉
４４ バーナ
４６ 蒸発管群
４８ 水ドラム
５０ 高圧過熱器
５２ 高圧蒸発器（第１熱交換器）
５４ 高圧エコノマイザ（第４熱交換器）
５６ 低圧蒸発器（第５熱交換器）
５８ 低圧エコノマイザ（第６熱交換器）
６０ 第１蒸気ドラム
６２ 第２蒸気ドラム
６４ 第１ボイラ熱交換器（第３熱交換器）
６６ 第２ボイラ熱交換器（第３熱交換器）
７２ ドレンタンク
７４ 給水ライン
７４ａ 第１給水ライン
７４ｂ 第２給水ライン
７５ａ、７５ｂ、７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７９ａ、８１ａ、８１ｂ 開閉弁
７６ 高圧ライン
７６ａ 第１高圧ライン
７６ｂ 第２高圧ライン
７６ｃ 第３高圧ライン
７８ 低圧ライン
７８ａ 第１低圧ライン
７８ｂ 第２低圧ライン
８０ ボイラライン
８０ａ 第１ボイラライン
８０ｂ 第２ボイラライン
８２ 第１給水熱交換器
８４ 第２給水熱交換器（第２熱交換器）

Claims (4)

1. ボイラと、
   前記ボイラから排出される排ガスを案内するボイラ排気管と、
   前記ボイラで生成された蒸気を貯留する蒸気ドラムと、
   燃料を燃焼するエンジンと、
   前記エンジンから排出される排ガスを案内するエンジン排気管と、
   前記蒸気ドラムから排出される熱媒と前記エンジン排気管内の流体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、
   前記蒸気ドラムに向けて液化された熱媒を供給するドレンタンクと、
   前記ドレンタンクから供給される熱媒を流通させる給水ラインと、
   前記給水ラインから前記蒸気ドラムに向けて熱媒を供給するボイララインと、
   前記蒸気ドラムから前記第１熱交換器に熱媒が供給されるライン及び前記給水ラインに接続され、前記給水ラインを流れ、前記ドレンタンクから前記蒸気ドラムに向けて供給される熱媒と、前記蒸気ドラムから前記第１熱交換器に向けて流れる熱媒との間で熱交換を行う第２熱交換器と、
   前記ボイララインに配置され、前記第２熱交換器を通過した熱媒を前記ボイラ排気管に案内し、前記ボイラ排気管内の流体と前記熱媒との間で熱交換を行う第３熱交換器と、を有することを特徴とする動力システム。
2. 前記給水ラインから前記蒸気ドラムに向けて熱媒を供給する高圧ラインと、
   前記給水ラインと前記蒸気ドラムとの間の前記高圧ラインに配置され、前記給水ラインから前記蒸気ドラムに向けて供給される熱媒と、前記エンジン排気管内の流体との間で熱交換を行う第４熱交換器と、を有し、
   前記ボイラの稼動時は、前記ボイララインから前記蒸気ドラムに熱媒が供給され、前記エンジンの稼動時は、前記高圧ラインから前記蒸気ドラムに熱媒が供給されることを特徴とする請求項１に記載の動力システム。
3. 前記蒸気ドラムは、第１蒸気ドラムであり、
   前記エンジン排気管の前記第１熱交換器よりも下流側に配置された第５熱交換器と、
   前記第５熱交換器との間で熱媒を循環させる第２蒸気ドラムと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の動力システム。
4. 前記第２熱交換器を通過した熱媒を前記エンジン排気管に案内し、前記エンジン排気管内の流体と前記熱媒との間で熱交換を行う第６熱交換器をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の動力システム。

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