JP5921739B2 - 船舶および船舶における熱エネルギの回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、少なくとも１つのディーゼルエンジンと該エンジンから独立した熱エネルギを消費する少なくとも１台の機器とを備えた船舶に関する。

今日の船舶、特にトン数の大きな船舶の場合、通常、船舶の推進力を得るための高出力ディーゼルエンジンを１台又は複数台備えている。

いずれの種類のエンジンについてもいえることだが、エンジンに含まれる部品又はエンジンに関係する部品は、冷却液の循環により冷却される。

具体的な例として、船舶用ディーゼルエンジンの場合、２つの独立した液冷回路が設けられており、一方がいわゆる高温回路で、他方がいわゆる低温回路である。これら２つの回路は、共通部分を有する場合がある。

これら２つの回路を互いに異なるものにしている特徴は、エンジンに流入する冷却液の温度である。

高温回路における冷却液の温度は、低温回路における冷却液の温度よりも高い。

これらの温度は、具体的に示すと、それぞれ７０℃及び３８℃のオーダーである。

高温回路は、エンジンのシリンダなどの部品を冷却するためのものである。他方、低温回路は、オイルクーラーなどの部品を冷却するものである。

このように冷却回路が「二重」に設けられているのは、いくつかのエンジン構成部品の機能及び／又は構造が過剰な冷却による影響を受けることがあるためである。

さらに、旅客船には、エンジンから独立した熱エネルギを消費する複数の機器が設置されている。そのような機器の例として、空気加熱設備、水加熱設備、淡水生成器、スイミングプールの水を加熱するシステムなどが挙げられる。

従来、高温回路の液体によって運ばれる熱量の少なくとも一部を回収し、回収した熱を前記の熱消費機器に供給することが提案されている。

低温回路内の液体は、海水との熱交換により冷却され、その後エンジン内を「再循環」する。

この技術が高コストな化石エネルギ源を利用する場合において無視できない程度のエネルギ損失を伴うということは、容易に理解できるであろう。

本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、単純で、効率的で、且つ低コストの手段を利用する。

よって、本発明の第１の局面は、
複数の内部部品（１１Ａ，１２Ａ）が第１の液冷回路である高温回路を循環する冷却液によって冷却され、その他の部品（１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ）が第２の液冷回路である低温回路を循環する冷却液によって冷却される少なくとも１基のディーゼルエンジン（１）を備え、
前記高温回路と前記低温回路では、前記ディーゼルエンジン（１）へ流入する冷却液の温度が互いに異なる一方、
前記ディーゼルエンジン（１）から独立していて、熱エネルギを消費する少なくとも１台の機器（９，９’）と、
前記高温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器に熱エネルギを供給する高温側の回収手段（２）と、
前記低温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器（９，９’）に熱エネルギを供給する低温側の回収手段（３）と、
前記低温回路に設けられ、前記ディーゼルエンジン（１）の出口における冷却液の温度を調整する温度調節手段と備えている
ことを特徴とする船舶に関する。

また、本発明の第２の局面は、前記船舶において、
前記低温側の回収手段は、加熱しようとする液体を前記低温回路の冷却水と熱交換させる低温側の熱交換器（３）であり、
前記温度調節手段は、前記低温回路における前記低温側の熱交換器（３）の下流に配置される三方調節弁（ＶＢ）と、一端が前記低温回路における前記低温側の熱交換器（３）の上流に、他端が前記三方調節弁（ＶＢ）にそれぞれ接続されて、前記冷却水が前記低温側の熱交換器（３）をバイパスして流れるバイパス配管（１０３Ｂ）とを備えることを特徴とする。

また、本発明の第３の局面は、
シリンダを含む複数の内部部品（１１Ａ，１２Ａ）が第１の液冷回路である高温回路を循環する冷却液によって冷却され、エンジンオイル冷却システムを含むその他の部品（１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ）が第２の液冷回路である低温回路を循環する冷却液によって冷却される少なくとも１基のディーゼルエンジン（１）を備え、
前記高温回路と前記低温回路では、前記ディーゼルエンジン（１）へ流入する冷却液の温度が互いに異なる一方、
前記ディーゼルエンジン（１）から独立していて、熱エネルギを消費する少なくとも１台の機器（９，９’）と、
前記高温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器に熱エネルギを供給する高温側の回収手段（２）と、
前記低温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器（９，９’）に熱エネルギを供給する低温側の回収手段（３）とを備えている
ことを特徴とする船舶に関する。

したがって、本発明により、船舶の全体のエネルギバランスが大幅に向上する。

その他の限定的でない有利な特徴によると、
前記船舶は前記機器を少なくとも２台備えており、そのうち少なくとも１台は前記高温回路により熱が供給され、その他の機器は前記低温回路により熱が供給される。

また、その他の限定的でない有利な特徴によると、
前記高温側の回収手段は、加熱しようとする液体を前記高温回路の冷却液と熱交換させる高温側の熱交換器（２）であり、
前記低温側の回収手段は、加熱しようとする液体を前記低温回路の冷却液と熱交換させる低温側の熱交換器（３）である。

また、その他の限定的でない有利な特徴によると、
前記低温回路における前記低温側の熱交換器（３）の下流には、前記ディーゼルエンジン（１）へ再循環する冷却液を海水によって冷却する冷却用の熱交換器（４）が設けられる。

また、その他の限定的でない有利な特徴によると、
前記低温回路には、一端が前記冷却用の熱交換器（４）と前記ディーゼルエンジン（１）の間に、他端が前記低温側の熱交換器（３）と前記冷却用の熱交換器（４）の間にそれぞれ接続され、流通する冷却液によって交流発電機を冷却する分岐管路（１１１Ｂ,１１２Ｂ,１１３Ｂ）が設けられる。

本発明のその他の特徴及び利点は、以下の好適な実施形態の説明を読めば明らかになる。以下の実施形態の説明は、添付の図面を参照しつつなされる。

図１は、本発明による船舶に統合された設備アセンブリの第１の部分の概略図である。 図２は、本発明による船舶に統合された設備アセンブリの第２の部分の概略図である。

図１を参照すると、一点鎖線は、船舶に搭載されたディーゼルエンジン１の範囲を示す。

言うまでもないが、複数のエンジン、例えば４基のエンジンが搭載されている場合、図１のアセンブリもエンジンと同じ数だけ設けられている。

いわゆる高温回路における冷却液の循環は実線で示され、いわゆる低温回路における冷却液の循環は点線で示される。

また、これら２つの回路上に配置された機器は、参照符号の末尾にＡ又はＢが付いているが、これらの符号ＡとＢは、それぞれ高温回路と低温回路に対応していることを示す。

本説明全体において、ＶＡ、ＣＬ及びＶＢは、それぞれ、遮断弁、流量制御弁及び三方調整弁を示す。

図１において、１０Ａは液ポンプ示す。この液ポンプ１０Ａは、エンジン１内に収容された部品（シリンダ１１Ａ及び給気冷却器の回路段１２Ａ等）の内部における高温冷却液（水など）の循環を実現する。

管路１００Ａ，１０１Ａは、部品から部品へと液体を搬送するために使用される。

給気冷却器の回路段１２Ａの出口側では、加熱された冷却液が、管路１０２Ａ，１０３Ａを通ってエンジン外部へと排出される。このとき、冷却液の温度は、所定の値（例えば９０℃）となるようにサーボ制御される。この目的のために、配管に少なくとも１つの温度センサＴＴが設けられている。

熱交換器２は、エンジンの出口側に接続されている。熱交換器２において、熱交換液は、以下に説明するように、逆流方向に循環する。このような構成としたのは、熱エネルギを消費する船舶設備の１つにこの熱エネルギを供給するためである。

この熱交換器２の上流及び下流のそれぞれには、管路１０４Ａ，１０６Ａが設けられている。

弁ＶＡを介して戻りループ１０７Ａが設けられているため、熱交換器２通過時に冷却された液体をポンプ１０Ａへと再循環させることができる。

管路１０３Ａと管路１０４Ａとの間には、三方調整弁ＶＢと、前記戻りループ１０７Ａに接続された管路１０５とが接続されている。

この管路１０５は、冷却液の温度を冷却液がエンジンから流出した際に調節する手段に含まれてもよい。管路１０５は戻りループ１０７Ａに接続されている。そして、管路１０５は、エンジンから流出した液体を調節して制御された温度とするために、このループを通過する冷却された液体の一部を「抜き取る」ために用いられる。この温度制御は、好適には自動的に行われる。具体的に、この温度制御は、センサにより得られた温度測定値に基づき、特に前記センサにより得られた測定値に基づき、調整弁ＶＢを利用して実現される。

また、エンジン１は、前記ポンプと同タイプの第２のポンプ１０Ｂを備えている。このポンプ１０Ｂは、配管１００Ｂを介して前記給気冷却システムの第２の回路段１３Ｂに接続されている。水などの冷却液がこのポンプ及び装置を通過しており、この構成が低温冷却回路を形成している。

装置１３Ｂの出口側では、管路１０１Ｂがエンジンオイル冷却システム１４に液体を供給し、加熱された液体が管路１０２Ｂを通って熱交換器３へと搬送される。熱交換器３において、熱交換液体は、逆流方向に熱交換器３を通過する。熱交換器３は、熱エネルギを消費する機器に接続されている。

本発明の１つの利点によると、低温回路における液体の温度は、該液体がエンジンから流出した際に制御される。

この目的のために、熱交換器３の出口側に配置された三方調整弁ＶＢを用いて、ループ１０３Ｂを介して冷却液の一部をバイパスさせる。

高温回路でも同様に、この制御は好適には自動的に実施されて、例えば５０℃の調節された温度が得られる。

熱交換器３の出口側では、管路１０６Ｂが第２の熱交換器４に接続されている。第２の熱交換器４内を、海水が逆流方向に流れている。この熱交換器の機能は、必要に応じて、エンジン内を再循環させる前に冷却液を更に冷却することである。

この第２の熱交換器の出口側では、三方調整弁ＶＢを用いることにより、管路１０９Ｂを介して液体の一部をバイパスさせる。そうすることで、ポンプ１０Ｂへの入口、ひいてはエンジンの出口における冷却液の温度を、適温に調節する。

水タンク５は、管路１０９Ｂに接続されている。この水タンク５は、熱膨張手段として使用され、また、設備に水を供給するために用いられる。

なお、第２のポンプ１０Ｂへの入口直前には、冷却液の一部を第３のポンプ１０’Ｂに搬送する分岐ライン１１１Ｂが接続されている、このポンプ１０’Ｂには、交流発電機用の冷却システム１５Ｂが管路１１２Ｂを介して接続されている。冷却システム１５Ｂは、配管１１３Ｂを介して、前記熱交換器３の出口側に接続されている。このように熱交換器３の下流に接続されているのは、交流発電機から流出した液体の温度が、相応の熱回収には十分でないからである。

管路１０４Ｂは、管路１０２Ｂと管路１０７Ａの両方に接続されており、高温回路から低温回路へと液体を注入するために使用される。これにより、低温回路内の液体の温度が上昇し、ひいては回収可能なエネルギの量が増加する。

逆に、第２の管路１０８Ａは、管路１０２Ｂと管路１０６Ａに接続されている。そして、この管路１０８Ａは、低温回路から液体の一部を「抜き取り」、その抜き取った液体を高温回路に注入して、高温回路内の液体の温度を、該液体がエンジン内を再循環する前に低下させる。

上で指摘したように、低温回路内における冷却液の温度は、エンジン１から流出した際に調節される。

この調節された温度は、例えば５０℃のオーダーである。

このように、液体は常時一定の温度に維持されるので、回収されるエネルギをエンジンの負荷に関わらず常に最適に維持できる。

一方、関連するポンプへと戻る液体の温度は可変である。しかし、この液体が通過するエンジン機器はそのような温度変化を許容できるので、このことは問題ではない。

本発明の設備の第２の部分を図２に示す。低温回路におけるエネルギ回収に関する設備部分のみを示す。高温回路におけるエネルギ回収に関する部分は同一であるので、簡略化のために図示を省略する。

４個の熱交換器６を示す。これらの熱交換器は、船舶に搭載された４基のエンジンに関連付けられている。

この設備は、主要な構成部分として、２つの液ポンプ７を備えている。この１対の熱交換器内を、１組の管路１２２，１２３，１２４を通って、逆流方向に水が通過する。

同様に、さらなる管路１３７がポンプ７に接続されている。この管路１３７は、管路１３６を介して別の２つの熱交換器６Ｂに接続されている。

熱交換器６の出口側に設けられた管路１２５，１２６，１３９は、二股管路１２７に接続されている。二股管路１２７は、蒸気が供給されるヒータ８に連通している。必要な場合は、これらのヒータを用いて、さらなる熱エネルギを、熱交換器６内にて加熱された液体に供給する。この蒸気は、概して、ディーゼルエンジンの排気側に設置された回収ボイラーから得られる蒸気か、若しくは、燃焼ボイラーから得られる蒸気である。

管路１２８，１２９は、管路１３０，１３１，１３３，１３４を介して熱交換器９，９’に接続されている。熱交換器９，９’は、熱エネルギを消費する船舶機器に関連付けられている。

これらの熱交換器に設けられた弁ＶＡ”は、要求されるエネルギ量に応じて熱交換器内における液体の流量を変化させるように設計されている。

戻り管路１３２，１３５並びに管路１４０は、冷却された液体をポンプ７に返送するために用いられる。

よって、本発明の１つの特徴的な利点は、回収回路が「可変流量」で動作し、熱消費機器９，９’が要求する熱量に関わらず、返送液体の温度を比較的低温にすることができる。このため、熱交換器２又は熱交換器３におけるエネルギの回収は、常に最適である。

高い水温を要求する熱消費機器は、高温回収ループに接続される。

これらの機器は、例えば、ボイラー、環境空気を加熱するシステム、又は洗面所の水を加熱するシステムである。

低温回収ループに接続される機器は、平均的な熱を有する水を要求する機器である。

このような機器は、例えば、スイミングプールの水を加熱するシステムや空調用の予熱システムである。

本発明の装置を用いれば、ディーゼルエンジンにおける熱エネルギの回収が最適化される。

これにより、燃料の節約を実現できる。

本発明のシステムを用いない場合、全てのエネルギ消費機器を加熱するのに必要な蒸気は、回収ボイラー又は燃焼ボイラーから得られる。燃焼ボイラーは、燃料消費型の機器である。

本発明により、船舶のエネルギーバランスが大幅に向上する。

１ ディーゼルエンジン
２ 熱交換器（回収手段）
３ 熱交換器（回収手段）
９ 熱消費機器、熱交換器（機器）機器
９’熱消費機器、熱交換器（機器）機器
１１Ａ シリンダ（内部部品）
１２Ａ 給気冷却器の回路段（内部部品）
１３Ｂ 給気冷却システムの第２の回路段（部品）
１４Ｂ エンジンオイル冷却システム（部品）
１５Ｂ 交流発電機用の冷却システム（部品）

Claims (7)

1. 複数の内部部品（１１Ａ，１２Ａ）が第１の液冷回路である高温回路を循環する冷却液によって冷却され、その他の部品（１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ）が第２の液冷回路である低温回路を循環する冷却液によって冷却される少なくとも１基のディーゼルエンジン（１）を備え、
   前記高温回路と前記低温回路では、前記ディーゼルエンジン（１）へ流入する冷却液の温度が互いに異なる一方、
   前記ディーゼルエンジン（１）から独立していて、熱エネルギを消費する少なくとも１台の機器（９，９’）と、
   前記高温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器に熱エネルギを供給する高温側の回収手段（２）と、
   前記低温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器（９，９’）に熱エネルギを供給する低温側の回収手段（３）と、
   前記低温回路に設けられ、前記ディーゼルエンジン（１）の出口における冷却液の温度を調整する温度調節手段と備えている
   ことを特徴とする船舶。
2. 請求項１に記載の船舶において、
   前記低温側の回収手段は、加熱しようとする液体を前記低温回路の冷却水と熱交換させる低温側の熱交換器（３）であり、
   前記温度調節手段は、
   前記低温回路における前記低温側の熱交換器（３）の下流に配置される三方調節弁（ＶＢ）と、
   一端が前記低温回路における前記低温側の熱交換器（３）の上流に、他端が前記三方調節弁（ＶＢ）にそれぞれ接続されて、前記冷却水が前記低温側の熱交換器（３）をバイパスして流れるバイパス配管（１０３Ｂ）とを備えている
   ことを特徴とする船舶。
3. シリンダを含む複数の内部部品（１１Ａ，１２Ａ）が第１の液冷回路である高温回路を循環する冷却液によって冷却され、エンジンオイル冷却システムを含むその他の部品（１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ）が第２の液冷回路である低温回路を循環する冷却液によって冷却される少なくとも１基のディーゼルエンジン（１）を備え、
   前記高温回路と前記低温回路では、前記ディーゼルエンジン（１）へ流入する冷却液の温度が互いに異なる一方、
   前記ディーゼルエンジン（１）から独立していて、熱エネルギを消費する少なくとも１台の機器（９，９’）と、
   前記高温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器に熱エネルギを供給する高温側の回収手段（２）と、
   前記低温回路内を前記冷却液により運ばれる熱量の少なくとも一部を回収して、前記機器（９，９’）に熱エネルギを供給する低温側の回収手段（３）とを備えている
   ことを特徴とする船舶。
4. 請求項１，２又は３に記載の船舶において、
   前記船舶は前記機器を少なくとも２台備えており、そのうち少なくとも１台には前記高温回路によって熱が供給され、その他の機器（９，９’）には前記低温回路によって熱が供給される
   ことを特徴とする船舶。
5. 請求項１又は３に記載の船舶において、
   前記高温側の回収手段は、加熱しようとする液体を前記高温回路の冷却液と熱交換させる高温側の熱交換器（２）であり、
   前記低温側の回収手段は、加熱しようとする液体を前記低温回路の冷却液と熱交換させる低温側の熱交換器（３）である
   ことを特徴とする船舶。
6. 請求項５に記載の船舶において、
   前記低温回路における前記低温側の熱交換器（３）の下流には、前記ディーゼルエンジン（１）へ再循環する冷却液を海水によって冷却する冷却用の熱交換器（４）が設けられている
   ことを特徴とする船舶。
7. 請求項６に記載の船舶において、
   前記低温回路には、一端が前記冷却用の熱交換器（４）と前記ディーゼルエンジン（１）の間に、他端が前記低温側の熱交換器（３）と前記冷却用の熱交換器（４）の間にそれぞれ接続され、流通する冷却液によって交流発電機を冷却する分岐管路（１１１Ｂ,１１２Ｂ,１１３Ｂ）が設けられている
   ことを特徴とする船舶。

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