JP6122300B2 - Engine system and ship - Google Patents

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Description

本発明は、EGRユニット内で排熱回収を行うエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system that performs exhaust heat recovery in an EGR unit.

船舶等のエンジンシステムには、エネルギ効率を向上させるためにコンポジットボイラ(Composite Boiler)を備えるものがある。コンポジットボイラとは、排ガスエコノマイザとボイラを一体にしたものであり、主に、排ガスエコノマイザ、バーナー部、気水分離部によって構成されている。排ガスエコノマイザでは排気ガスの熱を利用して被加熱水(ボイラ水)を加熱し、熱量が不足するようであればバーナー部で追加加熱を行う。また、気水分離部では、被加熱水を加熱することで生成された蒸気と被加熱水を分離して、蒸気のみを外部に供給する。舶用のエンジンシステムであれば、コンポジットボイラで生成された蒸気は、燃料(C重油)の粘度を下げるための加熱用の熱源、造水器で蒸留水を生成するための熱源等に利用される。   Some engine systems such as ships have a composite boiler to improve energy efficiency. The composite boiler is an integrated exhaust gas economizer and boiler, and is mainly composed of an exhaust gas economizer, a burner section, and an air / water separation section. In the exhaust gas economizer, the water to be heated (boiler water) is heated using the heat of the exhaust gas, and if the amount of heat is insufficient, additional heating is performed in the burner section. Further, the steam / water separation unit separates the steam generated by heating the water to be heated and the water to be heated, and supplies only the steam to the outside. If it is a marine engine system, the steam generated by the composite boiler is used as a heat source for heating to reduce the viscosity of fuel (C heavy oil), a heat source for generating distilled water by a water generator, and the like. .

ところで、エンジンシステムには、NOxの生成を低減することを目的として、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すEGR(Exhaust Gas Recirculation)ユニットを備えるものがある。コンポジットボイラを備えたエンジンシステムであっても、EGRユニットを搭載することは可能である。ただし、この場合には、EGRユニットは、排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジン本体に戻すものであるため、コンポジットボイラに流入する排気ガスの量が減り、回収できる熱量が低下してしまう。これにより、バーナー部で多くの燃料が消費され、エンジンシステム全体でのエネルギ効率が低下してしまう。   Some engine systems include an EGR (Exhaust Gas Recirculation) unit that returns part of exhaust gas to the engine body for the purpose of reducing NOx generation. Even an engine system equipped with a composite boiler can be equipped with an EGR unit. However, in this case, since the EGR unit returns a part of the exhaust gas to the engine body as EGR gas, the amount of exhaust gas flowing into the composite boiler is reduced, and the recoverable heat amount is reduced. As a result, a large amount of fuel is consumed in the burner section, and the energy efficiency of the entire engine system is reduced.

これをふまえ、特許文献1では、EGRユニット内に排ガスエコノマイザを配置した排熱回収システムが提案されている。特許文献1では、当該発明によれば、コンパクトで排熱回収効率の高い排熱回収システムを提供することができると説明されている。   Based on this, Patent Document 1 proposes an exhaust heat recovery system in which an exhaust gas economizer is arranged in an EGR unit. Patent Document 1 describes that according to the present invention, a waste heat recovery system that is compact and has high exhaust heat recovery efficiency can be provided.

特開2012−172647号公報JP 2012-172647 A

特許文献1の各図では、排ガスエコノマイザに付随する機器は図示されていないが、排ガスエコノマイザで加熱した被加熱水及び蒸気を実際に利用するためには種々の機器が必要である。具体的には、安定した蒸気を生成するための追い炊き用の補助ボイラや、生成した蒸気と被加熱水を分離するための気水分離器が必要となる。あるいは、排ガスエコノマイザを前述のコンポジットボイラに置き換えるという方法もある。   In each drawing of Patent Document 1, devices associated with the exhaust gas economizer are not shown, but various devices are required to actually use the heated water and steam heated by the exhaust gas economizer. Specifically, an auxiliary boiler for additional cooking for generating stable steam and an air / water separator for separating generated steam from heated water are required. Alternatively, there is a method of replacing the exhaust gas economizer with the above-described composite boiler.

排ガスエコノマイザに付随する種々の機器を設けること、又は、排ガスエコノマイザをコンポジットボイラに置き換えることは、EGRユニットの大型化につながる。しかしながら、EGRユニットは船内据付の容易化のためにエンジン本体に取り付けられる場合が多く、コンパクトであることが求められる。   Providing various devices associated with the exhaust gas economizer or replacing the exhaust gas economizer with a composite boiler leads to an increase in the size of the EGR unit. However, the EGR unit is often attached to the engine body for easy onboard installation and is required to be compact.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、EGRユニット内に排ガスエコノマイザを備えつつも、EGRユニットが比較的コンパクトであるエンジンシステムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an engine system in which an EGR unit is relatively compact while an exhaust gas economizer is provided in the EGR unit.

本発明のある形態に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、排気ガスによって駆動される過給機ユニットと、排気ガスの一部をEGRガスとして前記エンジン本体に再循環させるEGRユニットと、前記過給機ユニットの下流に配置され、排ガスエコノマイザを内部に有し、気水分離が可能なコンポジットボイラと、を備え、前記EGRユニットは、EGRガスで被加熱水を加熱するEGRエコノマイザを有し、前記EGRエコノマイザで加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が前記コンポジットボイラへ供給されるとともに、これら被加熱水と蒸気が該コンポジットボイラで分離されるように構成されている。   An engine system according to an aspect of the present invention includes an engine body, a supercharger unit driven by exhaust gas, an EGR unit that recirculates a part of the exhaust gas as EGR gas to the engine body, and the supercharger. A composite boiler that is disposed downstream of the machine unit, has an exhaust gas economizer inside, and is capable of separating air and water, and the EGR unit has an EGR economizer that heats heated water with EGR gas, The heated water heated by the EGR economizer and the steam generated by heating the heated water are supplied to the composite boiler, and the heated water and the steam are separated by the composite boiler. Has been.

かかる構成によれば、EGRエコノマイザで加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が、別途設けられたコンポジットボイラへ供給されて使用可能な状態に処理される。そのため、EGRユニット内に補助ボイラ及び気水分離器を設けたり、コンポジットボイラを設けたりする必要がない。よって、EGRユニットをコンパクトに構成することができる。   According to this configuration, the heated water heated by the EGR economizer and the steam generated by heating the heated water are supplied to the separately provided composite boiler and processed into a usable state. Therefore, there is no need to provide an auxiliary boiler and a steam / water separator or a composite boiler in the EGR unit. Therefore, the EGR unit can be configured compactly.

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記EGRユニットはEGRガスを冷却するEGRガス冷却器を有し、前記EGRエコノマイザは前記EGRガス冷却器よりも上流側に配置されていてもよい。かかる構成によれば、EGRエコノマイザで熱交換されて温度が低下したEGRガスがEGRガス冷却器に供給されるため、EGRガス冷却器の負担を軽減することができる。その結果、EGRガス冷却器を小さく抑えることができる。   In the engine system, the EGR unit may include an EGR gas cooler that cools EGR gas, and the EGR economizer may be disposed upstream of the EGR gas cooler. According to such a configuration, since the EGR gas whose temperature has been reduced by the heat exchange by the EGR economizer is supplied to the EGR gas cooler, the burden on the EGR gas cooler can be reduced. As a result, the EGR gas cooler can be kept small.

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記EGRユニットはEGRガスのばいじんを洗浄液によって取り除くスクラバをさらに有し、前記EGRガス冷却器は、前記スクラバの下流側に配置されていてもよい。かかる構成によれば、洗浄集じん装置の洗浄液によって飽和状態になったEGRガスをEGRガス冷却器で冷却することになる。そのため、EGRガスから凝結水として水分を取り除くことができる。これにより、スクラバよりも下流側の機器に凝結水が発生し、当該機器に悪影響を及ぼすのを抑えることができる。   In the engine system, the EGR unit may further include a scrubber that removes dust of EGR gas with a cleaning liquid, and the EGR gas cooler may be disposed on the downstream side of the scrubber. According to this configuration, the EGR gas saturated with the cleaning liquid of the cleaning dust collector is cooled by the EGR gas cooler. Therefore, water can be removed from the EGR gas as condensed water. Thereby, it is possible to prevent the condensed water from being generated in the equipment downstream of the scrubber and adversely affecting the equipment.

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記過給機ユニットは、第1過給機と、該第1過給機と並列に配置された第2過給機とを有し、前記EGRユニットがEGRガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記第2過給機が停止されるように構成されていてもよい。かかる構成によれば、EGR(排気ガス再循環)によって過給機ユニットに流入する排気ガスの流量が減ったとしても、第2過給機を停止することで、第1過給機へ流入する排気ガスの流量が低下するのを抑えることができる。よって、エンジン本体には、十分圧力の高い掃気ガス(給気ガス)を供給でき、最高燃焼圧を高めることができるため、エンジン本体の燃費が悪化するのを抑えることができる。また、同時にエンジン本体から排出される排気ガスの温度も低下するので、EGRガス冷却器の負担を軽減することができる。   In the above engine system, the supercharger unit includes a first supercharger and a second supercharger arranged in parallel with the first supercharger, and the EGR unit is an EGR gas. When the engine is recirculated to the engine body, the second supercharger may be stopped. According to this configuration, even if the flow rate of the exhaust gas flowing into the supercharger unit is reduced by EGR (exhaust gas recirculation), the second supercharger is stopped to flow into the first supercharger. It can suppress that the flow volume of exhaust gas falls. Therefore, since scavenging gas (supply gas) having a sufficiently high pressure can be supplied to the engine body and the maximum combustion pressure can be increased, deterioration of the fuel consumption of the engine body can be suppressed. At the same time, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body also decreases, so that the burden on the EGR gas cooler can be reduced.

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記第1過給機には、タービン部入口に可変ノズルが設けられていてもよい。かかる構成によれば、低負荷などにおける第2過給機の停止に加え、第1過給機に流入する排気ガスの流量に応じて可変ノズルの開口面積を変化させることにより、エンジン本体の燃費が悪化するのをさらに抑えることができる。また、エンジン本体から排出される排気ガスの温度もさらに低下し、EGRガス冷却器の負担をより軽減することができる。   In the engine system described above, the first supercharger may be provided with a variable nozzle at the turbine inlet. According to such a configuration, in addition to stopping the second supercharger at a low load or the like, the opening area of the variable nozzle is changed in accordance with the flow rate of the exhaust gas flowing into the first supercharger. Can be further suppressed. Moreover, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body is further lowered, and the burden on the EGR gas cooler can be further reduced.

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記過給機ユニットはタービン部入口に可変ノズルが設けられた第1過給機を有し、前記EGRガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記可変ノズルの開口面積を小さくするように構成されていてもよい。かかる構成によれば、EGRによって過給機ユニットに流入する排気ガスの流量が減ったとしても、第1過給機における過給性能の悪化をさらに抑えることができる。よって、エンジン本体には、十分圧力の高い掃気ガス(給気ガス)を供給することができるため、エンジン本体の燃費が悪化するのを抑えることができる。また、エンジン本体から排出される排気ガスの温度もさらに低下し、EGRガス冷却器の負担をより軽減することができる。   In the engine system, the supercharger unit has a first supercharger provided with a variable nozzle at an inlet of a turbine portion, and when the EGR gas is recirculated to the engine body, You may be comprised so that opening area may be made small. According to such a configuration, even if the flow rate of the exhaust gas flowing into the supercharger unit is reduced by EGR, it is possible to further suppress the deterioration of the supercharging performance in the first supercharger. Therefore, since the scavenging gas (supply gas) having a sufficiently high pressure can be supplied to the engine body, it is possible to prevent the fuel consumption of the engine body from deteriorating. Moreover, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body is further lowered, and the burden on the EGR gas cooler can be further reduced.

また、上記のエンジンシステムにおいて、洗浄水を用いて排気ガスからSOxを取り除くSOx除去装置をさらに備え、該SOx除去装置は前記過給機ユニットよりも下流側に配置されていてもよい。上記のように、エンジン本体の燃費が悪化するのを抑えることで、エンジン本体から排出される排気ガスの温度が低下する。そして、SOx除去装置では、排気ガス温度が低いほど、SOx除去効率が上昇するため、かかる構成によれば、排気ガスからSOxを効率よく除去することができる。   The engine system may further include a SOx removing device that removes SOx from the exhaust gas using the wash water, and the SOx removing device may be disposed downstream of the supercharger unit. As described above, by suppressing the deterioration of the fuel consumption of the engine body, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body decreases. In the SOx removal device, the lower the exhaust gas temperature, the higher the SOx removal efficiency. Therefore, according to this configuration, SOx can be efficiently removed from the exhaust gas.

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記EGRエコノマイザを通過したEGRガスを前記コンポジットボイラへ供給できるように構成されていてもよい。かかる構成によれば、エンジン本体が効率的に運転される結果、エンジン本体から排出される排気ガスの温度が低下することで、コンポジットボイラで生成される蒸気の量が減ったとしても、EGRエコノマイザで蒸気を生成することができるため、バーナー部による燃料消費量を抑えつつ、不足する蒸気を補うことができる。 The engine system may be configured such that EGR gas that has passed through the EGR economizer can be supplied to the composite boiler. According to such a configuration, even if the amount of steam generated in the composite boiler is reduced due to a decrease in the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body as a result of the efficient operation of the engine body, the EGR economizer Since steam can be generated in this manner, it is possible to make up for insufficient steam while suppressing fuel consumption by the burner section.

本発明のある形態に係る船舶は、上記のエンジンシステムを備えている。   The ship which concerns on a certain form of this invention is equipped with said engine system.

以上のとおり、上記のエンジンシステムによれば、EGRユニット内に排ガスエコノマイザを備えつつも、EGRユニットを比較的コンパクトに構成することができる。   As described above, according to the engine system described above, the EGR unit can be configured to be relatively compact while the exhaust gas economizer is provided in the EGR unit.

図1は、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an engine system according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第2実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an engine system according to the second embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第3実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of an engine system according to the third embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第4実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of an engine system according to the fourth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るエンジンシステム100のブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム100は、大型の船舶101に搭載されるものであり、エンジン本体10と、過給機ユニット20と、EGRユニット40と、コンポジットボイラ60と、制御装置70と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。なお、図1で図示した矢印のうち、破線の矢印はエンジン本体10に供給される掃気ガス(新気)の流れを示しており、実線の矢印はエンジン本体10から排出された排気ガスの流れを示しており、一点鎖線の矢印は被加熱水の流れを示している。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of an engine system 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, an engine system 100 according to the present embodiment is mounted on a large ship 101, and includes an engine body 10, a supercharger unit 20, an EGR unit 40, and a composite boiler 60. And a control device 70. Hereinafter, each of these components will be described in order. Of the arrows shown in FIG. 1, the broken arrow indicates the flow of scavenging gas (fresh air) supplied to the engine body 10, and the solid arrow indicates the flow of exhaust gas discharged from the engine body 10. The arrows of the alternate long and short dash line indicate the flow of heated water.

<エンジン本体>
本実施形態のエンジン本体10は、船舶用の2ストロークディーゼルエンジンである。ただし、エンジン本体10は、4ストロークエンジン等他の形式のエンジンであってもよい。4ストロークエンジンの場合、エンジン本体に供給されるガスは「掃気ガス」ではなく「給気ガス」と呼ばれるが、ここでは「給気ガス」も「掃気ガス」に含まれるとする。図1に示すように、本実施形態のエンジン本体10は、複数のシリンダ11と、各シリンダ11の上流側に位置する単一の掃気管12と、各シリンダ11の下流側に位置する単一の排気管13とを有している。掃気管12及び排気管13は、いずれも筒状に形成されており、各シリンダ11の燃焼サイクルによって生じる脈動を抑えたり、掃気ガスや排気ガスを混合したりする機能を有している。
<Engine body>
The engine body 10 of this embodiment is a marine two-stroke diesel engine. However, the engine body 10 may be another type of engine such as a 4-stroke engine. In the case of a four-stroke engine, the gas supplied to the engine body is called “supply gas” instead of “scavenging gas”. Here, “supply gas” is also included in “scavenging gas”. As shown in FIG. 1, the engine body 10 of the present embodiment includes a plurality of cylinders 11, a single scavenging pipe 12 positioned upstream of each cylinder 11, and a single positioned downstream of each cylinder 11. The exhaust pipe 13 is provided. The scavenging pipe 12 and the exhaust pipe 13 are both formed in a cylindrical shape, and have functions of suppressing pulsation caused by the combustion cycle of each cylinder 11 and mixing scavenging gas and exhaust gas.

<過給機ユニット>
過給機ユニット20は、外部から取り込んだ新気を昇圧してエンジン本体10に供給するユニットである。図1に示すように、本実施形態に係る過給機ユニット20は、第1過給機21と、第2過給機22とを有している。これら第1過給機21と第2過給機22とは並列に配置されている。すなわち、第1過給機21を通過した新気及び排気ガスは、第2過給機22を通過することなく流れ、かつ、第2過給機22を通過した新気及び排気ガスは、第1過給機21を通過することなく流れる。
<Supercharger unit>
The supercharger unit 20 is a unit that boosts fresh air taken from the outside and supplies it to the engine body 10. As shown in FIG. 1, the supercharger unit 20 according to this embodiment includes a first supercharger 21 and a second supercharger 22. The first supercharger 21 and the second supercharger 22 are arranged in parallel. That is, fresh air and exhaust gas that have passed through the first supercharger 21 flow without passing through the second supercharger 22, and fresh air and exhaust gas that has passed through the second supercharger 22 1 It flows without passing through the supercharger 21.

第1過給機21は、第1タービン部23と、第1コンプレッサ部24と、第1連結軸25と、を有している。各シリンダ11内で生成された排気ガスは、排気管13に集められた後、第1排気通路26を通って第1タービン部23に供給される。第1タービン部23は、排気管13から供給された排気ガスのエネルギを利用して回転駆動する。第1タービン部23を通過した排気ガスは、第1排出通路27を通過して、コンポジットボイラ60に排出される。一方、第1コンプレッサ部24は、第1連結軸25を介して第1タービン部23と連結されている。そのため、第1タービン部23が回転駆動するのに伴って、第1コンプレッサ部24も回転駆動する。第1コンプレッサ部24は、外部から新気を取り込んで昇圧する。昇圧された新気は、第1掃気通路28を通り、空気冷却器29で冷却された後、掃気管12に供給される。   The first supercharger 21 has a first turbine part 23, a first compressor part 24, and a first connecting shaft 25. The exhaust gas generated in each cylinder 11 is collected in the exhaust pipe 13 and then supplied to the first turbine unit 23 through the first exhaust passage 26. The first turbine unit 23 is rotationally driven using the energy of the exhaust gas supplied from the exhaust pipe 13. The exhaust gas that has passed through the first turbine section 23 passes through the first discharge passage 27 and is discharged to the composite boiler 60. On the other hand, the first compressor unit 24 is connected to the first turbine unit 23 via the first connecting shaft 25. Therefore, as the first turbine unit 23 is driven to rotate, the first compressor unit 24 is also driven to rotate. The first compressor unit 24 takes in fresh air from the outside and boosts the pressure. The pressurized fresh air passes through the first scavenging passage 28, is cooled by the air cooler 29, and is then supplied to the scavenging pipe 12.

第2過給機22は、第2タービン部30と、第2コンプレッサ部31と、第2連結軸32と、を有している。第2タービン部30は、第2排気通路33を介して、排気管13から排気ガスが供給される。第2タービン部30は、排気管13から供給された排気ガスのエネルギを利用して回転駆動する。第2タービン部30を通過した排気ガスは、第2排出通路34から排出される。第2排出通路34から排出された排気ガスは、第1排出通路27を通過する排気ガスと合流した後、コンポジットボイラ60に排出される。一方、第2コンプレッサ部31は、第2連結軸32を介して第2タービン部30と連結されており、第2タービン部30が回転駆動するのに伴って回転駆動する。第2コンプレッサ部31は、外部から取り込んだ新気を昇圧する。昇圧された新気は、第2掃気通路35を通過し、第1掃気通路28を通る新気と合流した後、空気冷却器29によって冷却されてから掃気管12に供給される。なお、第2掃気通路35を通過した新気は、第1掃気通路28を通過した新気と合流せず、それぞれ単独で空気冷却器29を通って掃気管12に供給されてもよい。   The second supercharger 22 has a second turbine part 30, a second compressor part 31, and a second connecting shaft 32. The second turbine unit 30 is supplied with exhaust gas from the exhaust pipe 13 via the second exhaust passage 33. The second turbine unit 30 is driven to rotate using the energy of the exhaust gas supplied from the exhaust pipe 13. The exhaust gas that has passed through the second turbine section 30 is discharged from the second discharge passage 34. The exhaust gas discharged from the second discharge passage 34 merges with the exhaust gas passing through the first discharge passage 27 and is then discharged to the composite boiler 60. On the other hand, the second compressor unit 31 is coupled to the second turbine unit 30 via the second coupling shaft 32 and is rotationally driven as the second turbine unit 30 is rotationally driven. The second compressor unit 31 boosts the fresh air taken from outside. The pressurized fresh air passes through the second scavenging passage 35, merges with fresh air passing through the first scavenging passage 28, is cooled by the air cooler 29, and then supplied to the scavenging pipe 12. The fresh air that has passed through the second scavenging passage 35 may not be merged with the fresh air that has passed through the first scavenging passage 28, and may be supplied to the scavenging pipe 12 through the air cooler 29 alone.

また、第2排気通路33、第2排出通路34、及び第2掃気通路35には、過給機制御弁36〜38が設けられている。この過給機制御弁36〜38の開閉は、制御装置70によって制御される。過給機制御弁36〜38の開閉のタイミングについては後述する。さらに、本実施形態の過給機ユニット20では、第2過給機22の容量が、第1過給機21の容量の半分程度となるように構成されている。すなわち、過給機制御弁36〜38が全開のとき、過給機ユニット20全体に流れる排気ガスのうち、3分の2程度が第1過給機21に流れ、3分の1程度が第2過給機22に流れるように構成されている。   Further, supercharger control valves 36 to 38 are provided in the second exhaust passage 33, the second discharge passage 34, and the second scavenging passage 35. Opening and closing of the supercharger control valves 36 to 38 is controlled by the control device 70. The timing for opening and closing the supercharger control valves 36 to 38 will be described later. Furthermore, in the supercharger unit 20 of the present embodiment, the capacity of the second supercharger 22 is configured to be about half of the capacity of the first supercharger 21. That is, when the supercharger control valves 36 to 38 are fully opened, about two thirds of the exhaust gas flowing through the entire supercharger unit 20 flows to the first supercharger 21 and about one third is the first. 2 is configured to flow to the supercharger 22.

<EGRユニット>
EGRユニット40は、エンジン本体10から排出された排気ガスの一部をエンジン本体10に再循環させるユニットである。既に燃焼した排気ガスをエンジン本体10に戻すことで、掃気ガスの酸素濃度が下がり、シリンダ11内における燃焼温度が低下する。その結果、エンジン本体10から排出されるNOxの排出量を低減することができる。なお、以下では、EGRユニット40に流入する排気ガスを「EGRガス」と称する。図1に示すように、EGRユニット40は、EGRエコノマイザ41と、スクラバ(洗浄装置)42と、EGRガス冷却器43と、EGRブロワ44と、を有している。
<EGR unit>
The EGR unit 40 is a unit that recirculates a part of the exhaust gas discharged from the engine body 10 to the engine body 10. By returning the already burned exhaust gas to the engine body 10, the oxygen concentration of the scavenging gas is lowered, and the combustion temperature in the cylinder 11 is lowered. As a result, the amount of NOx discharged from the engine body 10 can be reduced. Hereinafter, the exhaust gas flowing into the EGR unit 40 is referred to as “EGR gas”. As shown in FIG. 1, the EGR unit 40 includes an EGR economizer 41, a scrubber (cleaning device) 42, an EGR gas cooler 43, and an EGR blower 44.

EGRエコノマイザ41は、EGRガスの熱エネルギを回収する装置である。EGRエコノマイザ41には、排気管13からEGRガス排気通路45を介してEGRガスが供給される。EGRエコノマイザ41は、EGRガス配管46を内部に有している。EGRガス配管46は、熱伝達率の高い材料によって形成されている。EGRエコノマイザ41に供給されたEGRガスは、このEGRガス配管46を通過する。一方、EGRエコノマイザ41の中には、図示しない給水タンクから被加熱水が供給される。これにより、EGRエコノマイザ41の内部では、EGRガスと被加熱水とがEGRガス配管46を介して熱交換を行う。被加熱水はEGRガスの熱によって加熱され、一部が気化して蒸気となる。EGRエコノマイザ41内で加熱された被加熱水及び被加熱水を加熱して生成された蒸気は、被加熱水配管47を介してコンポジットボイラ60へ供給される。   The EGR economizer 41 is a device that recovers thermal energy of EGR gas. EGR gas is supplied to the EGR economizer 41 from the exhaust pipe 13 via the EGR gas exhaust passage 45. The EGR economizer 41 has an EGR gas pipe 46 inside. The EGR gas pipe 46 is made of a material having a high heat transfer coefficient. The EGR gas supplied to the EGR economizer 41 passes through the EGR gas pipe 46. On the other hand, heated water is supplied into the EGR economizer 41 from a water supply tank (not shown). Thereby, inside the EGR economizer 41, the EGR gas and the water to be heated exchange heat through the EGR gas pipe 46. The water to be heated is heated by the heat of the EGR gas, and part of it is vaporized to become steam. The heated water heated in the EGR economizer 41 and the steam generated by heating the heated water are supplied to the composite boiler 60 via the heated water piping 47.

スクラバ42は、EGRガスを洗浄する装置である。EGRガスにはカーボンなど多量の浮遊粒子状物質等が含まれる。EGRガスを洗浄せずにエンジン本体10に戻すと、EGRガスに含まれる浮遊粒子状物質等がエンジン本体10に悪影響を及ぼす。そこで、このスクラバ42によりEGRガスから浮遊粒子状物質等を取り除いたうえで、EGRガスをエンジン本体10に供給している。スクラバ42では、排気から浮遊粒子状物質等を取り除くために洗浄水を用いる。洗浄水を用いる洗浄方法としては、洗浄水中に排気を通過させる方式、排気に洗浄水を噴射する方式、洗浄水をしみこませた部材の間に排気を通過させる方式などがあるが、いずれの方式を採用してもよい。なお、スクラバ42では、EGRガスからSOx(硫黄酸化物)も同時に取り除けるように、洗浄水には脱硫用の苛性ソーダが含まれている。   The scrubber 42 is a device that cleans EGR gas. The EGR gas contains a large amount of suspended particulate matter such as carbon. If the EGR gas is returned to the engine body 10 without cleaning, suspended particulate matter contained in the EGR gas has an adverse effect on the engine body 10. Therefore, the EGR gas is supplied to the engine body 10 after removing the suspended particulate matter and the like from the EGR gas by the scrubber 42. The scrubber 42 uses wash water to remove suspended particulate matter and the like from the exhaust. Cleaning methods that use cleaning water include a method that allows exhaust to pass through the cleaning water, a method that jets cleaning water into the exhaust, and a method that allows exhaust to pass between members soaked with cleaning water. May be adopted. In the scrubber 42, the cleaning water contains caustic soda for desulfurization so that SOx (sulfur oxide) can also be removed from the EGR gas.

EGRガス冷却器43は、EGRガスを冷却する装置である。EGRガスを冷却する目的の1つは、EGRガスの体積を小さくすること(密度を大きくすること)である。EGRガスの体積を小さくすることで、下流側に位置するEGRブロワ44を駆動するための動力を低減するとともにEGRブロワ44をコンパクトにすることができる。また、EGRガス冷却器43は、EGRエコノマイザ41の下流側に位置している。EGRエコノマイザ41では被加熱水との熱交換によりEGRガスが冷却されるため、EGRガス冷却器43をEGRエコノマイザ41の下流に配置することで、EGRガス冷却器43の冷却負担を軽減することができる。なお、本実施形態では、EGRガス冷却器43は、スクラバ42の下流に配置されているが、スクラバ42の上流側に配置しても良く、両側に配置しても良い。EGRガス冷却器43をスクラバ42の下流側に配置すると、スクラバ42で飽和状態になったEGRガスから凝結水として水分を取ることができるため、後段の機器に凝結水が付着するのを防ぐことができる。また、EGRガス冷却器43をスクラバ42の上流側に配置すると、EGRガスの温度が下がることで、スクラバ42内での脱硫反応が良くなる。   The EGR gas cooler 43 is a device that cools the EGR gas. One purpose of cooling the EGR gas is to reduce the volume of the EGR gas (increase the density). By reducing the volume of the EGR gas, the power for driving the EGR blower 44 located on the downstream side can be reduced and the EGR blower 44 can be made compact. The EGR gas cooler 43 is located on the downstream side of the EGR economizer 41. Since the EGR gas is cooled by heat exchange with the water to be heated in the EGR economizer 41, the cooling burden on the EGR gas cooler 43 can be reduced by arranging the EGR gas cooler 43 downstream of the EGR economizer 41. it can. In the present embodiment, the EGR gas cooler 43 is disposed downstream of the scrubber 42, but may be disposed upstream of the scrubber 42 or may be disposed on both sides. If the EGR gas cooler 43 is arranged on the downstream side of the scrubber 42, moisture can be taken as condensed water from the EGR gas saturated in the scrubber 42, thereby preventing the condensed water from adhering to the subsequent equipment. Can do. Further, if the EGR gas cooler 43 is arranged on the upstream side of the scrubber 42, the temperature of the EGR gas is lowered, so that the desulfurization reaction in the scrubber 42 is improved.

EGRブロワ44は、EGRガスを昇圧して掃気管12に供給するする装置である。また、EGRブロワ44は、EGR制御弁49、50とともに作動して、EGRガスの流量を調整することができる。EGR制御弁49、50は、それぞれEGRユニット40の入口側のEGRガス排気通路45及び出口側のEGR掃気通路48に設けられている。EGRユニット40によるEGR(排気ガス再循環)は、常に行われているわけではなく、また、EGRを行う場合もエンジン本体10の運転状況に応じてEGR率(エンジン本体10から排出される排気ガスの量に対するEGRガスの量の割合)を変化させている。本実施形態では、EGRブロワ44の回転数(出力)を変化させるとともに、EGR制御弁49、50の開度を変えることで、EGRの始動及び停止、並びにEGR率の調整を行う。なお、EGRブロワ44及び各EGR制御弁49、50は、制御装置70によって制御される。   The EGR blower 44 is a device that boosts the EGR gas and supplies it to the scavenging pipe 12. Further, the EGR blower 44 can operate together with the EGR control valves 49 and 50 to adjust the flow rate of the EGR gas. The EGR control valves 49 and 50 are provided in the EGR gas exhaust passage 45 on the inlet side and the EGR scavenging passage 48 on the outlet side of the EGR unit 40, respectively. EGR (exhaust gas recirculation) by the EGR unit 40 is not always performed, and also when performing EGR, the EGR rate (exhaust gas exhausted from the engine body 10) according to the operating state of the engine body 10 The ratio of the amount of EGR gas to the amount of gas) is changed. In this embodiment, while changing the rotation speed (output) of the EGR blower 44 and changing the opening degree of the EGR control valves 49 and 50, the EGR is started and stopped, and the EGR rate is adjusted. The EGR blower 44 and the EGR control valves 49 and 50 are controlled by the control device 70.

<コンポジットボイラ>
コンポジットボイラ60は、使用目的に応じて任意圧力の蒸気を任意量生成する装置である。図1に示すように、コンポジットボイラ60は、排ガスエコノマイザ61と、バーナー部62と、気水分離部63とを有している。
<Composite boiler>
The composite boiler 60 is a device that generates an arbitrary amount of steam at an arbitrary pressure according to the purpose of use. As shown in FIG. 1, the composite boiler 60 includes an exhaust gas economizer 61, a burner unit 62, and a steam / water separation unit 63.

排ガスエコノマイザ61は、排気ガスの熱エネルギを回収する装置である。排ガスエコノマイザ61には、過給機ユニット20を通過した排気ガスが供給される。排ガスエコノマイザ61は、EGRエコノマイザ41と同様に、熱伝達率の高い材料によって形成された排気ガス配管64を内部に有している。排ガスエコノマイザ61に供給された排気ガスは、この排気ガス配管64を通過する。また、上述のように、排ガスエコノマイザ61の内部には、コンポジットボイラ60用の被加熱水(ボイラ水)に加え、EGRエコノマイザ41から被加熱水及び蒸気が供給される。よって、コンポジットボイラ60が単独で生成する蒸気よりも多くの蒸気がコンポジットボイラ60から供給される。なお、排ガスエコノマイザ61を通過した排気ガスは、排気ガス排出通路65を通ってSOx除去装置66に導かれる。SOx除去装置66は、いわゆる湿式のスクラバであって、海水又は苛性ソーダを含む洗浄液を噴射することで、排気ガスからSOxが取り除かれる。   The exhaust gas economizer 61 is a device that recovers thermal energy of exhaust gas. The exhaust gas economizer 61 is supplied with the exhaust gas that has passed through the supercharger unit 20. Like the EGR economizer 41, the exhaust gas economizer 61 has an exhaust gas pipe 64 formed of a material having a high heat transfer coefficient. The exhaust gas supplied to the exhaust gas economizer 61 passes through the exhaust gas pipe 64. Further, as described above, heated water and steam are supplied from the EGR economizer 41 to the inside of the exhaust gas economizer 61 in addition to the heated water (boiler water) for the composite boiler 60. Therefore, more steam is supplied from the composite boiler 60 than the steam generated solely by the composite boiler 60. The exhaust gas that has passed through the exhaust gas economizer 61 is guided to the SOx removal device 66 through the exhaust gas discharge passage 65. The SOx removing device 66 is a so-called wet scrubber, and removes SOx from the exhaust gas by injecting a cleaning liquid containing seawater or caustic soda.

バーナー部62は、燃料を燃やし、その熱で被加熱水を加熱する装置である。なお、図1では、バーナー部62は被加熱水の下方に位置しているが、排ガスエコノマイザ61の中央付近に位置していてもよく、バーナー部62の位置は特に限定されない。また、バーナー部62に供給される燃料の量は、排ガスエコノマイザ61で回収する熱量に応じて調整される。具体的には、蒸気ガスの圧力や生成量が予め設定した値に満たない場合には燃料の供給量を増やして熱量を増加し、予め設定した値を超えるようであれば燃料の供給量を減らし又は供給を停止することで熱量を減少させる。このように、コンポジットボイラ60は、バーナー部62を有することで、使用目的に応じた蒸気を安定して供給することができる。   The burner unit 62 is a device that burns fuel and heats the water to be heated with the heat. In FIG. 1, the burner unit 62 is positioned below the water to be heated, but may be positioned near the center of the exhaust gas economizer 61, and the position of the burner unit 62 is not particularly limited. The amount of fuel supplied to the burner unit 62 is adjusted according to the amount of heat recovered by the exhaust gas economizer 61. Specifically, when the pressure or generation amount of the vapor gas is less than a preset value, the fuel supply amount is increased to increase the heat amount, and if it exceeds the preset value, the fuel supply amount is increased. Reduce the amount of heat by reducing or stopping the supply. Thus, the composite boiler 60 can supply the steam according to the intended use stably by having the burner portion 62.

気水分離部63は、液体(すなわち被加熱水)と気体(すなわち蒸気)とを分離する部分である。気水分離部63は、排ガスエコノマイザ61の上方であって蒸気出口付近に設けられた空間である。コンポジットボイラ60内では、被加熱水と蒸気が入り交じった状態で存在するが、この空間を設けることで被加熱水は自重によって落下し、自重によって落下しない蒸気のみがこの空間の上方から排出される。このように、気水分離部63である空間を排ガスエコノマイザ61の上方に設けることによって、液体と気体を分離することができる。上記のように、排ガスエコノマイザ61には、EGRエコノマイザ41で生成された蒸気も含まれる。そのため、気水分離部63では、コンポジットボイラ60内で生成された蒸気のみならず、EGRエコノマイザ41で生成された蒸気も被加熱水と分離される。   The steam / water separator 63 is a part that separates liquid (that is, heated water) and gas (that is, steam). The steam separation unit 63 is a space provided above the exhaust gas economizer 61 and in the vicinity of the steam outlet. In the composite boiler 60, the water to be heated and steam exist in a mixed state, but by providing this space, the water to be heated falls by its own weight, and only the steam that does not fall by its own weight is discharged from above this space. The Thus, by providing the space that is the steam separator 63 above the exhaust gas economizer 61, the liquid and the gas can be separated. As described above, the exhaust gas economizer 61 includes steam generated by the EGR economizer 41. Therefore, the steam / water separator 63 separates not only the steam generated in the composite boiler 60 but also the steam generated by the EGR economizer 41 from the heated water.

<制御装置>
制御装置70は、エンジンシステム100全体を制御する装置であって、CPU、ROM、RAM等によって構成されている。制御装置70は、EGRブロワ44及びEGR制御弁49、50を制御して、EGR率の調整やEGRの始動及び停止を行うことは上述したとおりであるが、EGRの始動及び停止の際には、過給機制御弁36の制御も行う。具体的には、EGRを始動する際には過給機制御弁36〜38を全て閉じる一方、EGRを停止するときには過給機制御弁36〜38を全て開放する。つまり、制御装置70は、EGRを行うときには第2過給機22を停止させる一方、EGRを行わないときには第2過給機22を駆動させる。制御装置70がこのように制御するのは、次の理由による。
<Control device>
The control device 70 is a device that controls the entire engine system 100 and includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The control device 70 controls the EGR blower 44 and the EGR control valves 49 and 50 to adjust the EGR rate and start and stop the EGR as described above, but at the time of starting and stopping the EGR, The supercharger control valve 36 is also controlled. Specifically, when the EGR is started, all the supercharger control valves 36 to 38 are closed, and when the EGR is stopped, all the supercharger control valves 36 to 38 are opened. That is, the control device 70 stops the second supercharger 22 when performing EGR, and drives the second supercharger 22 when not performing EGR. The control device 70 controls in this way for the following reason.

EGRを行う際のEGR率を30〜40%程度とすると、EGRを行ったときに過給機ユニット20全体に流れる排気ガスの流量は、EGRを行っていないときの3分の2程度となる。一方、前述したように、本実施形態では、過給機ユニット20全体に流れる排気ガスのうち、3分の2程度が第1過給機21に流れ、3分の1程度が第2過給機22に流れるように構成されている。そうすると、EGRを行うときに第2過給機22のみを停止すれば、過給機ユニット20に流れる排気ガスが全て第1過給機21に流れる結果、第1過給機21に流れる排気ガスの流量は大きく変化しないことになる。これにより、EGRを行うことによって過給機ユニット20に供給される排気ガスの流量が減ったとしても、第1過給機21の過給性能の悪化を防止することができ、新気を十分に昇圧することができる。そのため、燃焼最高圧を高く設定できることから、エンジン本体10の燃費の悪化は最小限となり、エンジン本体10から排出される排気ガス(EGRガス)の温度も抑えることができ、ひいてはEGRガス冷却器43が小さくなることによるEGRユニット40の小型化にも寄与する。   If the EGR rate when performing EGR is about 30 to 40%, the flow rate of exhaust gas flowing through the entire turbocharger unit 20 when performing EGR is about two-thirds when EGR is not performed. . On the other hand, as described above, in the present embodiment, about two-thirds of the exhaust gas flowing through the entire turbocharger unit 20 flows to the first supercharger 21 and about one-third is the second supercharger. It is configured to flow to the machine 22. Then, if only the second supercharger 22 is stopped when performing EGR, all the exhaust gas flowing to the supercharger unit 20 flows to the first supercharger 21, so that the exhaust gas flowing to the first supercharger 21. The flow rate will not change significantly. Thereby, even if the flow rate of the exhaust gas supplied to the supercharger unit 20 is reduced by performing EGR, the deterioration of the supercharging performance of the first supercharger 21 can be prevented, and fresh air is sufficiently obtained. The pressure can be increased to Therefore, since the maximum combustion pressure can be set high, the deterioration of the fuel consumption of the engine main body 10 is minimized, the temperature of the exhaust gas (EGR gas) discharged from the engine main body 10 can also be suppressed, and the EGR gas cooler 43 is eventually extended. This also contributes to the downsizing of the EGR unit 40 due to the decrease in.

なお、上記のように、本実施形態によれば、エンジン本体10から排出される排気ガスの温度が下がるが、これに加え、過給機ユニット20(第1過給機21)では排気ガスのエネルギが回転駆動に効率よく利用されるため、さらに排気ガスの温度が下がる。これにより、過給機ユニット20から排出される排気ガスの温度が下がり、SOx除去装置に入る排気ガスの温度も下がる。そして、SOxを除去する洗浄液は、温度が低いほど脱硫効率が上がるため、本実施形態によれば、排気ガスから効率よくSOxを除去することができる。   As described above, according to the present embodiment, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body 10 is lowered. In addition, in the turbocharger unit 20 (first supercharger 21), the exhaust gas is exhausted. Since energy is efficiently used for rotational driving, the temperature of the exhaust gas further decreases. Thereby, the temperature of the exhaust gas discharged from the supercharger unit 20 is lowered, and the temperature of the exhaust gas entering the SOx removing device is also lowered. Since the cleaning liquid for removing SOx has higher desulfurization efficiency as the temperature is lower, according to this embodiment, SOx can be efficiently removed from the exhaust gas.

以上が、本実施形態に係るエンジンシステム100の構成である。本実施形態に係るエンジンシステム100は、EGRエコノマイザ41で加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が、コンポジットボイラ60へ供給される。そして、EGRエコノマイザ41で生成された蒸気はコンポジットボイラ60で被加熱水と分離される。つまり、EGRエコノマイザ41で加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が、別途設けられたコンポジットボイラ60へ供給されて使用可能な状態に処理される。そのため、EGRユニット40内に補助ボイラ及び気水分離器を設けたり、新たにコンポジットボイラを設けたりする必要がない。よって、本実施形態に係るエンジンシステム100によれば、EGRユニット40をコンパクトに構成することができる。   The above is the configuration of the engine system 100 according to the present embodiment. In the engine system 100 according to the present embodiment, heated water heated by the EGR economizer 41 and steam generated by heating the heated water are supplied to the composite boiler 60. The steam generated by the EGR economizer 41 is separated from the water to be heated by the composite boiler 60. That is, the heated water heated by the EGR economizer 41 and the steam generated by heating the heated water are supplied to a separately provided composite boiler 60 and processed into a usable state. Therefore, it is not necessary to provide an auxiliary boiler and a steam / water separator in the EGR unit 40 or newly provide a composite boiler. Therefore, according to the engine system 100 according to the present embodiment, the EGR unit 40 can be configured in a compact manner.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図2は、第2実施形態に係るエンジンシステム200のブロック図である。図2に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム200は、過給機ユニット20が第2過給機22を備えていない一方、第1過給機21が第1タービン部23の入口に可変ノズル39を有している点で第1実施形態に係るエンジンシステム100と構成が異なる。本実施形態の可変ノズル39の開口面積は、制御装置70によって制御される。具体的には、制御装置70は、EGRを行うときには可変ノズル39の開口面積を小さくし、EGRを行わないときには可変ノズル39の開口面積を大きくする。これにより、EGRを行う場合にも、第1過給機21における過給性能の悪化を軽減することができる。なお、可変ノズル39は、開口面積を滑らかに変化させる無段可変ノズルであってもよく、開口面積を択一的に切り換える二段可変ノズルであってもよい。本実施形態に係るエンジンシステム200によれば、第1実施形態の場合に比べ、第2過給機22を備えていない分、低コスト化及び省スペース化が可能である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram of an engine system 200 according to the second embodiment. As shown in FIG. 2, in the engine system 200 according to this embodiment, the supercharger unit 20 does not include the second supercharger 22, while the first supercharger 21 is at the inlet of the first turbine unit 23. The configuration is different from the engine system 100 according to the first embodiment in that the variable nozzle 39 is provided. The opening area of the variable nozzle 39 of the present embodiment is controlled by the control device 70. Specifically, the control device 70 reduces the opening area of the variable nozzle 39 when performing EGR, and increases the opening area of the variable nozzle 39 when not performing EGR. Thereby, also when performing EGR, the deterioration of the supercharging performance in the 1st supercharger 21 can be reduced. The variable nozzle 39 may be a continuously variable nozzle that smoothly changes the opening area, or may be a two-stage variable nozzle that selectively switches the opening area. According to the engine system 200 according to this embodiment, compared with the case of the first embodiment, the cost can be reduced and the space can be saved because the second supercharger 22 is not provided.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図3は、第3実施形態に係るエンジンシステム300のブロック図である。図3に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム300は、第1過給機21が第1タービン部23の入口に可変ノズル39を有している点で第1実施形態に係るエンジンシステム100と構成が異なる。可変ノズル39の開口面積は、制御装置70によって制御される。本実施形態の場合、第1実施形態の場合と同様に、EGRを行うときは第2過給機22を停止させるが、さらに、過給機ユニット20に流入する排気ガスの流量に応じて、第1過給機21の効率が良くなるように可変ノズル39の開口面積を調整する。かかる構成によれば、第1実施形態の場合に比べ、さらに掃気圧力の上昇、ひいては燃焼圧力の上昇が得られ、エンジン本体10の燃費等をさらに向上させることができる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram of an engine system 300 according to the third embodiment. As shown in FIG. 3, the engine system 300 according to the present embodiment is an engine system according to the first embodiment in that the first supercharger 21 has a variable nozzle 39 at the inlet of the first turbine unit 23. 100 and the configuration is different. The opening area of the variable nozzle 39 is controlled by the control device 70. In the case of this embodiment, as in the case of the first embodiment, when performing EGR, the second supercharger 22 is stopped, and further, according to the flow rate of the exhaust gas flowing into the supercharger unit 20, The opening area of the variable nozzle 39 is adjusted so that the efficiency of the first supercharger 21 is improved. According to such a configuration, the scavenging pressure can be further increased and the combustion pressure can be further increased as compared with the first embodiment, and the fuel consumption of the engine body 10 can be further improved.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。図4は、第4実施形態に係るエンジンシステム400のブロック図である。図4に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム400は、EGRエコノマイザ41を通過したEGRガスをコンポジットボイラ60へ導く迂回配管52を備える点で第1実施形態に係るエンジンシステム100と構成が異なる。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram of an engine system 400 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 4, the engine system 400 according to the present embodiment has the same configuration as the engine system 100 according to the first embodiment in that it includes a bypass pipe 52 that guides the EGR gas that has passed through the EGR economizer 41 to the composite boiler 60. Different.

この迂回配管52の一端側は、EGRエコノマイザ41の出口側に位置するEGRエコノマイザ出口配管51に連結されている。また、EGRエコノマイザ出口配管51には、制御装置70によって開閉制御される開閉弁53が設けられている。この開閉弁53は、EGRエコノマイザ出口配管51のうち迂回配管52が連結されている部分よりも下流側に位置している。また、迂回配管52の他端側は、第1排出通路27に連結されている。迂回配管52と第1排出通路27の連結部分は、第2排出通路34と第1排出通路27の連結部分よりも下流側に位置している。さらに、迂回配管52には、制御装置70によって開閉制御される開閉弁54が設けられている。   One end side of the bypass pipe 52 is connected to an EGR economizer outlet pipe 51 located on the outlet side of the EGR economizer 41. The EGR economizer outlet pipe 51 is provided with an on-off valve 53 that is controlled to open and close by the control device 70. The on-off valve 53 is located downstream of the portion of the EGR economizer outlet pipe 51 to which the bypass pipe 52 is connected. Further, the other end side of the bypass pipe 52 is connected to the first discharge passage 27. The connection portion between the bypass pipe 52 and the first discharge passage 27 is located downstream of the connection portion between the second discharge passage 34 and the first discharge passage 27. Further, the bypass pipe 52 is provided with an open / close valve 54 that is controlled to open and close by the control device 70.

EGRエコノマイザ出口配管51に設けられた開閉弁53は、EGRが行われている間は開放され、EGRが行われていない間は閉鎖される。また、迂回配管52に設けられた開閉弁54は、EGRが行われている間は閉鎖され、EGRが行われていない間は開放される。なお、本実施形態の場合、EGRが行われているか否かにかかわらず、EGRユニット40の入口側に位置するEGR制御弁49は開度を調整することで、EGRユニット40に流入する排気ガス(EGRガス)の量を制御している。このように各弁が制御されることで、EGRが行われている間は、EGRエコノマイザ41を通過した排気ガスは全てスクラバ42に供給され、EGRが行われていない間は、EGRエコノマイザ41を通過した排気ガスは全てコンポジットボイラ60へ供給される。   The on-off valve 53 provided in the EGR economizer outlet pipe 51 is opened while EGR is being performed, and is closed while EGR is not being performed. Further, the on-off valve 54 provided in the bypass pipe 52 is closed while EGR is being performed, and is opened while EGR is not being performed. In the case of the present embodiment, the exhaust gas flowing into the EGR unit 40 is adjusted by adjusting the opening of the EGR control valve 49 located on the inlet side of the EGR unit 40 regardless of whether or not EGR is performed. The amount of (EGR gas) is controlled. By controlling each valve in this way, all the exhaust gas that has passed through the EGR economizer 41 is supplied to the scrubber 42 while EGR is being performed, and the EGR economizer 41 is being operated while EGR is not being performed. All exhaust gas that has passed through is supplied to the composite boiler 60.

ここで、例えばNOx等の排出規制がない海域で船舶101が航行する場合には、EGRは行われず、第1過給機21と第2過給機22の両方が稼働することになる。このとき高負荷域ではエンジン本体10が最適条件で効率よく運転できるためエンジン本体10から排出される排気ガスの温度が低くなる傾向にあり、その結果、コンポジットボイラ60で生成する蒸気の量が少なくなるおそれがある。これに対し、本実施形態に係るエンジンシステム400は、EGRが行われていない場合であっても掃気圧が下限以上となるような小量の掃気ガスをEGRユニット40に流し、EGRガスの熱エネルギを利用してEGRエコノマイザ41で蒸気を生成することができる。そのため、バーナー部62による燃料消費量を抑えつつ、不足する蒸気を補うことができる。さらに、本実施形態では、EGRエコノマイザ41を通過したEGRガスがコンポジットボイラ60へ供給されるため、EGRガスの熱エネルギを再度回収できることから効率的である。   Here, for example, when the ship 101 navigates in a sea area where there is no emission restriction such as NOx, EGR is not performed, and both the first supercharger 21 and the second supercharger 22 operate. At this time, since the engine body 10 can be operated efficiently under optimum conditions in the high load region, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body 10 tends to be low, and as a result, the amount of steam generated by the composite boiler 60 is small. There is a risk. On the other hand, the engine system 400 according to the present embodiment allows a small amount of scavenging gas to flow to the EGR unit 40 so that the scavenging air pressure is equal to or higher than the lower limit even when EGR is not performed. Steam can be generated by the EGR economizer 41 using energy. Therefore, it is possible to make up for insufficient steam while suppressing fuel consumption by the burner unit 62. Furthermore, in this embodiment, since the EGR gas that has passed through the EGR economizer 41 is supplied to the composite boiler 60, it is efficient because the thermal energy of the EGR gas can be recovered again.

なお、本実施形態では、2つの過給機21、22を用いてエンジン本体10の効率が向上する場合について説明しているが、第2実施形態に係るエンジンシステム200や第3実施形態に係るエンジンシステム300のように過給機が可変ノズルを有している場合も、同様にエンジン本体10の効率の向上に伴って排出される排気ガスの温度が低下することが起こりうる。そのため、第2実施形態に係るエンジンシステム200や第3実施形態に係るエンジンシステム300においても、本実施形態のようにEGRエコノマイザ41を通過したEGRガスをコンポジットボイラ60へ導くことができる構成とすることは有益である。   In the present embodiment, the case where the efficiency of the engine body 10 is improved by using the two superchargers 21 and 22 is described. However, the engine system 200 according to the second embodiment and the third embodiment are related. Similarly, when the turbocharger has a variable nozzle as in the engine system 300, the temperature of the exhaust gas discharged can be lowered as the efficiency of the engine body 10 is improved. Therefore, also in the engine system 200 according to the second embodiment and the engine system 300 according to the third embodiment, the EGR gas that has passed through the EGR economizer 41 can be guided to the composite boiler 60 as in the present embodiment. It is beneficial.

以上、本発明の実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、以上では、過給機ユニット20を通過していない排気ガスをEGRユニット40に取り込んでいるが、過給機ユニット20を通過した後の排ガスをEGRユニット40に取り込む構成であっても本発明に含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. It is included in the present invention. For example, in the above description, exhaust gas that has not passed through the supercharger unit 20 is taken into the EGR unit 40. However, even if the exhaust gas that has passed through the supercharger unit 20 is taken into the EGR unit 40, Included in the invention.

また、以上では、コンポジットボイラ60やSOx除去装置66の設置場所は特に限定していないが、エンジン本体10の近傍に配置されていてもよく、船体側に配置されていても良い。つまり、コンポジットボイラ及びSOx除去装置が、その他の構成機器から離れて配置されていたとしても、全体としてエンジンシステムを構成するのであるから、そのようなエンジンシステムであっても本発明に含まれる。   Moreover, although the installation place of the composite boiler 60 and the SOx removal apparatus 66 is not specifically limited above, it may be arrange | positioned in the vicinity of the engine main body 10, and may be arrange | positioned at the hull side. That is, even if the composite boiler and the SOx removing device are arranged away from other components, the engine system is configured as a whole, and thus such an engine system is also included in the present invention.

さらに、以上では、エンジンシステム100、200、300、400が、船舶101に搭載されている場合について説明したが、これに限定されず、例えば、エンジンシステムが陸上に設置された発電用のものであっても本発明に含まれる。   Furthermore, although the case where the engine systems 100, 200, 300, and 400 are mounted on the ship 101 has been described above, the present invention is not limited to this. For example, the engine system is for power generation installed on land. Even if it exists, it is included in this invention.

本発明に係るエンジンシステムによれば、EGRユニット内に排ガスエコノマイザを備えつつも、EGRユニットが比較的コンパクトとなるエンジンシステムを提供できる。よって、エンジンシステムの技術分野において有益である。   The engine system according to the present invention can provide an engine system in which the EGR unit is relatively compact while the exhaust gas economizer is provided in the EGR unit. Therefore, it is useful in the technical field of engine systems.

10 エンジン本体
20 過給機ユニット
21 第1過給機
22 第2過給機
37 可変ノズル
40 EGRユニット
41 EGRエコノマイザ
42 洗浄集じん装置
43 EGRガス冷却器
60 コンポジットボイラ
61 排ガスエコノマイザ
62 バーナー部
63 気水分離部
66 SOx除去装置
100、200、300、400 エンジンシステム
101 船舶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine main body 20 Supercharger unit 21 1st supercharger 22 2nd supercharger 37 Variable nozzle 40 EGR unit 41 EGR economizer 42 Cleaning dust collector 43 EGR gas cooler 60 Composite boiler 61 Exhaust gas economizer 62 Burner part 63 Air Water separation unit 66 SOx removal device 100, 200, 300, 400 Engine system 101 Ship

Claims (9)

エンジン本体と、
排気ガスによって駆動される過給機ユニットと、
排気ガスの一部をEGRガスとして前記エンジン本体に再循環させるEGRユニットと、
前記過給機ユニットの下流に配置され、排ガスエコノマイザを内部に有し、気水分離が可能なコンポジットボイラと、を備え、
前記EGRユニットは、EGRガスで被加熱水を加熱するEGRエコノマイザを有し、
前記EGRエコノマイザで加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が前記コンポジットボイラへ供給されるとともに、これら被加熱水と蒸気が該コンポジットボイラで分離されるように構成されている、エンジンシステム。
The engine body,
A turbocharger unit driven by exhaust gas;
An EGR unit for recirculating a part of the exhaust gas as EGR gas to the engine body;
A composite boiler that is disposed downstream of the supercharger unit, has an exhaust gas economizer inside, and is capable of separating air and water;
The EGR unit has an EGR economizer that heats water to be heated with EGR gas,
The heated water heated by the EGR economizer and the steam generated by heating the heated water are supplied to the composite boiler, and the heated water and steam are separated by the composite boiler. The engine system that is configured.
前記EGRユニットはEGRガスを冷却するEGRガス冷却器を有し、
前記EGRエコノマイザは前記EGRガス冷却器よりも上流側に配置されている、請求項1に記載のエンジンシステム。
The EGR unit has an EGR gas cooler that cools EGR gas,
The engine system according to claim 1, wherein the EGR economizer is disposed upstream of the EGR gas cooler.
前記EGRユニットはEGRガスのばいじんを洗浄液によって取り除くスクラバをさらに有し、
前記EGRガス冷却器は、前記スクラバの下流側に配置されている、請求項2に記載のエンジンシステム。
The EGR unit further includes a scrubber that removes dust of EGR gas with a cleaning liquid,
The engine system according to claim 2, wherein the EGR gas cooler is disposed downstream of the scrubber.
前記過給機ユニットは、第1過給機と、該第1過給機と並列に配置された第2過給機とを有し、
前記EGRユニットが前記EGRガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記第2過給機が停止されるように構成されている、請求項1乃至3のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
The supercharger unit has a first supercharger and a second supercharger arranged in parallel with the first supercharger,
The engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the second supercharger is configured to be stopped when the EGR unit recirculates the EGR gas to the engine body. system.
前記第1過給機には、タービン部入口に可変ノズルが設けられている、請求項4に記載のエンジンシステム。   The engine system according to claim 4, wherein the first supercharger is provided with a variable nozzle at an inlet of a turbine section. 前記過給機ユニットはタービン部入口に可変ノズルが設けられた第1過給機を有し、
前記EGRガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記可変ノズルの開口面積を小さくするように構成されている、請求項1乃至3のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
The supercharger unit has a first supercharger provided with a variable nozzle at the turbine section inlet,
The engine system according to any one of claims 1 to 3, wherein when the EGR gas is recirculated to the engine body, an opening area of the variable nozzle is reduced.
洗浄水を用いて排気ガスからSOxを取り除くSOx除去装置をさらに備え、
該SOx除去装置は前記過給機ユニットよりも下流側に配置されている、請求項4乃至6のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
A SOx removal device that removes SOx from the exhaust gas using cleaning water;
The engine system according to any one of claims 4 to 6, wherein the SOx removing device is disposed downstream of the supercharger unit.
前記EGRエコノマイザを通過したEGRガスを前記コンポジットボイラへ供給できるように構成されている、請求項1乃至7のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。 The engine system according to any one of claims 1 to 7, wherein the engine system is configured to supply EGR gas that has passed through the EGR economizer to the composite boiler. 請求項1乃至8のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステムを備えた船舶。   A ship provided with the engine system according to any one of claims 1 to 8.
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