JP6489856B2 - Waste heat recovery device, waste heat recovery type ship propulsion device, and waste heat recovery method - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関からの排熱を回収する排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置および排熱回収方法に関するものである。 The present invention relates to an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat from an internal combustion engine, an exhaust heat recovery type ship propulsion device, and an exhaust heat recovery method.
従来、船舶のディーゼルエンジンの排熱を回収して発電を行う排熱回収装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に開示された排熱回収装置は、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水を蒸発器に導き、ジャケット冷却水との熱交換によって蒸発器で蒸発させられた作動流体をパワータービンに導く。そして、蒸発させられた作動流体によってパワータービンが回転し、それに伴ってパワータービンの回転動力が発電機に伝達される。作動流体と熱交換したジャケット冷却水はディーゼルエンジンに供給され、ディーゼルエンジンを冷却するために再度用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an exhaust heat recovery device that recovers exhaust heat of a diesel engine of a ship and generates electric power is known (for example, see Patent Document 1).
The exhaust heat recovery device disclosed in Patent Document 1 guides jacket cooling water discharged from a diesel engine to an evaporator, and guides a working fluid evaporated in the evaporator by heat exchange with the jacket cooling water to a power turbine. . Then, the power turbine is rotated by the evaporated working fluid, and the rotational power of the power turbine is transmitted to the generator accordingly. The jacket cooling water exchanged with the working fluid is supplied to the diesel engine and is used again to cool the diesel engine.
特許文献1に開示された排熱回収装置は、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度が設定値よりも高い場合に、比較的低温の清水をジャケット冷却水を循環させる循環流路へ多く流すように温度調整用三方弁を動作させる。これにより、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度が設定値を超えないように調整される。このようにジャケット冷却水の温度を調整しているのは、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度を、その熱を利用して清水を造り出す造水装置等に適した温度に維持するためである。 In the exhaust heat recovery device disclosed in Patent Document 1, when the temperature of the jacket cooling water discharged from the diesel engine is higher than a set value, a relatively low temperature fresh water is often supplied to the circulation passage for circulating the jacket cooling water. Operate the three-way valve for temperature adjustment to flow. Thereby, it adjusts so that the temperature of the jacket cooling water discharged | emitted from a diesel engine may not exceed a setting value. The temperature of the jacket cooling water is adjusted in this way in order to maintain the temperature of the jacket cooling water discharged from the diesel engine at a temperature suitable for a fresh water generator that creates fresh water using the heat. It is.
しかしながら、特許文献1に開示された排熱回収装置は、ジャケット冷却水の温度を比較的低温の清水との熱交換によって低下させるため、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水が有する熱量を有効なエネルギーとして回収することができなかった。
特に、ディーゼルエンジンの負荷が増加する場合、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度が上昇するが、この温度上昇により増加する熱量は廃棄されることとなり、有効なエネルギーとして回収することができなかった。
However, since the exhaust heat recovery device disclosed in Patent Document 1 reduces the temperature of the jacket cooling water by heat exchange with relatively cool water, the amount of heat that the jacket cooling water discharged from the diesel engine has is effective. It could not be recovered as energy.
In particular, when the load on the diesel engine increases, the temperature of the jacket cooling water discharged from the diesel engine rises, but the amount of heat that increases due to this temperature rise is discarded and can be recovered as effective energy. There wasn't.
例えば、特許文献1に開示された排熱回収装置において、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水からの排熱回収量を増加させることにより、ディーゼルエンジンへ供給されるジャケット冷却水の温度が低下する。これにより、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度が低下し、ジャケット冷却水から廃棄される熱量が減少する。
しかしながら、排熱回収量を増加させすぎるとディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度が設定値よりも低くなり、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水の温度を設定値に維持することができない。
For example, in the exhaust heat recovery apparatus disclosed in Patent Document 1, the temperature of the jacket cooling water supplied to the diesel engine decreases by increasing the amount of exhaust heat recovery from the jacket cooling water discharged from the diesel engine. . Thereby, the temperature of the jacket cooling water discharged from the diesel engine decreases, and the amount of heat discarded from the jacket cooling water decreases.
However, if the amount of exhaust heat recovery is increased too much, the temperature of the jacket cooling water discharged from the diesel engine becomes lower than the set value, and the temperature of the jacket cooling water discharged from the diesel engine cannot be maintained at the set value. .
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の負荷が増加するのに伴って内燃機関を冷却する冷却水の温度が上昇する場合に、温度が上昇した冷却水の熱量を有効なエネルギーとして回収することを可能にした排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置、および排熱回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and when the temperature of the cooling water for cooling the internal combustion engine rises as the load of the internal combustion engine increases, the cooling water whose temperature has risen. It is an object of the present invention to provide an exhaust heat recovery device, an exhaust heat recovery type ship propulsion device, and an exhaust heat recovery method capable of recovering heat as effective energy.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の一態様に係る排熱回収装置は、内燃機関を冷却する第1冷却水を該内燃機関の冷却水出口から冷却水入口まで循環させる冷却水循環流路と、前記冷却水循環流路を循環する前記第1冷却水から排熱を回収するとともに該排熱を用いて発電を行う排熱回収部と、前記内燃機関の負荷が増加するのに応じて前記排熱回収部が回収する熱量を増加させるよう前記排熱回収部を制御する制御部とを備える。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
An exhaust heat recovery apparatus according to an aspect of the present invention circulates a cooling water circulation passage for circulating first cooling water for cooling an internal combustion engine from a cooling water outlet to a cooling water inlet of the internal combustion engine, and the cooling water circulation passage. The exhaust heat recovery unit that recovers exhaust heat from the first cooling water and generates power using the exhaust heat, and the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery unit as the load of the internal combustion engine increases. And a control unit that controls the exhaust heat recovery unit so as to increase.
本発明の一態様に係る排熱回収装置は、内燃機関の負荷が増加するのに応じて排熱回収部が回収する熱量を増加させるようにした。このようにすることで、内燃機関の負荷が増加するのに伴って内燃機関を冷却する冷却水の温度が上昇する場合に、温度が上昇した冷却水の熱量を有効なエネルギーとして回収することができる。 In the exhaust heat recovery apparatus according to an aspect of the present invention, the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery unit is increased as the load of the internal combustion engine increases. In this way, when the temperature of the cooling water for cooling the internal combustion engine rises as the load on the internal combustion engine increases, the amount of heat of the cooling water whose temperature has risen can be recovered as effective energy. it can.
本発明の一態様に係る排熱回収装置において、前記排熱回収部は、前記冷却水循環流路を循環する前記冷却水と作動流体とを熱交換させて該作動流体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器によって蒸発させられた前記作動流体によって回転させられるタービンと、前記タービンの回転動力によって発電する発電機と、前記タービンから排出される前記作動流体を凝縮させる凝縮器と、前記作動流体を循環させる循環ポンプとを有し、前記制御部は、前記内燃機関の負荷が増加するのに応じて前記循環ポンプが吐出する前記作動流体の単位時間あたりの吐出量を増加させるよう前記循環ポンプを制御する構成であってもよい。 In the exhaust heat recovery apparatus according to an aspect of the present invention, the exhaust heat recovery unit includes an evaporator that exchanges heat between the cooling water circulating in the cooling water circulation passage and the working fluid to evaporate the working fluid; A turbine rotated by the working fluid evaporated by the evaporator, a generator for generating electric power by the rotational power of the turbine, a condenser for condensing the working fluid discharged from the turbine, and the working fluid. A circulating pump that circulates, and the controller controls the circulating pump to increase a discharge amount per unit time of the working fluid discharged by the circulating pump in accordance with an increase in a load of the internal combustion engine. The structure to control may be sufficient.
本構成の排熱回収装置によれば、第1冷却水との熱交換によって作動流体が蒸発し、蒸発させられた作動流体によってタービンが回転させられ、タービンから排出される作動流体が凝縮し、凝縮させられた作動流体が循環ポンプによって循環する。循環ポンプは、内燃機関の負荷が増加するのに応じて吐出する作動流体の単位時間あたりの吐出量が増加するよう制御される。
このようにすることで、内燃機関の負荷が増加する場合に蒸発器が熱交換により第1冷却水から回収する熱量を増加させることができる。
According to the exhaust heat recovery apparatus of this configuration, the working fluid is evaporated by heat exchange with the first cooling water, the turbine is rotated by the evaporated working fluid, and the working fluid discharged from the turbine is condensed, The condensed working fluid is circulated by a circulation pump. The circulation pump is controlled so that the discharge amount of the working fluid discharged per unit time increases as the load of the internal combustion engine increases.
By doing in this way, when the load of an internal combustion engine increases, the amount of heat which an evaporator collects from the 1st cooling water by heat exchange can be increased.
本発明の一態様に係る排熱回収装置においては、前記冷却水入口の上流側における前記冷却水循環流路から前記冷却水出口の下流側かつ前記排熱回収部の上流側における前記冷却水循環流路まで前記第1冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス流路と、前記内燃機関から排出される排出ガスにより駆動され、空気を圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として供給する過給機と、前記過給機から前記内燃機関に供給される前記燃焼用空気を前記冷却水バイパス流路で流通する前記冷却水によって冷却する空気冷却器とを備える構成であってもよい。 In the exhaust heat recovery apparatus according to an aspect of the present invention, the cooling water circulation channel on the downstream side of the cooling water outlet and on the upstream side of the exhaust heat recovery unit from the cooling water circulation channel on the upstream side of the cooling water inlet. A cooling water bypass flow path for bypassing the first cooling water, a supercharger that is driven by exhaust gas discharged from the internal combustion engine, compresses the air, and supplies the compressed air to the internal combustion engine, An air cooler that cools the combustion air supplied from the supercharger to the internal combustion engine with the cooling water that flows through the cooling water bypass passage may be provided.
本構成の排熱回収装置によれば、内燃機関から排出される排ガスによって過給機が駆動される。排ガスによって駆動される過給機は、空気を圧縮して内燃機関に燃焼用空気として供給する。燃焼用空気は圧縮によって温度が増加するが、冷却水バイパス流路を流通する第1冷却水によって冷却される。そのため、燃焼用空気の熱量は第1冷却水によって回収される。この第1冷却水の熱量は更に排熱回収部によって回収される。
このように本構成によれば、過給機によって内燃機関の負荷を増加させることができるとともに、圧縮によって加熱された燃焼用空気の熱量を排熱回収部で適切に回収することができる。
According to the exhaust heat recovery apparatus of this configuration, the supercharger is driven by the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. A supercharger driven by exhaust gas compresses air and supplies it to the internal combustion engine as combustion air. Although the temperature of combustion air increases due to compression, it is cooled by the first cooling water flowing through the cooling water bypass passage. Therefore, the heat quantity of the combustion air is recovered by the first cooling water. The amount of heat of the first cooling water is further recovered by the exhaust heat recovery unit.
As described above, according to this configuration, the load on the internal combustion engine can be increased by the supercharger, and the amount of heat of the combustion air heated by the compression can be appropriately recovered by the exhaust heat recovery unit.
本発明の一態様に係る排熱回収装置において、前記制御部は、前記内燃機関の負荷が低下するのに応じて前記排熱回収部が回収する熱量を減少させるよう前記排熱回収部を制御する構成であってもよい。
本構成によれば、内燃機関の負荷が低下するのに応じて、排熱回収部によって回収される第1冷却水の熱量が減少し、それに伴って冷却水入口へ導かれる第1冷却水の温度が上昇する。また、冷却水入口へ導かれる第1冷却水の温度が増加し、それに伴って冷却水出口から排出される第1冷却水の温度が上昇する。そのため、冷却水出口から排出される第1冷却水の温度が低下しないようにすることができる。
In the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention, the control unit controls the exhaust heat recovery unit to reduce the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery unit in response to a decrease in the load of the internal combustion engine. It may be configured to.
According to this configuration, as the load of the internal combustion engine decreases, the amount of heat of the first cooling water recovered by the exhaust heat recovery unit decreases, and accordingly, the first cooling water guided to the cooling water inlet. The temperature rises. Moreover, the temperature of the 1st cooling water guide | induced to a cooling water inlet increases, and the temperature of the 1st cooling water discharged | emitted from a cooling water outlet rises in connection with it. Therefore, the temperature of the 1st cooling water discharged | emitted from a cooling water exit can be prevented from falling.
本発明の一態様に係る排熱回収装置は、前記冷却水出口から排出される前記第1冷却水の温度が目標温度より高い場合に、該第1冷却水より低温の第2冷却水を前記冷却水入口よりも上流側の前記冷却水循環流路へ導いて前記第1冷却水の温度を低下させる温度調整部を備える構成であってもよい。
本構成の排熱回収装置によれば、冷却水出口から排出される第1冷却水が目標温度より高い場合、第1冷却水より低温の第2冷却水を冷却水入口よりも上流側に導いて第1冷却水の温度を低下させるよう温度調整部が調整する。この場合、温度調整部が冷却水循環流路に導く第2冷却水の流量が増加するほど廃棄される熱量が多くなってしまう。
When the temperature of the first cooling water discharged from the cooling water outlet is higher than a target temperature, the exhaust heat recovery apparatus according to one aspect of the present invention supplies the second cooling water having a temperature lower than that of the first cooling water. The structure provided with the temperature adjustment part which guides to the said cooling water circulation flow path upstream from a cooling water inlet and reduces the temperature of a said 1st cooling water may be sufficient.
According to the exhaust heat recovery apparatus of this configuration, when the first cooling water discharged from the cooling water outlet is higher than the target temperature, the second cooling water having a temperature lower than that of the first cooling water is led upstream of the cooling water inlet. Then, the temperature adjustment unit adjusts the temperature of the first cooling water to be lowered. In this case, the amount of heat discarded increases as the flow rate of the second cooling water guided by the temperature adjusting unit to the cooling water circulation passage increases.
そこで、本構成の排熱回収装置は、内燃機関の負荷が増加するのに応じて排熱回収部が回収する熱量を増加させるようにした。このようにすることで、排熱回収部によって回収される第1冷却水の熱量が増加し、それに伴って冷却水入口へ導かれる第1冷却水の温度が低下する。また、冷却水入口へ導かれる第1冷却水の温度が低下すると、それに伴って冷却水出口から排出される第1冷却水の温度が低下する。そのため、温度調整部が冷却水循環流路に導く第2冷却水の流量が減少し、それに伴って温度調整部によって廃棄される熱量が減少する。 Therefore, the exhaust heat recovery apparatus of this configuration increases the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery unit as the load on the internal combustion engine increases. By doing in this way, the calorie | heat amount of the 1st cooling water collect | recovered by an exhaust heat recovery part increases, and the temperature of the 1st cooling water guide | induced to a cooling water inlet falls in connection with it. Moreover, when the temperature of the 1st cooling water guide | induced to a cooling water inlet falls, the temperature of the 1st cooling water discharged | emitted from a cooling water outlet will fall in connection with it. Therefore, the flow rate of the 2nd cooling water which a temperature adjustment part leads to a cooling water circulation flow path reduces, and the amount of heat | fever discarded by a temperature adjustment part reduces in connection with it.
本発明の一態様に係る排熱回収型船舶推進装置は、上記のいずれかに記載の排熱回収装置と、前記内燃機関とを備え、前記内燃機関が船舶の推進力を発生させる主機関である。
このようにすることで、内燃機関の負荷が増加するのに伴って内燃機関を冷却する冷却水の温度が増加する場合に、増加した冷却水の熱量を有効なエネルギーとして回収することを可能にした排熱回収型船舶推進装置を提供することができる。
An exhaust heat recovery type ship propulsion device according to one aspect of the present invention includes the exhaust heat recovery device according to any one of the above and the internal combustion engine, and the internal combustion engine is a main engine that generates a propulsion force of the ship. is there.
In this way, when the temperature of the cooling water that cools the internal combustion engine increases as the load on the internal combustion engine increases, the increased amount of heat of the cooling water can be recovered as effective energy. The exhaust heat recovery type ship propulsion device that has been made can be provided.
本発明の一態様に係る排熱回収方法は、内燃機関を冷却する第1冷却水を該内燃機関の冷却水出口から冷却水入口まで循環させる冷却水循環工程と、前記第1冷却水から排熱を回収するとともに該排熱を用いて発電を行う排熱回収工程とを備え、前記排熱回収工程は、前記内燃機関の負荷が増加するのに応じて前記第1冷却水から回収する熱量を増加させる。 An exhaust heat recovery method according to an aspect of the present invention includes a cooling water circulation step of circulating first cooling water for cooling an internal combustion engine from a cooling water outlet to a cooling water inlet of the internal combustion engine, and exhaust heat from the first cooling water. And an exhaust heat recovery step of generating power using the exhaust heat, wherein the exhaust heat recovery step generates a heat amount recovered from the first coolant as the load of the internal combustion engine increases. increase.
本発明の一態様に係る排熱回収方法は、内燃機関の負荷が増加するのに応じて排熱回収部が回収する熱量を増加させるようにした。このようにすることで、内燃機関の負荷が増加するのに伴って内燃機関を冷却する冷却水の温度が上昇する場合に、温度が上昇した冷却水の熱量を有効なエネルギーとして回収することができる。 In the exhaust heat recovery method according to an aspect of the present invention, the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery unit is increased as the load of the internal combustion engine increases. In this way, when the temperature of the cooling water for cooling the internal combustion engine rises as the load on the internal combustion engine increases, the amount of heat of the cooling water whose temperature has risen can be recovered as effective energy. it can.
本発明によれば、内燃機関の負荷が増加するのに伴って内燃機関を冷却する冷却水の温度が上昇する場合に、上昇した冷却水の熱量を有効なエネルギーとして回収することを可能にした排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置、および排熱回収方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the temperature of the cooling water which cools an internal combustion engine rises with the load of an internal combustion engine increasing, it became possible to collect | recover the calorie | heat amount of the raised cooling water as effective energy. An exhaust heat recovery device, an exhaust heat recovery type ship propulsion device, and an exhaust heat recovery method can be provided.
以下、本発明の一実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置1について、図面を参照して説明する。
本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1は、船舶の推進力を発生させる主機関(主機)であるディーゼルエンジン3(内燃機関)のジャケット冷却水の排熱を、熱交換によってORCシステム2の有機流体(作動流体)に伝達し、有機流体によって発電機に接続されたパワータービンを回転させて発電を行う装置である。
Hereinafter, an exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment is configured to remove the exhaust heat of the jacket cooling water of the diesel engine 3 (internal combustion engine), which is the main engine (main engine) that generates the propulsion force of the ship, by heat exchange. This is a device that generates power by rotating a power turbine connected to the generator by the organic fluid.
図1に示すように、本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置1(排熱回収装置)は、ORCシステム2(排熱回収部)と、ディーゼルエンジン3(内燃機関)と、ターボチャージャ4(過給機)と、空気冷却器5と、冷却水循環流路6と、冷却水バイパス流路7と、造水装置8と、制御装置9(制御部)と、排熱回収システム10とを備える。
As shown in FIG. 1, an exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 (exhaust heat recovery device) according to this embodiment includes an ORC system 2 (exhaust heat recovery unit), a diesel engine 3 (internal combustion engine), and a turbocharger. 4 (supercharger), air cooler 5, cooling
ORCシステム(Organic Rankine Cycle System)2は、ディーゼルエンジン3におけるディーゼル燃料の燃焼により発生する熱が伝達されるジャケット冷却水を熱源として利用することにより、発電を行うシステムである。
図1に示すように、ORCシステム2は、有機流体循環流路2aと、蒸発器2bと、パワータービン2cと、発電機2dと、凝縮器2eと、循環ポンプ2fとを有する。
An ORC system (Organic Rankine Cycle System) 2 is a system that generates power by using jacket cooling water to which heat generated by combustion of diesel fuel in the diesel engine 3 is transmitted as a heat source.
As shown in FIG. 1, the
有機流体循環流路2aは、冷却水循環流路6を循環する冷却水と熱交換させられる有機流体(作動流体)を循環させる流路である。有機流体としては、水よりも沸点の低い流体が用いられる。したがって、有機流体循環流路2aを循環する有機流体は、高温の冷却水(例えば、約85℃)と熱交換することにより蒸発させられる。
水よりも沸点の低い有機流体として、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、R134a、R245fa等の冷媒を用いることができる。
The organic
As an organic fluid having a lower boiling point than water, low molecular hydrocarbons such as isopentane, butane, and propane, and refrigerants such as R134a and R245fa can be used.
蒸発器2bは、冷却水循環流路6を流通する冷却水と有機流体とを熱交換させて有機流体を蒸発させる装置である。蒸発器2bは、循環ポンプ2fから有機流体循環流路2aを介して流入する有機流体を蒸発させるとともに蒸発させられた有機流体をパワータービン2cへ供給する。
The
パワータービン2cは、蒸発器2bによって蒸発させられた気相の有機流体によって回転させられる装置である。パワータービン2cは発電機2dに連結されるロータ軸(図示略)を有し、ロータ軸の回転動力を発電機2dに伝達する。パワータービン2cに回転動力を与える仕事をした有機流体は、パワータービン2cから排出された後に凝縮器2eへ供給される。
The
発電機2dは、パワータービン2cから伝達されるロータ軸の回転動力によって発電を行う装置である。発電機2dにより発電された電力は、本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1が搭載される船舶の各部に供給される。
The
凝縮器2eは、パワータービン2cから排出された有機流体を海水によって冷却し、気相の有機流体を液相の有機流体に凝縮させる装置である。凝縮器2eによって凝縮された液相の有機流体は、有機流体循環流路2aを介して循環ポンプ2fへ供給される。
The
循環ポンプ2fは、有機流体循環流路2aを介して凝縮器2eから供給される液相の有機流体を蒸発器2bへ圧送する装置である。循環ポンプ2fが有機流体を圧送することにより、有機流体が有機流体循環流路2a上を蒸発器2b,パワータービン2c,凝縮器2eの順に循環する。循環ポンプ2fが有機流体を吐出する吐出量は、制御装置9によって制御される。
The circulation pump 2f is a device that pumps the liquid organic fluid supplied from the
ディーゼルエンジン3は、船舶の推進力を発生させる主機関(主機)であり、燃料油および燃料ガスの少なくともいずれか一方を主燃料として掃気空気とともに燃焼させる内燃機関である。
ディーゼルエンジン3は、エンジンシリンダの外側に冷却水の流れる通路であるウォータジャケット(図示略)を有する。ディーゼルエンジン3は、冷却水入口3aから流入する冷却水をウォータジャケットに導いてウォータジャケットの周囲を冷却し、冷却水を冷却水出口3bから冷却水循環流路6へ排出する。
The diesel engine 3 is a main engine (main engine) that generates a propulsion force of a ship, and is an internal combustion engine that burns with scavenging air using at least one of fuel oil and fuel gas as main fuel.
The diesel engine 3 has a water jacket (not shown) that is a passage through which cooling water flows outside the engine cylinder. The diesel engine 3 guides the cooling water flowing from the cooling
ターボチャージャ4は、ディーゼルエンジン3が主燃料を燃焼させることにより排出される排ガスにより駆動されるタービン4aと、タービンの回転動力によって外気を圧縮する圧縮機4bとを備える。ターボチャージャ4により圧縮された外気は、燃焼用の掃気空気としてディーゼルエンジン3に供給される。
The turbocharger 4 includes a
空気冷却器5は、ターボチャージャ4の圧縮機4bからディーゼルエンジン3に供給される掃気空気を冷却する装置である。空気冷却器5の入口における掃気空気の温度は、主機負荷(主機であるディーゼルエンジン3の負荷)に応じて約50℃〜約200℃の範囲となる。空気冷却器5により掃気空気を冷却することにより、空気冷却器5の出口における掃気空気の温度は、主機負荷にかかわらず約40℃に維持される。このように、掃気空気の温度を低くすることにより、ディーゼルエンジン3に供給される掃気空気の単位体積あたりの重量を増加させることができる。
The air cooler 5 is a device that cools the scavenging air supplied from the
空気冷却器5は、燃焼用空気の流通方向の上流側に配置される第1空気冷却部5aと、その下流側に配置される第2空気冷却部5bとを備えている。
第1空気冷却部5aは、冷却水バイパス流路7から供給されるディーゼルエンジン3のジャケット冷却水と圧縮機4bから供給される掃気空気との熱交換を行うことで、掃気空気を冷却する。
第2空気冷却部5bは、セントラル冷却器(図示略)により海水にて冷却された清水と第1空気冷却部5aにより冷却された掃気空気との熱交換を行うことで、掃気空気を更に冷却する。
The air cooler 5 includes a first
The 1st
The second
冷却水循環流路6は、図1に示すように、流路6a,流路6b,流路6c,流路6d,流路6e,流路6fの順に冷却水を循環させる流路である。冷却水循環流路6は、ディーゼルエンジン3を冷却する冷却水(第1冷却水)をディーゼルエンジン3の冷却水出口3bから冷却水入口3aまで循環させる流路となっている。
As shown in FIG. 1, the cooling
ディーゼルエンジン3を冷却した冷却水は、冷却水出口3bから流路6aへ排出される。流路6aへ排出された冷却水は、流路6bへ流入するとともに循環ポンプ6gによって流路6cへ供給される。流路6cへ供給された冷却水は、蒸発器2bを通過して有機流体循環流路2aを循環する有機流体と熱交換させられ、流路6dへ供給される。流路6dへ供給された冷却水は、中継タンク11へ導かれる。
The cooling water that has cooled the diesel engine 3 is discharged from the cooling
流路6dには、三方弁6h(温度調整部)が設けられている。三方弁6hは、循環ポンプ6gから圧送される冷却水の一部を蒸発器2bへ導かずに流路6dへ迂回させるための装置である。制御装置9は、三方弁6hの開度を調整することにより循環ポンプ6gから圧送される冷却水のうち、蒸発器2bへ導く冷却水の流量と、蒸発器2bへ導かずに流路6dへ迂回させる流量とを調整することができる。
A three-way valve 6h (temperature adjustment unit) is provided in the
蒸発器2bへ導く冷却水の流量と蒸発器2bへ導かずに流路6dへ迂回させる流量とを調整しているのは、蒸発器2bへ流入する冷却水の流量を調整してORCシステム2の発電出力(排熱回収量)を調整するためである。
なお、ORCシステム2を停止させる場合には、蒸発器2bへ冷却水が導かれないように三方弁6hの開度が調整される。
The reason why the flow rate of the cooling water guided to the
When the
流路6eには、三方弁6i(温度調整部)が設けられている。三方弁6iは、中継タンク11から供給される冷却水の一部をセントラル冷却器(図示略)へ供給し、その他の冷却水を流路6fへ導く装置である。流路6fへ導かれた冷却水は、循環ポンプ6jによって冷却水入口3aへ供給される。制御装置9は、三方弁6iの開度を調整することにより中継タンク11から供給される冷却水のうち、セントラル冷却器へ導く冷却水の流量と、流路6fへ導く冷却水の流量とを調整することができる。
A three-
三方弁6iは、冷却水出口3bから排出される冷却水の温度が目標温度(例えば、85℃)より高い場合に、冷却水出口3bから排出される冷却水の温度を低下させるために用いられる。三方弁6iは、制御装置9によって、流路6eからセントラル冷却器へ供給する冷却水の流量と同量の清水(第2冷却水)がセントラル冷却器から供給されるように制御される。
The three-
セントラル冷却器から三方弁6iに供給される清水の温度は、流路6eを流通する冷却水の温度よりも低温となっている。例えば、流路6eを流通する冷却水が約70℃であるのに対し、三方弁6iに供給される清水の温度は約35℃となっている。
そのため、三方弁6iは、流路6eを流通する冷却水より低温の清水をセントラル冷却器から流路6fへ導くことにより、流路6eを流通する約70℃の冷却水の温度を低下させる。これにより、冷却水出口3bから排出される冷却水の温度が目標温度を上回らないように調整される。
制御装置9は、流路6aに設けられる温度センサ6kが検出する温度に応じて三方弁6iの開度を調整することにより、冷却水出口3bから排出される冷却水の温度が目標温度(例えば、85℃)を上回らないように調整する。
The temperature of fresh water supplied from the central cooler to the three-
Therefore, the three-
The control device 9 adjusts the opening degree of the three-
冷却水バイパス流路7は、冷却水入口3aの上流側における冷却水循環流路6上の中継タンク11から、冷却水出口3bの下流側かつORCシステム2の上流側における冷却水循環流路6である流路6bまで冷却水をバイパスさせる流路である。
冷却水バイパス流路7は、中継タンク11から空気冷却器5まで冷却水を導く流路7aと、空気冷却器5を通過した冷却水を冷却水循環流路6の流路6bへ合流させる流路7bとを有する。
流路7aには、送水ポンプ7cが設けられている。送水ポンプ7cは、中継タンク11から供給される冷却水を流路7bへ圧送する装置である。
The cooling
The cooling water
A
流路7aと流路7bとを接続する接続位置には、三方弁7dが設けられている。三方弁7dは、送水ポンプ7cから圧送される冷却水の一部を第1空気冷却部5aへ導かずに流路7bへ迂回させるための装置である。制御装置9は、三方弁7dの開度を調整することにより循環ポンプ7cから圧送される冷却水のうち、第1空気冷却部5aへ導く冷却水の流量と、第1空気冷却部5aへ導かずに流路7bへ迂回させる流量とを調整することができる。
第1空気冷却部5aへ導く冷却水の流量と第1空気冷却部5aへ導かずに流路7bへ迂回させる流量とを調整しているのは、流路7bから流路6bへ合流する冷却水の温度を目標温度に維持するためである。
A three-
The flow rate of the cooling water guided to the first
制御装置9は、流路6bと合流する直前の位置で流路7bを流通する冷却水の温度を温度センサ7eで検出し、三方弁7dの開度を調整する。制御装置9は、温度センサ7eが検出する温度が目標温度(例えば、85℃)より高い場合は、第1空気冷却部5aへ導かずに流路7bへ迂回させる流量を増加させ、第1空気冷却部5aへ導く冷却水の流量を減少させる。
一方、制御装置9は、温度センサ7eが検出する温度が目標温度(例えば、85℃)より低い場合は、第1空気冷却部5aへ導かずに流路7bへ迂回させる流量を減少させ、第1空気冷却部5aへ導く冷却水の流量を増加させる。
The control device 9 detects the temperature of the cooling water flowing through the
On the other hand, when the temperature detected by the
造水装置8は、船外から取り入れられた海水を減圧された蒸発器で蒸発させ、発生した蒸気を凝縮して清水を造りだす装置である。造水装置8は、減圧された蒸発器で海水を蒸発させるため、熱源としてディーゼルエンジン3を冷却した冷却水を用いることができる。常に一定量の清水を造り出すことを可能とするために、造水装置8には、一定量(例えば、流路6aを流通する約90t/hの流量の内の約60t/hの流量)の冷却水が導かれる。
The fresh water generator 8 is a device that evaporates seawater taken from the outside of the ship with a decompressed evaporator and condenses the generated steam to produce fresh water. Since the sea water generator 8 evaporates seawater with the decompressed evaporator, the cooling water which cooled the diesel engine 3 can be used as a heat source. In order to be able to always produce a certain amount of fresh water, the fresh water generator 8 has a certain amount (for example, a flow rate of about 60 t / h out of a flow rate of about 90 t / h flowing through the
図1に示すように、造水装置8は、流路8aと、流路8bと、蒸発器8cと、送水ポンプ8dと、三方弁8eとを備える。
送水ポンプ8dは、流路8aから供給される冷却水を圧送し、流路8bへ導く装置である。送水ポンプ8dで冷却水を圧送することにより、冷却水循環流路6の流路6aを流通する冷却水の一部が流路8aに導かれる。
As shown in FIG. 1, the fresh water generator 8 includes a
The
流路8aと流路8bとを接続する位置には、三方弁8eが設けられている。三方弁8eは、送水ポンプ8dから圧送される冷却水を蒸発器8cへ導かずに流路8bへ迂回させるための装置である。制御装置9は、三方弁8eの開度を切り替えることにより送水ポンプ8dから圧送される冷却水の全量を造水装置8へ導くか、あるいは冷却水の全量を流路8bへ迂回させるかを切り替えることができる。
A three-
制御装置9は、排熱回収型船舶推進装置1の各部を制御する装置である。制御装置9は、記憶部(図示略)に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより各種の処理を行う。 The control device 9 is a device that controls each part of the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1. The control device 9 performs various processes by reading and executing a control program stored in a storage unit (not shown).
排熱回収システム10は、ディーゼルエンジン3から排出され、ターボチャージャ4の動力として用いられた排ガスの排熱を回収して利用する装置である。
排熱回収システム10は、コンポジットボイラ10aと、排ガス流路10bと、冷却水流路10cと、ヒータ10dと、大気圧ドレンタンク10eと、給水ポンプ10fとを備えている。
The exhaust
The exhaust
コンポジットボイラ10aは、高温の排ガスと冷却水とを熱交換させて蒸気を生成する装置である。コンポジットボイラ10aには、ターボチャージャ4から排ガス流路10bを介して高温の排ガスが導かれる。また、コンポジットボイラ10aには、給水ポンプ10fによって大気圧ドレンタンク10eから冷却水が冷却水流路10cを介して導かれる。
コンポジットボイラ10aに送り込まれた冷却水は、排ガスとの熱交換によって蒸発し、発生した蒸気がヒータ10dに送出される。ヒータ10dは、各種の機器(油加熱器、タンク加熱器等)の熱源として用いられる。ヒータ10dで熱源として用いられた蒸気は、大気圧ドレンタンク10eに回収される。
The
The cooling water sent to the
大気圧ドレンタンク10eに回収された冷却水の水位は、フロートスイッチ(図示略)によって、一定の水位を保つように調整される。
このように、排熱回収システム10は、ターボチャージャ4の動力として用いられた排ガスの排熱を回収して蒸気を発生させ、各種の機器(油加熱器、タンク加熱器等)の熱源として用いることができる。
The level of the cooling water collected in the atmospheric
As described above, the exhaust
次に、本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置1が実行する処理について図2のフローチャートおよび図3〜図8に示す図を用いて説明する。図2のフローチャートに示す処理は、制御装置9が記憶部(図示略)に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより行われる。図2に示す処理は、船舶の主機であるディーゼルエンジン3の回転数を変化させる指示を受け付けた場合に、ORCシステム2の循環ポンプ2fが吐出する有機流体の吐出量を変化させることにより、ORCシステム2が冷却水から回収する熱量を変化させる処理である。
Next, processing executed by the exhaust heat recovery ship propulsion device 1 according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the diagrams shown in FIGS. The processing shown in the flowchart of FIG. 2 is performed by the control device 9 reading and executing a control program stored in a storage unit (not shown). The process shown in FIG. 2 is performed by changing the discharge amount of the organic fluid discharged from the circulation pump 2f of the
ステップS201において制御装置9は、主機であるディーゼルエンジン3の回転数が定格回転数(例えば、90rpm)より低いかどうかを判断する。制御装置9は、現在の回転数が定格回転数より低いと判断した場合はステップS202に処理を進め、そうでない場合はステップS205に処理を進める。 In step S201, the control device 9 determines whether or not the rotational speed of the diesel engine 3 that is the main engine is lower than a rated rotational speed (for example, 90 rpm). When it is determined that the current rotation speed is lower than the rated rotation speed, the control device 9 proceeds to step S202, and otherwise proceeds to step S205.
ステップS202において制御装置9は、ディーゼルエンジン3の回転数を指示する操作部(図示略)から回転数を増加させるための回転数増加指示を受け付けたかどうかを判断する。制御装置9は、回転数増加指示を受け付けたと判断した場合はステップS203に処理を進め、そうでない場合はステップS205に処理を進める。 In step S <b> 202, the control device 9 determines whether a rotation speed increase instruction for increasing the rotation speed is received from an operation unit (not shown) that indicates the rotation speed of the diesel engine 3. When it is determined that the rotation speed increase instruction has been received, the control device 9 proceeds to step S203, and otherwise proceeds to step S205.
ステップS203において制御装置9は、回転数増加指示を受け付けたと判断したため、ディーゼルエンジン3の回転数を増加させるようディーゼルエンジン3を制御する。制御装置9は、現在のディーゼルエンジン3の回転数がR1[rpm]で回転数増加指示で指示された回転数がR2[rpm]である場合、R1がR2まで増加するようにディーゼルエンジン3を制御する。 In step S <b> 203, since the control device 9 determines that the rotation speed increase instruction has been received, the control apparatus 9 controls the diesel engine 3 to increase the rotation speed of the diesel engine 3. When the rotational speed of the current diesel engine 3 is R1 [rpm] and the rotational speed instructed by the rotational speed increase instruction is R2 [rpm], the control device 9 controls the diesel engine 3 so that R1 increases to R2. Control.
図3に示すように、制御装置9は、単位時間当たりのディーゼルエンジン3の回転数増加量が一定となるように時刻T1でディーゼルエンジン3の回転数を増加させる。制御装置9は、例えば、単位時間当たりのディーゼルエンジン3の回転数増加量をRnとした場合、(R2−R1)/Rnの時間(図3に示す時刻T1から時刻T3までの時間)をかけて一定の勾配でディーゼルエンジン3の回転数を増加させる。 As shown in FIG. 3, the control device 9 increases the rotational speed of the diesel engine 3 at time T <b> 1 so that the rotational speed increase amount of the diesel engine 3 per unit time becomes constant. For example, when the amount of increase in the rotational speed of the diesel engine 3 per unit time is Rn, the control device 9 takes the time of (R2-R1) / Rn (time from time T1 to time T3 shown in FIG. 3). The rotational speed of the diesel engine 3 is increased at a constant gradient.
ステップS204において制御装置9は、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに応じてORCシステム2の循環ポンプ2fが吐出する有機流体の単位時間あたりの吐出量を増加させるよう循環ポンプ2fを制御する。
図4に実線で示すように、制御装置9は、時刻T1まで吐出量がQ1[l/min]であったものを時刻T2でQ2[l/min]となるように吐出量を増加させる。なお、図4に破線で示す比較例は、ディーゼルエンジン3の回転数が増加しても循環ポンプ2fが吐出する有機流体の単位時間あたりの吐出量を変化させない例である。
In step S204, the control device 9 controls the circulation pump 2f so as to increase the discharge amount per unit time of the organic fluid discharged from the circulation pump 2f of the
As shown by a solid line in FIG. 4, the control device 9 increases the discharge amount so that the discharge amount from Q1 [l / min] until time T1 becomes Q2 [l / min] at time T2. In addition, the comparative example shown with a broken line in FIG. 4 is an example in which the discharge amount per unit time of the organic fluid discharged from the circulation pump 2f does not change even if the rotational speed of the diesel engine 3 increases.
制御装置9が循環ポンプ2fの吐出量を増加させているのは、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに応じてORCシステム2が冷却水循環流路6を循環する冷却水から回収する熱量を増加させるためである。ORCシステム2が冷却水から回収する熱量が増加することにより、蒸発器2bを通過した後の冷却水の温度TORC_OUTが低下し、それに伴って冷却水入口3aにおける冷却水の温度TJCT_INが低下する。
The controller 9 increases the discharge amount of the circulation pump 2f because the amount of heat recovered by the
ORCシステム2が冷却水から回収する熱量を適切に設定することにより、冷却水出口3bにおける冷却水の温度TJCT_OUTを目標温度(例えば、85℃)に保つことができる。
図5に示すように、ORCシステム2の蒸発器2bを通過した後の冷却水の温度TORC_OUTは、時刻T1までTemp1であったのが時刻T2でTemp2まで低下している。言い換えれば、蒸発器2bを通過する冷却水から回収される熱量が時刻T1以前よりも時刻T1以後の方が増加している。
By appropriately setting the amount of heat collected by the
As shown in FIG. 5, the temperature T ORC_OUT of the cooling water after passing through the evaporator 2b of the
このように、ディーゼルエンジン3の回転数が増加したことに応じて循環ポンプ2fの吐出量を増加させることにより、蒸発器2bを通過した後の冷却水の温度TORC_OUTが低下する。そのため、三方弁6iでセントラル冷却器から流路6fへ導かれる比較的低温の清水の流量が減少する。これにより、三方弁6iでの清水の流入によって冷却水から廃棄される熱量が減少する。
Thus, the temperature T ORC_OUT of the cooling water after passing through the
また、図4に示すように本実施形態の制御装置9は、ディーゼルエンジン3の回転数の増加が開始される時刻T1において循環ポンプ2fの吐出量の増加を開始させる。このようにすることで、温度センサ6kが検出するTJCT_OUTが上昇し始めた後に循環ポンプ2fの吐出量の増加を開始させる場合に比べ、循環ポンプ2fの吐出量の増加を開始させるタイミングの応答遅れが発生しない。
Further, as shown in FIG. 4, the control device 9 of the present embodiment starts increasing the discharge amount of the circulation pump 2 f at time T <b> 1 when the increase in the rotational speed of the diesel engine 3 is started. By doing in this way, the response of the timing which starts the increase in the discharge amount of the circulation pump 2f compared with the case where the increase in the discharge amount of the circulation pump 2f is started after TJCT_OUT detected by the
以上のように、本実施形態においては、ディーゼルエンジン3の回転数の増加が開始される時刻T1と同時に循環ポンプ2fの吐出量の増加を開始させることにより、冷却水出口3bにおける冷却水の温度TJCT_OUTを目標温度(例えば、85℃)に保ちつつ、ORCシステム2が冷却水から回収する熱量を増加させるタイミングの応答遅れを抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the temperature of the cooling water at the cooling
図6は、本実施形態における三方弁6iの開度と比較例における三方弁6iの開度とを比較した図である。
図6に示す三方弁6iの開度とは、セントラル冷却器から流路6fに清水を導く部分の開度をいう。したがって、三方弁6iの開度が大きいほど流路6fに流入する清水の流量が多いことを示す。
また、図6に破線で示す比較例は図4に示す比較例と対応しており、ディーゼルエンジン3の回転数が増加しても循環ポンプ2fが吐出する有機流体の単位時間あたりの吐出量を変化させない場合を示している。
FIG. 6 is a diagram comparing the opening degree of the three-
The opening degree of the three-
Moreover, the comparative example shown by the broken line in FIG. 6 corresponds to the comparative example shown in FIG. 4, and the discharge amount per unit time of the organic fluid discharged by the circulation pump 2 f even if the rotational speed of the diesel engine 3 increases. The case where it does not change is shown.
本実施形態においてはディーゼルエンジン3の回転数が増加したことに応じて循環ポンプ2fの吐出量を増加させる。図6に実線で示すように、本実施形態の三方弁6iの開度は時刻T1のAp1から時刻T3のAp2まで増加する。
一方、図6に破線で示すように比較例の三方弁6iの開度は時刻T1のAp1から時刻T3のAp3まで増加する。図6に示すようにAp2はAp3よりも開度が小さい。そのため、本実施形態の方が比較例よりも三方弁6iでセントラル冷却器から流路6fへ導かれる比較的低温の清水の流量が減少している。
このように、図6は、本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1よりも比較例の排熱回収型船舶推進装置の方が、冷却水から廃棄される熱量が多いことを示している。
In the present embodiment, the discharge amount of the circulation pump 2f is increased in accordance with the increase in the rotational speed of the diesel engine 3. As indicated by a solid line in FIG. 6, the opening degree of the three-
On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 6, the opening degree of the three-
As described above, FIG. 6 shows that the exhaust heat recovery type ship propulsion device of the comparative example has a larger amount of heat discarded from the cooling water than the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment. .
図7は、ディーゼルエンジン3の冷却水入口3aにおける冷却水の温度TJCT_INと冷却水出口3bにおける冷却水の温度TJCT_OUTとを示している。図7に示すように、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに伴ってTJCT_OUTが時刻T1から一定時間経過した時刻T2でのTemp3から上昇している。これは、循環ポンプ2fの吐出量を増加させたことにより、TJCT_INがTemp4からTemp6に低下したからである。
Figure 7 shows the temperature T JCT_OUT coolant temperature T JCT_IN of the cooling water in the cooling
また、時刻T2でのTemp3から上昇したTJCT_OUTは時刻T4で再びTemp3に低下し、ディーゼルエンジン3の回転数が増加する前と同じ温度に維持されている。これは、循環ポンプ2fの吐出量を増加させたことにより、時刻T4以降でのTJCT_INがTemp4よりも低いTemp5に維持されるからである。
Further, T JCT_OUT that has risen from Temp 3 at
図8は、ORCシステム2の発電出力の変化を示している。図8に示すように、本実施形態では、時刻T1から循環ポンプ2fの吐出量を増加させるため、発電出力が早期に増加し、時刻T1における発電出力P1[KW]が時刻T3より早い時刻T3’の時点で発電出力P2[KW]に達している。
一方、比較例では、時刻T1から循環ポンプ2fの吐出量が一定であるため、発電出力が早期に増加せず、時刻T1における発電出力P1[KW]が時刻T4より早い時刻T4’の時点で発電出力P2[KW]に達している。
FIG. 8 shows changes in the power generation output of the
On the other hand, in the comparative example, since the discharge amount of the circulation pump 2f is constant from time T1, the power generation output does not increase early, and the power generation output P1 [KW] at time T1 is earlier than time T4 at time T4 ′. The power generation output P2 [KW] has been reached.
ステップS205において制御装置9は、ディーゼルエンジン3の回転数を指示する操作部(図示略)から回転数を低下させるための回転数低下指示を受け付けたかどうかを判断する。制御装置9は、回転数低下指示を受け付けたと判断した場合はステップS206に処理を進め、そうでない場合は図2に示す処理を終了し、再びステップS201を実行する。 In step S <b> 205, the control device 9 determines whether a rotation speed reduction instruction for reducing the rotation speed is received from an operation unit (not shown) that instructs the rotation speed of the diesel engine 3. If it is determined that the rotation speed reduction instruction has been received, the control device 9 proceeds to step S206. If not, the control device 9 ends the process shown in FIG. 2 and executes step S201 again.
ステップS206において制御装置9は、回転数低下指示を受け付けたと判断したため、ディーゼルエンジン3の回転数を低下させるようディーゼルエンジン3を制御する。制御装置9は、現在のディーゼルエンジン3の回転数がR2[rpm]で回転数低下指示で指示された回転数がR1[rpm]である場合、R2がR1まで減少するようにディーゼルエンジン3を制御する。
制御装置9は、例えば、単位時間当たりのディーゼルエンジン3の回転数増加量をRnとした場合、(R2−R1)/Rnの時間をかけて一定の勾配でディーゼルエンジン3の回転数を低下させる。
In step S206, the control device 9 determines that the rotation speed reduction instruction has been received, and thus controls the diesel engine 3 so as to decrease the rotation speed of the diesel engine 3. When the current rotational speed of the diesel engine 3 is R2 [rpm] and the rotational speed instructed by the rotational speed reduction instruction is R1 [rpm], the control device 9 controls the diesel engine 3 so that R2 decreases to R1. Control.
For example, when the amount of increase in the rotational speed of the diesel engine 3 per unit time is Rn, the control device 9 reduces the rotational speed of the diesel engine 3 with a constant gradient over a period of (R2-R1) / Rn. .
ステップS207において制御装置9は、ディーゼルエンジン3の回転数が低下するのに応じてORCシステム2の循環ポンプ2fが吐出する有機流体の単位時間あたりの吐出量を低下させるよう循環ポンプ2fを制御する。
制御装置9が循環ポンプ2fの吐出量を低下させているのは、ディーゼルエンジン3の回転数が低下するのに応じてORCシステム2が冷却水循環流路6を循環する冷却水から回収する熱量を低下させるためである。
In step S207, the control device 9 controls the circulation pump 2f so as to reduce the discharge amount per unit time of the organic fluid discharged from the circulation pump 2f of the
The controller 9 reduces the discharge amount of the circulation pump 2f because the amount of heat recovered from the cooling water that the
ここで、制御装置9は、ディーゼルエンジン3の回転数の低下を開始させてから一定の待機時間が経過した後に循環ポンプ2fの吐出量を低下させるようにするのが望ましい。ここでいう一定の待機時間は、例えば、ディーゼルエンジン3の回転数の低下を開始させてから温度センサ6kが検出するTJCT_OUTが低下し始めるまでの時間である。
このようにすることで、ORCシステム2は、冷却水出口3bにおける冷却水の温度TJCT_OUTが目標温度(例えば、85℃)に維持される範囲で、可能な限り多くの排熱を冷却水から回収することができる。
Here, it is desirable that the control device 9 reduce the discharge amount of the circulation pump 2f after a certain waiting time has elapsed since the start of the reduction in the rotational speed of the diesel engine 3. The fixed waiting time here is, for example, the time from when the decrease in the rotational speed of the diesel engine 3 is started until T JCT_OUT detected by the
By doing in this way, the
このように、ディーゼルエンジン3の回転数が低下したことに応じて循環ポンプ2fの吐出量を低下させることにより、蒸発器2bを通過した後の冷却水の温度TORC_OUTが上昇する。そのため、ディーゼルエンジン3の回転数が低下したことに応じてTORC_OUTが必要以上に減少してしまうことを防ぐことができる。
Thus, the temperature T ORC_OUT of the cooling water after passing through the
次に、以上で説明した本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1によれば、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに応じてORCシステム2の循環ポンプ2fの吐出量を増加させ、ORCシステム2が回収する熱量を増加させるようにした。このようにすることで、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに伴ってディーゼルエンジン3を冷却する冷却水の冷却水出口3bにおける温度TJCT_OUTが上昇する場合に、その上昇した熱量を有効なエネルギーとして回収することができる。
Next, the operation and effect of the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment described above will be described.
According to the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment, the amount of heat recovered by the
また、本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1では、冷却水出口3bから排出される冷却水(第1冷却水)が目標温度より高い場合、その冷却水より低温の清水(第2冷却水)を冷却水入口3aよりも上流側の流路6fに導いて冷却水の温度を低下させるよう三方弁6i(温度調整部)が調整する。ところが、三方弁6iが冷却水循環流路6に導く清水の流量が増加するほど廃棄される熱量が多くなってしまう。
Further, in the exhaust heat recovery type marine vessel propulsion apparatus 1 of the present embodiment, when the cooling water (first cooling water) discharged from the cooling
そこで、本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1は、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに応じてORCシステム2(排熱回収部)が回収する熱量を増加させるようにした。このようにすることで、ORCシステム2によって回収される冷却水の熱量が増加し、それに伴って冷却水入口3aへ導かれる冷却水の温度が低下する。
Therefore, the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment increases the amount of heat recovered by the ORC system 2 (exhaust heat recovery unit) as the rotational speed of the diesel engine 3 increases. By doing in this way, the calorie | heat amount of the cooling water collect | recovered by
また、冷却水入口3aへ導かれる冷却水の温度が低下すると、それに伴って冷却水出口3bから排出される冷却水の温度が低下する。そのため、三方弁6iが冷却水循環流路6に導く清水の流量が減少し、それに伴って三方弁6iによって廃棄される熱量が減少する。
Further, when the temperature of the cooling water led to the cooling
また、本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1によれば、冷却水との熱交換によって有機流体が蒸発し、蒸発させられた有機流体によってパワータービン2cが回転させられ、パワータービン2cから排出される有機流体が凝縮し、凝縮させられた有機流体が循環ポンプ2fによって循環する。循環ポンプ2fは、ディーゼルエンジン3の回転数が増加するのに応じて吐出する有機流体の単位時間あたりの吐出量が増加するよう制御される。
このようにすることで、ディーゼルエンジン3の回転数が増加する場合に蒸発器2bが熱交換により冷却水から回収する熱量を増加させることができる。そのため、三方弁6iが導く清水の流量が減少するとともに三方弁6iによって廃棄される熱量が減少する。
Further, according to the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment, the organic fluid is evaporated by heat exchange with the cooling water, and the
By doing in this way, when the rotation speed of diesel engine 3 increases, the amount of heat which
また、本実施形態の排熱回収型船舶推進装置1によれば、ディーゼルエンジン3から排出される排ガスによってターボチャージャ4が駆動される。排ガスによって駆動されるターボチャージャ4は、空気を圧縮してディーゼルエンジン3に燃焼用空気として供給する。燃焼用空気は圧縮によって温度が増加するが、冷却水バイパス流路7を流通する冷却水によって冷却される。そのため、燃焼用空気の熱量は冷却水によって回収される。この冷却水の熱量は更にORCシステム2によって回収される。
このように本実施形態によれば、ターボチャージャ4によってディーゼルエンジン3の回転数を増加させることができるとともに、圧縮によって加熱された燃焼用空気の熱量をORCシステム2で適切に回収することができる。
Further, according to the exhaust heat recovery type ship propulsion device 1 of the present embodiment, the turbocharger 4 is driven by the exhaust gas discharged from the diesel engine 3. The turbocharger 4 driven by the exhaust gas compresses the air and supplies it to the diesel engine 3 as combustion air. Although the temperature of combustion air increases due to compression, it is cooled by the cooling water flowing through the cooling
Thus, according to this embodiment, the rotational speed of the diesel engine 3 can be increased by the turbocharger 4 and the amount of heat of the combustion air heated by the compression can be appropriately recovered by the
1 排熱回収型船舶推進装置(排熱回収装置)
2 ORCシステム(排熱回収部)
2a 有機流体循環流路
2b 蒸発器
2c パワータービン
2d 発電機
2e 凝縮器
2f 循環ポンプ
3 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3a 冷却水入口
3b 冷却水出口
4 ターボチャージャ(過給機)
4a タービン
4b 圧縮機
5 空気冷却器
5a 第1空気冷却部
5b 第2空気冷却部
6 冷却水循環流路
6i 三方弁(温度調整部)
6k 温度センサ
7 冷却水バイパス流路
7c 送水ポンプ
7d 三方弁
7e 温度センサ
9 制御装置(制御部)
10 排熱回収システム
1 Waste heat recovery type ship propulsion device (exhaust heat recovery device)
2 ORC system (exhaust heat recovery unit)
2a Organic
3a Cooling
10 Waste heat recovery system
Claims (6)
前記冷却水循環流路を循環する前記第1冷却水から排熱を回収するとともに該排熱を用いて発電を行う排熱回収部と、
前記内燃機関の負荷が増加するのに応じて前記排熱回収部が回収する熱量を増加させるよう前記排熱回収部を制御する制御部と、
前記冷却水入口の上流側における前記冷却水循環流路から前記冷却水出口の下流側かつ前記排熱回収部の上流側における前記冷却水循環流路まで前記第1冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス流路と、
前記内燃機関から排出される排ガスにより駆動され、空気を圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として供給する過給機と、
前記過給機から前記内燃機関に供給される前記燃焼用空気を前記冷却水バイパス流路で流通する前記第1冷却水によって冷却する空気冷却器と、
を備える排熱回収装置。 A cooling water circulation passage for circulating first cooling water for cooling the internal combustion engine from the cooling water outlet to the cooling water inlet of the internal combustion engine;
An exhaust heat recovery unit that recovers exhaust heat from the first coolant circulating in the cooling water circulation passage and generates power using the exhaust heat;
A control unit that controls the exhaust heat recovery unit to increase the amount of heat recovered by the exhaust heat recovery unit in response to an increase in the load of the internal combustion engine ;
A cooling water bypass channel that bypasses the first cooling water from the cooling water circulation channel upstream of the cooling water inlet to the cooling water circulation channel downstream of the cooling water outlet and upstream of the exhaust heat recovery unit. When,
A supercharger that is driven by exhaust gas discharged from the internal combustion engine, compresses the air and supplies the air as combustion air to the internal combustion engine;
An air cooler that cools the combustion air supplied from the supercharger to the internal combustion engine with the first cooling water flowing in the cooling water bypass passage;
An exhaust heat recovery apparatus comprising:
前記冷却水循環流路を循環する前記第1冷却水と作動流体とを熱交換させて該作動流体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器によって蒸発させられた前記作動流体によって回転させられるタービンと、
前記タービンの回転動力によって発電する発電機と、
前記タービンから排出される前記作動流体を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器によって凝縮させられた前記作動流体を循環させる循環ポンプとを有し、
前記制御部は、前記内燃機関の負荷が増加するのに応じて前記循環ポンプが吐出する前記作動流体の単位時間あたりの吐出量を増加させるよう前記循環ポンプを制御する請求項1に記載の排熱回収装置。 The exhaust heat recovery unit
An evaporator that evaporates the working fluid by exchanging heat between the first cooling water circulating through the cooling water circulation passage and the working fluid;
A turbine rotated by the working fluid evaporated by the evaporator;
A generator for generating power by the rotational power of the turbine;
A condenser for condensing the working fluid discharged from the turbine;
A circulation pump for circulating the working fluid condensed by the condenser,
2. The exhaust according to claim 1, wherein the control unit controls the circulation pump to increase a discharge amount per unit time of the working fluid discharged from the circulation pump in accordance with an increase in a load of the internal combustion engine. Heat recovery device.
前記内燃機関とを備え、
前記内燃機関が船舶の推進力を発生させる主機関である排熱回収型船舶推進装置。 The exhaust heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
The internal combustion engine,
An exhaust heat recovery type ship propulsion apparatus, wherein the internal combustion engine is a main engine that generates a propulsion force of the ship.
排熱回収部によって前記冷却水循環流路を循環する前記第1冷却水から排熱を回収するとともに該排熱を用いて発電を行う排熱回収工程と、
冷却水バイパス流路によって前記冷却水入口の上流側における前記冷却水循環流路から前記冷却水出口の下流側かつ前記排熱回収部の上流側における前記冷却水循環流路まで前記第1冷却水をバイパスさせる冷却水バイパス工程と、
過給機によって前記内燃機関から排出される排ガスにより駆動され、空気を圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として供給する供給工程と、
空気冷却器によって前記過給機から前記内燃機関に供給される前記燃焼用空気を前記冷却水バイパス流路で流通する前記第1冷却水によって冷却する冷却工程と、
を備え、
前記排熱回収工程は、前記内燃機関の負荷が増加するのに応じて前記第1冷却水から回収する熱量を増加させる排熱回収方法。 A cooling water circulation step for circulating first cooling water for cooling the internal combustion engine by the cooling water circulation passage from the cooling water outlet to the cooling water inlet of the internal combustion engine;
An exhaust heat recovery step of recovering exhaust heat from the first cooling water circulating through the cooling water circulation passage by an exhaust heat recovery unit and generating electric power using the exhaust heat;
The cooling water bypass passage bypasses the first cooling water from the cooling water circulation passage upstream of the cooling water inlet to the cooling water circulation passage downstream of the cooling water outlet and upstream of the exhaust heat recovery unit. A cooling water bypass step,
A supply step driven by exhaust gas discharged from the internal combustion engine by a supercharger, compressing air and supplying the air as combustion air to the internal combustion engine;
A cooling step of cooling the combustion air supplied from the supercharger to the internal combustion engine by an air cooler with the first cooling water flowing in the cooling water bypass passage;
With
The exhaust heat recovery step is an exhaust heat recovery method in which the amount of heat recovered from the first cooling water is increased as the load on the internal combustion engine increases.
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