JP6513602B2 - 排熱回収システム及びこれを備えた船舶ならびに排熱回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル主機等の舶用主機から導かれる排ガスから排熱回収する排ガスエコノマイザを備えた排熱回収システム及びこれを備えた船舶ならびに排熱回収方法に関するものである。

従来より、船舶の推進用に大型ディーゼルエンジン（舶用主機）を用いたシステムでは、ディーゼルエンジンから排出される排ガスの熱エネルギーを排ガスエコノマイザで熱回収して蒸気を生成し、船内の雑用蒸気や発電等に用いる排熱回収システムが知られている。このように、船舶駆動のために投入したエネルギーを大気に放出せずに回収することによって船舶のエネルギー効率の向上を図っている。
しかし、近年の技術開発によってディーゼルエンジンの熱効率は年々改善されているため、排ガスエコノマイザで排ガスから熱回収できる熱量が減少してきている。このような少ない排熱量の下で熱回収しようとする場合に、排ガスエコノマイザの蒸気発生部を高圧部と低圧部に分けて低温（低圧）まで熱回収しようとする場合がある（特許文献１参照）。

特開昭５７−４９７０４号公報

しかし、特許文献１では、高圧の蒸気発生部に加えて低圧の蒸気発生部を追設しようとする場合、低圧の蒸気発生部に対して、新たに低圧汽水分離器（同文献の第２図の符号２Ａ参照）を設置する必要がある。これでは、低圧汽水分離器のコストおよび設置スペースが必要となり、コスト低減の妨げとなるとともに、設置スペースの確保が問題となっていた。

排ガスエコノマイザの低圧蒸気発生器に用いる汽水分離器を導入する際に、コスト低減が可能で設置スペースの確保を不要とするために、例えば船舶に対して一般的に設置される補助ボイラ等のドラムボイラの蒸気ドラムを利用することが考えられる。ドラムボイラを２つ備えていれば、排ガスエコノマイザの高圧蒸気発生器からの蒸気は一方のドラムボイラの蒸気ドラムを利用し、排ガスエコノマイザの低圧蒸気発生器からの蒸気は他方のドラムボイラの蒸気ドラムを利用することができる。
しかし、このように２つの蒸気ドラムを利用することとしても、いずれか一方の蒸気ドラムが故障した場合には、継続して排熱回収することが困難になるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、排ガスエコノマイザの低圧蒸気発生器および高圧蒸気発生器に用いる汽水分離器としてドラムボイラの蒸気ドラムを利用する際に、蒸気ドラムが故障した場合であっても継続して排熱回収が可能な排熱回収システム及びこれを備えた船舶ならびに排熱回収方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排熱回収システム及びこれを備えた船舶ならびに排熱回収方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる排熱回収システムは、舶用主機から導かれる排ガス流れの上流側から下流側に向かって第１蒸気発生器および第２蒸気発生器が配置された排ガスエコノマイザと、第１火炉および第１蒸気ドラムを有する第１ドラムボイラと、第２火炉および第２蒸気ドラムを有する第２ドラムボイラと、前記第１蒸気発生器の汽水分離器として前記第１蒸気ドラムを用いるように接続された第１循環流路と、前記第２蒸気発生器の汽水分離器として前記第２蒸気ドラムを用いるように接続された第２循環流路と、前記第１蒸気発生器の汽水分離器として前記第２蒸気ドラムを用いるように接続された第３循環流路と、前記第１循環流路を非流通状態として前記第３循環流路を流通状態とする第１切換弁とを備えていることを特徴とする排熱回収システム。

舶用主機からの排ガスが導かれる第１蒸気発生器および第２蒸気発生器から排熱が回収される。排ガス流れ上流側に第１蒸気発生器が設けられ、第１蒸気発生器の排ガス流れ下流側に第２蒸気発生器が設けられているので、第１蒸気発生器では、第２蒸気発生器よりも高圧の水蒸気が得られる。
第１蒸気発生器で生成された水蒸気は、第１循環流路を介して第１ドラムボイラの第１蒸気ドラムへと導かれる。第１蒸気ドラムは、汽水分離器として用いられ、水蒸気と水が分離される。第１蒸気ドラムにて分離された水は、第１循環流路を介して第１蒸気発生器へ戻される。
第２蒸気発生器で生成された水蒸気は、第２循環流路を介して第２ドラムボイラの第２蒸気ドラムへと導かれる。第２蒸気ドラムは、汽水分離器として用いられ、水蒸気と水が分離される。第２蒸気ドラムにて分離された水は、第２循環流路を介して第２蒸気発生器へ戻される。
第１蒸気発生器の汽水分離器として第２蒸気ドラムを用いるように接続された第３循環流路を設けて、第２蒸気ドラムを第１蒸気発生器の汽水分離器として用いることができるようにした。このときに、第１循環流路を非流通状態として第３循環流路を流通状態とする第１切換弁を用いる。これにより、例えば第１ドラムボイラが故障して第１蒸気ドラムが使用できない状態に陥ったとしても、第１切換弁を用いて切り換えることで、第１蒸気ドラムに代えて第２蒸気ドラムを使用することができ継続して排熱回収を行うことができる。

さらに、本発明の排熱回収システムでは、前記第１切換弁は、逆止弁と三方弁のみを用いて構成されていることを特徴とする。

第１切換弁として、逆止弁と三方弁のみを用いることとし、二方弁の使用を排除することとした。これにより、操作する弁の数を減らすことができ、作業者の操作ミスを減らすことができるだけでなく、メンテナンスの負担を減らすことができる。

さらに、本発明の排熱回収システムでは、前記第２蒸気発生器の汽水分離器として前記第１蒸気ドラムを用いるように接続された第４循環流路と、前記第２循環流路を非流通状態として前記第４循環流路を流通状態とする第２切換弁とを備えていることを特徴とする。

第２蒸気発生器の汽水分離器として第１蒸気ドラムを用いるように接続された第４循環流路を設けて、第１蒸気ドラムを第２蒸気発生器の汽水分離器として用いることができるようにした。このときに、第２循環流路を非流通状態として第４循環流路を流通状態とする第２切換弁を用いる。

さらに、本発明の排熱回収システムでは、前記第２切換弁は、逆止弁と三方弁のみを用いて構成されていることを特徴とする。

第２切換弁として、逆止弁と三方弁のみを用いることとし、二方弁の使用を排除することとした。これにより、操作する弁の数を減らすことができ、作業者の操作ミスを減らすことができるだけでなく、メンテナンスの負担を減らすことができる。

また、本発明の船舶は、舶用主機と、該舶用主機からの排ガスから排熱回収する上記のいずれかに記載された排熱回収システムと備えていることを特徴とする。

上記のいずれかの排熱回収システムを備えているので、エネルギー効率の優れた船舶を提供することができる。

また、本発明の排熱回収方法は、舶用主機から導かれる排ガス流れの上流側にて第１排熱回収するとともに、その下流側にて第２排熱回収する排熱回収工程と、第１火炉および第１蒸気ドラムを有する第１ドラムボイラの該第１蒸気ドラムにより、前記第１排熱回収にて得られた蒸気を汽水分離する第１汽水分離工程と、第２火炉および第２蒸気ドラムを有する第２ドラムボイラの該第２蒸気ドラムにより、前記第２排熱回収にて得られた蒸気を汽水分離する第２汽水分離工程と、前記第１排熱回収にて得られた蒸気を前記第２蒸気ドラムにより汽水分離する第３汽水分離工程と、第１切換弁を操作して、前記第２汽水分離工程を停止し、前記第１汽水分離工程と前記第３汽水分離工程とを切り替える切換工程と、前記第２排熱回収にて得られた蒸気を前記第１蒸気ドラムにより汽水分離する第４汽水分離工程と、第２切換弁を操作して、前記第２汽水分離工程を停止し、前記第２汽水分離工程と前記第４汽水分離工程とを切り替える切換工程と、を備えていることを特徴とする。

一方のドラムボイラが故障して蒸気ドラムが使用できない状態に陥ったとしても、切換弁を用いて切り換えることで、故障した蒸気ドラムに代えて他方の蒸気ドラムを使用することができ、継続して排熱回収を行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる排熱回収システムを示した概略構成図である。 図１の排熱回収システムの他の動作状態を示した概略構成図である。 図１の排熱回収システムのさらに他の動作状態を示した概略構成図である。 図１の変形例を示した概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示されているように、船舶に設置された排熱回収システム１は、図示しないディーゼル主機（舶用主機）と、ディーゼル主機から排出される排ガスが保有する熱を回収する排ガスエコノマイザ３と、２台の補助ボイラ５ａ，５ｂとを備えている。

本実施形態の船舶は、オイルタンカーとされており、オイルの搬入及び搬出を行うカーゴオイルポンプ（Cargo Oil Pump）を備えている。カーゴオイルポンプは、蒸気によって駆動されるカーゴオイルポンプタービンを備えている。カーゴオイルポンプタービンの駆動源となる蒸気は、２台の補助ボイラ５ａ，５ｂによって生成される。

ディーゼル主機は、例えば定格にて２００ｒｐｍ以下で運転される低速２ストローク１サイクルのユニフロー掃気方式とされ、船舶推進用のプロペラ（図示せず）を駆動する。ディーゼル主機から排ガスエコノマイザ３へ導かれる排ガスは、例えば５０％負荷（定格１００％負荷）の場合、約２１０℃とされる。

排ガスエコノマイザ３には、排ガス流れの上流側から下流側に向かって高圧蒸気発生器３ａ（第１蒸気発生器）および低圧蒸気発生器（第２蒸気発生器）３ｂが配置されている。高圧蒸気発生器３ａ及び低圧蒸気発生器３ｂは、煙道内を下から上に向かって順番に据え付けられた伝熱管群とされている。煙道内には、ディーゼル主機側から導かれた高温の排ガスが流れるようになっており、煙道内を流れた後、排ガスは、下流側に接続された煙突（図示せず）を経て大気に放出される。排ガスの排ガスエコノマイザ出口温度は、排ガスエコノマイザ３の入口温度を約２１０℃とした場合、約１７０℃とされる。

高圧蒸気発生器３ａは、排熱回収前の給水（約８０℃）が導かれる入口ヘッダ３ａ１と、排熱回収後の蒸気が導かれる出口ヘッダ３ａ２とを備えている。出口ヘッダ３ａ２から導かれる蒸気は、例えば１７０℃、７ｂａｒ（ゲージ圧）とされる。
低圧蒸気発生器３ｂは、排熱回収前の給水（約８０℃）が導かれる入口ヘッダ３ｂ１と、排熱回収後の蒸気が導かれる出口ヘッダ３ｂ２とを備えている。出口ヘッダ３ｂ２から導かれる蒸気は、例えば１４４℃、３ｂａｒ（ゲージ圧）とされる。

第１補助ボイラ５ａは、第１火炉５ａ１と、上方に配置された第１蒸気ドラム５ａ２と、下方に配置された第１水ドラム５ａ３とを備えている。第１火炉５ａ１は、バーナ（図示せず）を備えており、第１火炉５ａ１内で燃焼を行う。
第１火炉５ａ１にてバーナが着火され、ボイラ内で給水が加熱されると、水が下方の第１水ドラム５ａ３から上方の第１蒸気ドラム５ａ２へと上昇し、気液が第１蒸気ドラム５ａ２にて分離される。このように、第１補助ボイラ５ａは、本来は、自然循環型のドラムボイラとされている。ただし、船舶の航行中は、自然循環型ドラムボイラとしての使用が行われず、第１蒸気ドラム５ａ２が高圧蒸気発生器３ａの汽水分離器として用いられるようになっている。

第１蒸気ドラム５ａ２には、高圧蒸気発生器３ａの入口ヘッダ３ａ１へと給水する第１循環水配管５ａ６が接続されている。第１循環水配管５ａ６には、第１循環水ポンプ５ａ７が設けられている。第１循環水ポンプ５ａ７は、図示しない制御部の指令によって発停が行われる。高圧蒸気発生器３ａの出口ヘッダ３ａ２と第１蒸気ドラム５ａ２との間には、第１汽水混合配管５ａ８が設けられている。上述の第１循環水配管５ａ６及び第１汽水混合配管５ａ８によって、第１蒸気ドラム５ａ２と高圧蒸気発生器３ａとの間で水及び蒸気が循環する第１循環流路が形成されている。
第１蒸気ドラム５ａ２にて汽水分離された後の蒸気は、第１蒸気出力配管５ａ９を通り、高圧蒸気の需要先へと供給される。高圧蒸気の需要先としては、例えば、ディーゼル主機の燃料である重油を温めるオイルヒーティング装置が挙げられる。

第２補助ボイラ５ｂは、第１補助ボイラ５ａ同等の容量を有し、第１補助ボイラ５ａと同様に、第２火炉５ｂ１と、上方に配置された第２蒸気ドラム５ｂ２と、下方に配置された第２水ドラム５ｂ３とを備えている。第２火炉５ｂ１は、バーナ（図示せず）を備えており、第２火炉５ｂ１内で燃焼を行う。
第２火炉５ｂ１にてバーナが着火され、ボイラ内で給水が加熱されると、水が下方の第２水ドラム５ｂ３から上方の第２蒸気ドラム５ｂ２へと上昇し、気液が第２蒸気ドラム５ｂ２にて分離される。このように、第２補助ボイラ５ｂは、本来は、自然循環型のドラムボイラとされている。ただし、船舶の航行中は、自然循環型ドラムボイラとしての使用が行われず、第２蒸気ドラム５ｂ２が低圧蒸気発生器３ｂの汽水分離器として用いられるようになっている。

第２蒸気ドラム５ｂ２には、低圧蒸気発生器３ｂの入口ヘッダ３ｂ１へと給水する第２循環水配管５ｂ６が接続されている。第２循環水配管５ｂ６には、第２循環水ポンプ５ｂ７が設けられている。第２循環水ポンプ５ｂ７は、図示しない制御部の指令によって発停が行われる。低圧蒸気発生器３ｂの出口ヘッダ３ｂ２と第２蒸気ドラム５ｂ２との間には、第２汽水混合配管５ｂ８が設けられている。上述の第２循環水配管５ｂ６及び第２汽水混合配管５ｂ８によって、第２蒸気ドラム５ｂ２と低圧蒸気発生器３ｂとの間で水及び蒸気が循環する第２循環流路が形成されている。
第２蒸気ドラム５ｂ２にて汽水分離された後の蒸気は、第２蒸気出力配管５ｂ９を通り、低圧蒸気の需要先へと供給される。低圧蒸気は、例えば、船内雑用蒸気として用いられる。

第１循環水配管５ａ６の分岐点Ｄ１と第２循環水配管５ｂ６の分岐点Ｄ２との間には、第１予備循環水配管１０が設けられている。分岐点Ｄ１は、第１循環水ポンプ５ａ７よりも上流側に設けられている。第１予備循環水配管１０には、第１逆止弁ＣＶ１が設けられており、この第１逆止弁ＣＶ１は、第２循環水配管５ｂ６から第１循環水配管５ａ６に向かう流れのみを許容する。第１予備循環水配管１０を介して、第２循環水配管５ｂ６から導かれた水を第１循環水配管５ａ６へと導き、高圧蒸気発生器３ａへと流すことができるようになっている。

第２循環水配管５ｂ６の分岐点Ｄ２の下流側には、第１三方弁ＴＶ１が設けられている。第１三方弁ＴＶ１は、図示しない制御部によって開方向が制御される。第１三方弁ＴＶ１と第１循環水配管５ａ６の分岐点Ｄ３との間には、第２予備循環水配管１１が設けられている。分岐点Ｄ３は、分岐点Ｄ１よりも上流側に位置し、分岐点Ｄ３と分岐点Ｄ１との間には第２逆止弁ＣＶ２が設けられている。第２逆止弁ＣＶ２は、分岐点Ｄ３から分岐点Ｄ１に向かう流れのみを許容する。

第１汽水混合配管５ａ８と第２汽水混合配管５ｂ８との間には、第１予備汽水混合配管１２が設けられている。第１予備汽水混合配管１２と第１汽水混合配管５ａ８との接続位置には、第２三方弁ＴＶ２が設けられている。第２三方弁ＴＶ２は、図示しない制御部によって開方向が制御される。第２三方弁ＴＶ２は、高圧蒸気発生器３ａからの高圧蒸気を、第１蒸気ドラム５ａ２に導くときは第１汽水混合配管５ａ８を選択し、第２蒸気ドラム５ｂ２に導くときは、第１予備汽水混合配管１２を選択する。第１予備汽水混合配管１２の下流端は、第２汽水混合配管５ｂ８の分岐点Ｄ４に接続されている。
分岐点Ｄ４の上流側には、分岐点Ｄ５が設けられている。この分岐点Ｄ５と第１汽水混合配管５ａ８の分岐点Ｄ６との間には、第２予備汽水混合配管１３が設けられている。分岐点Ｄ６は、第２三方弁ＴＶ２よりも下流側に設けられている。第２予備汽水混合配管１３には、第３逆止弁ＣＶ３が設けられている。第３逆止弁ＣＶ３は、第２汽水混合配管５ｂ８から第１汽水混合配管５ａ８への流れのみを許容する。
第２汽水混合配管５ｂ８の分岐点Ｄ４と分岐点Ｄ５との間には、第４逆止弁ＣＶ４が設けられている。第４逆止弁ＣＶ４は、分岐点Ｄ５から分岐点Ｄ４に向かう流れのみを許容する。

第１蒸気出力配管５ａ９の分岐点Ｄ７と第２蒸気出力配管５ｂ９の分岐点Ｄ８との間には、第１予備蒸気出力配管１４が設けられている。第１予備蒸気出力配管１４には、第５逆止弁ＣＶ５が設けられている。第５逆止弁ＣＶ５は、分岐点Ｄ８から分岐点Ｄ７への流れのみを許容する。
第２蒸気出力配管５ｂ９の分岐点Ｄ８の下流側には、第３三方弁ＴＶ３が設けられている。第３三方弁ＴＶ３は、図示しない制御部によって開方向が制御される。第３三方弁ＴＶ３と第１蒸気出力配管５ａ９の分岐点Ｄ９との間には、第２予備蒸気出力配管１５が設けられている。分岐点Ｄ９は、分岐点Ｄ７の上流側に設けられている。分岐点Ｄ７と分岐点Ｄ９との間には、第６逆止弁ＣＶ６が設けられている。第６逆止弁ＣＶ６は、分岐点Ｄ９から分岐点Ｄ７に向かう流れのみを許容する。

制御部は、船舶の運航状況に応じて、補助ボイラ５ａ，５ｂを本来の自然循環型ドラムボイラとして使用するか、又は、各補助ボイラ５ａ，５ｂの自然循環型ドラムボイラとしての運転を停止して、各蒸気ドラム５ａ２，５ｂ２を各蒸気発生器３ａ，３ｂの汽水分離器として使用するかを切り替える。制御部は、例えば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

次に、上記構成の排熱回収システム１の動作について説明する。
［停泊時］
船舶の停泊時には、ディーゼル主機は停止されており、排ガスエコノマイザ３での蒸気生成は行われない。しかし、停泊時には、オイルの搬入又は搬出のため、カーゴオイルポンプを駆動するための高圧蒸気が必要となる。そこで、制御部の指令により、第１補助ボイラ５ａ及び第２補助ボイラ５ｂは、自然循環型ドラムボイラとして動作するように制御される。具体的には、各補助ボイラ５ａ，５ｂの各バーナに着火し、各火炉５ａ１，５ｂ１で給水を加熱して蒸気を生成する。
各補助ボイラ５ａ，５ｂの容量は同等とされているので、それぞれの蒸気出力配管５ａ９，５ｂ９から出力された高圧蒸気は、合流した後にカーゴオイルポンプタービンへと導かれて該タービンを駆動する。

［航行時の通常運用］
船舶の航行時には、オイルの搬入及び搬出が行われないので、各補助ボイラ５ａ，５ｂにて高圧蒸気を生成する必要がない。したがって、制御部の指令により、各補助ボイラ５ａ，５ｂの各バーナの着火が停止される。
一方、船舶の航行時にはディーゼル主機が起動しているので、排ガスエコノマイザ３での蒸気生成が可能となる。この場合には、制御部の指令により、第１補助ボイラ５ａの第１蒸気ドラム５ａ２を高圧蒸気発生器３ａの汽水分離器として用い、かつ、第２補助ボイラ５ｂの第２蒸気ドラム５ｂ２を低圧蒸気発生器３ｂの汽水分離器として用いるように切り替える。このとき、制御部の指令により、第１三方弁ＴＶ１は第２循環水配管５ｂ６の上下流を接続するように選択され、第２三方弁ＴＶ２は第１汽水混合配管５ａ８の上下流を接続するように選択され、第３三方弁ＴＶ３は第２蒸気出力配管５ｂ９の上下流を接続するように選択される。なお、各三方弁ＴＶ１，ＴＶ２，ＴＶ３の表記は、閉とされる方向が黒塗りで示され、開とされる方向が白抜きで示されている（以下同じ）。
したがって、第１循環水ポンプ５ａ７及び第２循環水ポンプ５ｂ７を起動すると、高圧蒸気発生器３ａにて蒸気が生成され、第１蒸気ドラム５ａ２にて汽水が分離され、１７０℃、７ｂａｒとされた高圧蒸気が船内の需要先（オイルヒーティング装置等）へと送られる。また、低圧蒸気発生器３ｂにて蒸気が生成され、第２蒸気ドラム５ｂ２にて汽水が分離され、１４４℃、３ｂａｒとされた低圧蒸気が船内の需要先（船内雑用蒸気等）へと送られる。

［航行時における非常時運用］
図２に示すように、航行時において第１補助ボイラ５ａが故障等により第１補助ボイラ５ａの第１蒸気ドラム５ａ２を使用できない場合には、次のような非常時運用を行う。なお、図２において、循環水または蒸気が流通する流路については実線で示し、循環水または蒸気が流通しない流路については破線で示している。

第１補助ボイラ５ａが何らかの異常により停止した場合（同図では停止した第１補助ボイラ５ａを×印で示してある。）、第２蒸気ドラム５ｂ２から導かれた循環水は、第２循環水配管５ｂ６、第１予備循環水配管１０及び第１循環水配管５ａ６を通り、高圧蒸気発生器３ａへと流れる。このとき第１三方弁ＴＶ１は、分岐点Ｄ２から第２循環水配管５ｂ６の下流側へ向かう流れを遮断する。
また、制御部の指令により第２三方弁ＴＶ２の吐出流路として第１予備汽水混合配管１２を選択し、第１予備汽水混合配管１２と第１汽水混合配管５ａ８及び第２汽水混合配管５ｂ８とを接続し、高圧蒸気発生器３ａから第２蒸気ドラム５ｂ２への高圧蒸気の供給を可能とする。このとき、第４逆止弁ＣＶ４によって高圧蒸気が第２汽水混合配管５ｂ８を通り低圧蒸気発生器３ｂの出口ヘッダ３ｂ２に逆流することを防止している。
このように、第１蒸気ドラム５ａ２と高圧蒸気発生器３ａとを接続する第１循環流路を非流通状態とするとともに、第１予備循環水配管１０及び第１予備汽水混合配管１２を用いた第３循環流路を流通状態にする。これにより、第１補助ボイラ５ａの第１蒸気ドラム５ａ２を用いずに、第２補助ボイラ５ｂの第２蒸気ドラム５ｂ２を用いて高圧蒸気発生器３ａの汽水分離器を実現することができる。

第２蒸気ドラム５ｂ２にて汽水分離された後の高圧蒸気は、第２蒸気出力配管５ｂ９及び第１予備蒸気出力配管１４を通り第１蒸気出力配管５ａ９を介して蒸気の需要先へと導かれる。このとき、第６逆止弁ＣＶ６によって、第１蒸気出力配管５ａ９を通り第１蒸気ドラム５ａ２へと高圧蒸気が逆流することを防止している。また、第３三方弁ＴＶ３は、分岐点Ｄ８から第２蒸気出力配管５ｂ９の下流側へ向かう流れを遮断する。なお、船内雑用蒸気等の低圧蒸気が必要な場合は、第１蒸気出力配管５ａ９を流れる高圧蒸気を減圧弁等の減圧手段（図示せず）によって減圧して用いる。

［航行時における蒸気ドラム相互交換運用］
図３に示すように、航行時において、高圧蒸気発生器３ａに接続されていた第１蒸気ドラム５ａ２を第２蒸気ドラム５ｂ２に変更し、低圧蒸気発生器３ｂに接続されていた第２蒸気ドラム５ｂ２を第１蒸気ドラム５ａ２に変更することで、各蒸気ドラム５ａ２，５ｂ２の役割を互いに交換することも可能である。
高圧蒸気発生器３ａに接続される補助ボイラ５ａ，５ｂは、排熱回収のみでは需要蒸気を賄えない場合には、補助ボイラ５ａ，５ｂに設けられたバーナを用いて追い焚きを行う。補助ボイラ５ａ，５ｂのいずれかのバーナに不具合がある場合には、本運用によって蒸気ドラム５ａ２，５ｂ２を交換することで、継続して使用することができる。
また、本運用によって蒸気ドラム５ａ２，５ｂ２を交換して用いることで、一方の補助ボイラ５ａ，５ｂのバーナやＦＤファン（Forced Draft Fan：押込送風機）等の燃焼用空気を火炉５ａ１，５ｂ１に送るための送風機が偏って消耗していくことを防止することができる。

制御部の指令により第１三方弁ＴＶ１によって第２予備循環水配管１１と第２循環水配管５ｂ６の下流側とを接続することにより、第１蒸気ドラム５ａ２から導かれた循環水は、第２予備循環水配管１１及び第２循環水配管５ｂ６を通り、低圧蒸気発生器３ｂの入口ヘッダ３ｂ１へと流れる。
また、第２予備汽水混合配管１３と第１汽水混合配管５ａ８及び第２汽水混合配管５ｂ８とを接続し、低圧蒸気発生器３ｂから第１蒸気ドラム５ａ２への低圧蒸気の供給を可能とする。
このように、第２蒸気ドラム５ｂ２と低圧蒸気発生器３ｂとを接続する第２循環流路を非流通状態とするとともに、第２予備循環水配管１１及び第２予備汽水混合配管１３を用いた第４循環流路を流通状態にする。これにより、第１補助ボイラ５ａの第１蒸気ドラム５ａ２を用いて低圧蒸気発生器３ｂの汽水分離器を実現することができる。

一方、第２蒸気ドラム５ｂ２から導かれた循環水は、図２において説明した場合と同様に、第１予備循環水配管１０を通り高圧蒸気発生器３ａへと導かれる。そして、高圧蒸気発生器３ａの出口ヘッダ３ａ２から導かれた高圧蒸気は、第１予備汽水混合配管１２を通り、第２蒸気ドラム５ｂ２へと導かれる。これにより、第２補助ボイラ５ｂの第２蒸気ドラム５ｂ２を用いて高圧蒸気発生器３ａの汽水分離器を実現することができる。

第１蒸気ドラム５ａ２にて汽水分離された後の低圧蒸気は、第１蒸気出力配管５ａ９及び第２予備蒸気出力配管１５を通り第２蒸気出力配管５ｂ９を介して蒸気の需要先へと導かれる。このとき、第３三方弁ＴＶ３は、制御部の指令により、第２予備蒸気出力配管１５と第２蒸気出力配管５ｂ９の下流側とを接続するように選択されている。また、第１予備蒸気出力配管１４に設けた第５逆止弁ＣＶ５によって、第２蒸気出力配管５ｂ９を通り第２蒸気ドラム５ｂ２へと低圧蒸気が逆流することを防止している。

第２蒸気ドラム５ｂ２にて汽水分離された後の高圧蒸気は、図２において説明した場合と同様に、第２蒸気出力配管５ｂ９、第１予備蒸気出力配管１４を通り第１蒸気出力配管５ａ９を介して蒸気の需要先へと導かれる。

以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
船舶には冗長性や必要能力の確保のために補助ボイラ５ａ，５ｂが複数設置されている。また、本実施形態では、船舶がオイルタンカーとされているので、目的地にてオイルの搬入や搬出を行うためにカーゴオイルポンプの駆動が必要となる。このオイルカーゴポンプは、タービン（カーゴオイルポンプタービン）を備えており、蒸気によってタービンが駆動されるようになっている。このカーボオイルポンプタービンを駆動する蒸気は、停泊中はディーゼル主機が停止されており排ガスエコノマイザ３にて蒸気を生成することができないため、２台の補助ボイラ５ａ，５ｂによって賄われるようになっている。
そこで、本実施形態では、補助ボイラ５ａ，５ｂが複数設置されていることに着目し、低圧蒸気発生器３ｂの汽水分離器として第２補助ボイラ５ｂの第２蒸気ドラム５ｂ２を用いることとした。これにより、低圧蒸気発生器３ｂのための汽水分離器７を別途設置する必要がなく、別途汽水分離器７を設置する為のコストを削減でき、省スペースを実現することができる。

高圧蒸気発生器３ａの汽水分離器として第２蒸気ドラム５ｂ２を用いるように、第１予備循環水配管１０及び第１予備汽水混合配管１２を用いて接続された第３循環流路が設けられているので、第２蒸気ドラム５ｂ２を高圧蒸気発生器３ａの汽水分離器として用いることができる。これにより、例えば第１補助ボイラ５ａが故障して第１蒸気ドラム５ａ２が使用できない状態に陥ったとしても、第１蒸気ドラム５ａ２に代えて第２蒸気ドラム５ｂ２を使用することができ継続して排熱回収を行うことができる。このときに、三方弁ＴＶ１乃至ＴＶ３及び逆止弁ＣＶ１乃至ＣＶ６のみを用いて、第３循環流路への切換を行うこととし、二方弁を用いないこととした。これにより、操作する弁の数を減らすことができ、作業者の操作ミスを減らすことができるだけでなく、メンテナンスの負担を減らすことができる。

低圧蒸気発生器３ｂの汽水分離器として第１蒸気ドラム５ａ２を用いるように、第２予備循環水配管１１及び第２予備汽水混合配管１３を用いて接続された第４循環流路が設けられているので、第１蒸気ドラム５ａ２を低圧蒸気発生器３ｂの汽水分離器として用いることができる。このときに、三方弁ＴＶ１乃至ＴＶ３及び逆止弁ＣＶ１乃至ＣＶ６のみを用いて、第４循環流路への切換を行うこととし、二方弁を用いないこととした。これにより、操作する弁の数を減らすことができ、作業者の操作ミスを減らすことができるだけでなく、メンテナンスの負担を減らすことができる。

［変形例］
上述した実施形態では、三方弁及び逆止弁のみを用いることとしたが、二方弁を用いて同様の第３循環流路や第４循環流路への切り換えを行うようにしても良い。図４には、二方弁を用いた構成の具体例が示されている。具体的には、上記実施形態の逆止弁ＣＶ１乃至ＣＶ６のそれぞれが、二方弁Ｖ１乃至Ｖ６に置き換えられている。また、上記実施形態の第１三方弁ＴＶ１が２つの二方弁Ｖ１１，Ｖ１２に置き換えられ、上記実施形態の第２三方弁ＴＶ２が２つの二方弁Ｖ１３，Ｖ１４に置き換えられ、上記実施形態の第３三方弁ＴＶ３が２つの二方弁Ｖ１５，Ｖ１６に置き換えられている。

なお、上述した実施形態では、船舶としてオイルタンカーを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の種類の船舶であってもよい。すなわち、船舶の停泊中のように排ガスエコノマイザにて排熱回収ができない場合に対処するために、船内蒸気需要量に対応する複数の補助ボイラが設けられている船舶であれば適用できるものである。

１ 排熱回収システム
３ 排ガスエコノマイザ
３ａ 高圧蒸気発生器（第１蒸気発生器）
３ｂ 低圧蒸気発生器（第２蒸気発生器）
５ａ 第１補助ボイラ
５ａ１ 第１火炉
５ａ２ 第１蒸気ドラム
５ａ３ 第１水ドラム
５ａ６ 第１循環水配管（第１循環流路）
５ａ７ 第１循環水ポンプ
５ａ８ 第１汽水混合配管（第１循環流路）
５ａ９ 第１蒸気出力配管
５ｂ 第２補助ボイラ
５ｂ１ 第２火炉
５ｂ２ 第２蒸気ドラム
５ｂ３ 第２水ドラム
５ｂ６ 第２循環水配管（第２循環流路）
５ｂ７ 第２循環水ポンプ
５ｂ８ 第２汽水混合配管（第２循環流路）
５ｂ９ 第２蒸気出力配管
１０ 第１予備循環水配管（第３循環流路）
１１ 第２予備循環水配管（第４循環流路）
１２ 第１予備汽水混合配管（第３循環流路）
１３ 第２予備汽水混合配管（第４循環流路）
１４ 第１予備蒸気出力配管
１５ 第２予備蒸気出力配管
ＴＶ１乃至ＴＶ３ 三方弁（第１切換弁，第２切換弁）
ＣＶ１乃至ＣＶ６ 逆止弁（第１切換弁，第２切換弁）

Claims (5)

1. 舶用主機から導かれる排ガス流れの上流側から下流側に向かって第１蒸気発生器および第２蒸気発生器が配置された排ガスエコノマイザと、
   第１火炉および第１蒸気ドラムを有する第１ドラムボイラと、
   第２火炉および第２蒸気ドラムを有する第２ドラムボイラと、
   前記第１蒸気発生器の汽水分離器として前記第１蒸気ドラムを用いるように接続された第１循環流路と、
   前記第２蒸気発生器の汽水分離器として前記第２蒸気ドラムを用いるように接続された第２循環流路と、
   前記第１蒸気発生器の汽水分離器として前記第２蒸気ドラムを用いるように接続された第３循環流路と、
   前記第１循環流路を非流通状態として前記第３循環流路を流通状態とする第１切換弁と、
   前記第２蒸気発生器の汽水分離器として前記第１蒸気ドラムを用いるように接続された第４循環流路と、
   前記第２循環流路を非流通状態として前記第４循環流路を流通状態とする第２切換弁と、
   を備えていることを特徴とする排熱回収システム。
2. 前記第１切換弁は、逆止弁と三方弁のみを用いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
3. 前記第２切換弁は、逆止弁と三方弁のみを用いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
4. 舶用主機と、
   該舶用主機からの排ガスから排熱回収する請求項１から３のいずれかに記載された排熱回収システムと、
   を備えていることを特徴とする船舶。
5. 舶用主機から導かれる排ガス流れの上流側にて第１排熱回収するとともに、その下流側にて第２排熱回収する排熱回収工程と、
   第１火炉および第１蒸気ドラムを有する第１ドラムボイラの該第１蒸気ドラムにより、前記第１排熱回収にて得られた蒸気を汽水分離する第１汽水分離工程と、
   第２火炉および第２蒸気ドラムを有する第２ドラムボイラの該第２蒸気ドラムにより、前記第２排熱回収にて得られた蒸気を汽水分離する第２汽水分離工程と、
   前記第１排熱回収にて得られた蒸気を前記第２蒸気ドラムにより汽水分離する第３汽水分離工程と、
   第１切換弁を操作して、前記第２汽水分離工程を停止し、前記第１汽水分離工程と前記第３汽水分離工程とを切り替える切換工程と、
   前記第２排熱回収にて得られた蒸気を前記第１蒸気ドラムにより汽水分離する第４汽水分離工程と、
   第２切換弁を操作して、前記第２汽水分離工程を停止し、前記第２汽水分離工程と前記第４汽水分離工程とを切り替える切換工程と、
   を備えていることを特徴とする排熱回収方法。

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