JP6599293B2 - 船舶のセントラル清水冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、船舶に装備された被冷却機器を冷却するセントラル清水冷却システムに関する。

船舶のセントラル清水冷却システムとしては、以下の特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載の船舶のセントラル清水冷却システムの概要を図５に示す。

図５に示すように、セントラル清水冷却システムは、船舶に搭載された主機を含む被冷却機器５０を、清水ポンプ５１の駆動により閉鎖回路５２を循環する清水で冷却し、当該清水を閉鎖回路５２の途中のセントラル清水冷却器５３によって、船外から取り込んだ海水と熱交換するものである。このセントラル清水冷却システムでは、セントラル清水冷却器５３に海水を送り込む海水ポンプ５４と、海水ポンプ５４を駆動する海水ポンプ駆動モータ５５と、被冷却機器５０の入口清水温度を検出する温度センサ５６と、温度センサ５６からの入口清水温度が設定温度となるように海水ポンプ駆動モータ５５を制御し、セントラル清水冷却器５３に供給する海水の吐出量を調整する制御ユニット５７と、を備えている。

そして、このセントラル清水冷却システムによれば、被冷却機器５０の負荷や海水温度により変化する海水の必要量に応じて、制御ユニット５７により海水ポンプ５４の吐出量を調整でき、海水ポンプ５４の動力を低減できるとされている。

特開２０１０−２６９６４１号公報

ここで、上記設定温度は、一般的に３６〜３８°Ｃ位であるが、主機の燃費を向上すべく、設定温度をもっと低温にしたいという要求がある。

この要求に応えるべく、設定温度を例えば１０°Ｃに設定し、セントラル清水冷却器５３として、例えば、被冷却機器５０の負荷が１００％（設定最大負荷）、海水ポンプ５４の吐出量が１００％（設定最大吐出量）のとき、入口清水温度と海水温度との温度差が４°Ｃとなるように設計されたものを用いると、被冷却機器５０の負荷、海水温度、入口清水温度、出口清水温度（被冷却機器５０の出口清水温度）、海水ポンプ５４の吐出量の関係は、以下の表１のようになる。

表１に示すように、例えば、被冷却機器５０の負荷が１００％、海水ポンプ５４の吐出量が１００％の状態で、海水温度が１０°Ｃのときは、セントラル清水冷却器５３により入口清水温度は１４°Ｃとなり、海水温度が２０°Ｃのときは、入口清水温度は２４°Ｃとなり、海水温度が３２°Ｃのときは、入口清水温度は３６°Ｃとなる。しかしながら、何れの場合も、設定温度の１０°Ｃまで下がらないため、海水ポンプ５４の吐出量は１００％のままである。一方、被冷却機器５０の負荷が１００％、海水ポンプ５４の吐出量が１００％の状態で、海水温度が４°Ｃのときは、セントラル清水冷却器５３により入口清水温度は８°Ｃとなるが、設定温度が１０°Ｃに設定されているため、入口清水温度を上げ設定温度の１０°Ｃとなるように、海水ポンプ５４の吐出量を１００％から８２％に下げることができる。

ここで、海水ポンプ５４の吐出量が１００％の状態で、被冷却機器５０の負荷が５０％に低減すると、海水温度が１０°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器５０の負荷が１００％のときの１４°Ｃから１２°Ｃに下がり、海水温度が２０°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器５０の負荷が１００％のときの２４°Ｃから２２°Ｃに下がり、海水温度が３２°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器５０の負荷が１００％のときの３６°Ｃから３４°Ｃに下がる。しかしながら、何れの場合も、設定温度の１０°Ｃまで下がらないため、海水ポンプ５４の吐出量は１００％のままである。一方、海水ポンプ５４の吐出量が１００％、被冷却機器５０の負荷が５０％に低減した状態で、海水温度が４°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器５０の負荷が１００％のときの８°Ｃから６°Ｃに下がるが、設定温度が１０°Ｃに設定されているため、入口清水温度を上げ設定温度の１０°Ｃとなるように、海水ポンプ５４の吐出量を１００％から５５％に下げることができる。

このように、実際には、被冷却機器５０の負荷にかかわらず、海水温度が低くないと、海水ポンプ５４の吐出量を調整し下げることができないことが分かった。特に、被冷却機器５０の負荷が低減しているにもかかわらず、海水温度が低い場合を除いて、海水ポンプ５４の動力を低減することができなかった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、被冷却機器の負荷に応じて海水ポンプの吐出量を調整でき、海水ポンプ動力を低減できる船舶のセントラル清水冷却システムを提供することを目的とする。

本発明による船舶のセントラル清水冷却システムは、船舶に搭載された被冷却機器を、循環流路を循環する清水で冷却し、清水を、循環流路の途中の熱交換器により、海水ポンプによって船外から取り込んだ海水と熱交換させる船舶のセントラル清水冷却システムにおいて、取り込んだ海水の温度を検出する海水温度センサと、循環流路の熱交換器の下流側と被冷却機器との間に配置され清水の温度を検出する清水温度センサと、清水温度センサにより検出された清水温度と海水温度センサにより検出された海水温度との温度差が設定温度差となるように、海水ポンプの吐出量を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。

本発明による船舶のセントラル清水冷却システムによれば、熱交換器による海水との熱交換後の清水温度と、取り込んだ海水温度との温度差が設定温度差となるように海水ポンプの吐出量が制御手段により制御される。ここで、被冷却機器の負荷が設定最大負荷（例えば１００％）より低減すると、清水温度は、被冷却機器が設定最大負荷の際の清水温度より下がり、清水温度と海水温度との温度差が設定温度差より小さくなる。すると、清水温度を上げ温度差が設定温度差となるように海水ポンプの吐出量が制御され、海水ポンプの吐出量が設定最大吐出量（例えば１００％）より下げられる。このように、被冷却機器の負荷に応じて海水ポンプの吐出量を調整でき、海水ポンプ動力を低減できる。

また、本発明による船舶のセントラル清水冷却システムは、船舶に搭載された被冷却機器を、循環流路を循環する清水で冷却し、清水を、循環流路の途中の熱交換器により、海水ポンプによって船外から取り込んだ海水と熱交換させる船舶のセントラル清水冷却システムにおいて、取り込んだ海水の温度を検出する海水温度センサと、循環流路の熱交換器の下流側と被冷却機器との間に配置され清水の温度を検出する清水温度センサと、清水温度センサにより検出された清水温度と海水温度センサにより検出された海水温度との温度差が、被冷却機器の負荷が設定最大負荷で海水ポンプの吐出量が設定最大吐出量のときの清水温度と海水温度との温度差以内の設定温度差となるように、海水ポンプの吐出量を制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。これによれば、上記と同様な作用により、被冷却機器の負荷に応じて海水ポンプの吐出量を調整でき、海水ポンプ動力を低減できる。

ここで、循環流路には、熱交換器を迂回するバイパス流路が接続され、循環流路の熱交換器の下流側と被冷却機器との間に接続されるバイパス流路の合流位置に、流量配分を変えることにより清水温度を調整する温度調整弁を設けることが好ましい。このような構成を採用した場合、温度調整弁により、バイパス流路から熱交換前の清水を流して流量配分を変え清水温度を調整するため、例えば、被冷却機器に流入する清水温度を、設定した最低温度以上とすることができる。

また、循環流路には、熱交換器を迂回するバイパス流路が接続され、循環流路の熱交換器の下流側と被冷却機器との間に接続されるバイパス流路の合流位置に、三方弁を設け、制御手段は、三方弁を制御し流量配分を変えることにより清水温度を調整する構成としても良い。このような構成を採用した場合、制御手段により三方弁が制御され、バイパス流路から熱交換前の清水を流して流量配分を変え清水温度を調整するため、例えば、被冷却機器に流入する清水温度を、設定した最低温度以上とすることができる。

このような本発明によれば、被冷却機器の負荷に応じて海水ポンプの吐出量を調整でき、海水ポンプ動力を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。 従来の船舶のセントラル清水冷却システムの概要を示す図である。

以下、本発明による船舶のセントラル清水冷却システムの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。

この第１実施形態の船舶のセントラル清水冷却システムは、船舶に搭載された被冷却機器、具体的には、プロペラを駆動する主機や、発電機や、エアコン等の被冷却機器１を冷却するためのものであり、海水と清水を熱交換させる熱交換器としてのセントラル清水冷却器２と、海水を取り込んでセントラル清水冷却器２に通し船外へ排水する海水流路３と、清水をセントラル清水冷却器２に通しさらに被冷却機器１を経由して循環させる循環流路４と、を備える。

海水流路３には、セントラル清水冷却器２に海水を送り込む海水ポンプ５が配置され、この海水ポンプ５に対し当該海水ポンプ５を駆動する海水ポンプ駆動モータ６が連結される。

循環流路４には、セントラル清水冷却器２に清水を送り込み被冷却機器１を経由して循環させるセントラル清水ポンプ７が配置され、このセントラル清水ポンプ７に対し当該セントラル清水ポンプ７を駆動するセントラル清水ポンプ駆動モータ８が連結される。

セントラル清水冷却器２は、ここでは、海水ポンプ５の吐出量が、設定最大吐出量として設定された１００％、被冷却機器１の負荷が、設定最大負荷として設定された１００％のとき、被冷却機器１の入口の清水温度（熱交換後の温度）と海水の温度との温度差が４°Ｃとなるように設計されている。

そして、海水流路３においては、海水ポンプ５及び海水ポンプ駆動モータ６の組が並列に２組設けられ、循環流路４においては、セントラル清水冷却器２が並列に２個設けられ、セントラル清水ポンプ７及びセントラル清水ポンプ駆動モータ８の組が並列に２組設けられる。

循環流路４のセントラル清水冷却器２の下流側と被冷却機器１との間には、被冷却機器１の入口清水温度を検出する清水温度センサ９が配置される。また、海水流路３の海水ポンプ５とセントラル清水冷却器２との間には、取り込んだ海水の温度を検出する海水温度センサ１０が配置される。

また、セントラル清水冷却システムは、差分器２０及び制御手段１１をさらに備える。

差分器２０は、清水温度センサ９により検出された清水温度と海水温度センサ１０により検出された海水温度との温度差を算出するものである。

制御手段１１は、差分器２０からの温度差を入力し、温度差が設定温度差（一定値）となるように海水ポンプ５の回転数を算出する制御器１２と、制御器１２の算出値に基づいて海水ポンプ駆動モータ６に与える電源周波数を変更し海水ポンプ５の吐出量を変更するインバータ１３と、を備える。設定温度差は、ここでは、４°Ｃに設定される。また、制御手段１１は、セントラル清水ポンプ７の吐出量が一定量となるようにセントラル清水ポンプ駆動モータ８を制御する。

なお、本実施形態では、差分器２０を設けているが、清水温度センサ９により検出された清水温度と海水温度センサ１０により検出された海水温度を制御手段１１に入力し、制御手段１１において温度差を算出するようにしても良い。

このように構成されたセントラル清水冷却システムによれば、海水ポンプ駆動モータ６の駆動による海水ポンプ５の動作によって、船外の海水は海水流路３を通して船内に取り込まれる。取り込まれた海水は、セントラル清水冷却器２を通ることにより清水と熱交換され、暖まった海水は船外へ排水される。

一方、セントラル清水ポンプ駆動モータ８の駆動によるセントラル清水ポンプ７の動作によって、清水は循環流路４を循環し、セントラル清水冷却器２において海水と熱交換することにより冷却される。冷却された清水は、被冷却機器１を経由することにより被冷却機器１を冷却し、暖まった清水は循環流路４を循環し、セントラル清水冷却器２による熱交換、被冷却機器１の冷却が繰り返される。

そして、制御手段１１により、被冷却機器１の入口の清水温度と海水温度との温度差が設定温度差である４°Ｃとなるように、セントラル清水ポンプ駆動モータ８が制御される。

次に、このように構成されたセントラル清水冷却システムにおいて、表１に対応する実施例として、被冷却機器１の負荷、海水温度、入口清水温度、出口清水温度、海水ポンプ５の吐出量の関係を表２に示す。

表２に示すように、被冷却機器の負荷が１００％（設定最大負荷）、海水ポンプの吐出量が１００％（設定最大吐出量）の状態で、海水温度が１０°Ｃのときは、セントラル清水冷却器２により入口清水温度は１４°Ｃとなり、海水温度が２０°Ｃのときは、入口清水温度は２４°Ｃとなり、海水温度が３２°Ｃのときは、入口清水温度は３６°Ｃとなる。これらは、従来技術の表１で説明したのと同じである。

ここで、海水ポンプ５の吐出量が１００％の状態で、被冷却機器１の負荷が５０％に低減すると、海水温度が１０°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器１の負荷が１００％のときの１４°Ｃから１２°Ｃに下がり、海水温度が２０°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器１の負荷が１００％のときの２４°Ｃから２２°Ｃに下がり、海水温度が３２°Ｃのときは、入口清水温度は、被冷却機器１の負荷が１００％のときの３６°Ｃから３４°Ｃに下がる。すなわち、被冷却機器１の負荷が５０％に低減すると、清水温度と海水温度との温度差が設定温度差である４°Ｃより小さい２°Ｃとなる。

すると、制御手段１１により、海水ポンプ駆動モータ６が制御され、清水温度を２°Ｃ上げ温度差が設定温度差である４°Ｃとなるように海水ポンプ５の吐出量が制御される。従って、海水ポンプ５の吐出量を１００％から７１％に下げることができる。

また、表２には示していないが、被冷却機器１の負荷が例えば７５％の場合も同様に、温度差が設定温度差である４°Ｃより小さくなるため、温度差が設定温度差となるように、海水ポンプ５の吐出量が制御され、海水ポンプ５の吐出量を約８５％程度に下げることができる。

このように、本実施形態によれば、被冷却機器１の負荷が１００％（設定最大負荷）より低減すると、セントラル清水冷却器２による海水との熱交換後の清水温度は、被冷却機器１の負荷が１００％の際の清水温度より下がり、清水温度と海水温度との温度差が設定温度差である４°Ｃより小さくなるため、清水温度を上げ温度差が設定温度差である４°Ｃとなるように、制御手段１１により海水ポンプ５の吐出量が制御され、海水ポンプ５の吐出量を１００％（設定最大吐出量）より下げることができる。すなわち、被冷却機器１の負荷に応じて海水ポンプ５の吐出量を調整でき、海水ポンプ５の動力を低減できる。

ここで、ユーザーによっては、被冷却機器１の入口清水温度を１０°Ｃ以上（最低温度を１０°Ｃ）にすることが要求される場合がある。この要求に対処するのが、以下の第２実施形態〜第４実施形態である。

図２は、本発明の第２実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。

この第２実施形態が第１実施形態と違う点は、循環流路４に、セントラル清水冷却器２を迂回するバイパス流路１６を接続し、循環流路４のセントラル清水冷却器２の下流側と被冷却機器１との間に接続されるバイパス流路１６の合流位置に、流量配分を変えることにより清水温度を調整する温度調整弁１４を設けた点である。この温度調整弁１４は、入口清水温度を１０°Ｃ以上とするものであり、ここでは、循環流路４の清水温度センサ９と被冷却機器１との間に配置される。

このような第２実施形態では、第１実施形態と同様に、制御手段１１により、清水温度と海水温度の温度差が設定温度差となるように制御される一方で、温度調整弁１４を通る清水の温度が、設定した最低温度である１０°Ｃ未満、例えば８°Ｃになると、温度調整弁１４が働いてバイパス流路１６が開とされ、熱交換前の清水が被冷却機器１へ流れて流量配分が変えられ、被冷却機器１に流入する清水の温度が上昇する。そして、清水温度が１０°Ｃ以上になったら温度調整弁１４によりバイパス流路１６が閉とされる。

このように、第２実施形態によれば、第１実施形態の作用・効果に加えて、温度調整弁１４により、バイパス流路１６から熱交換前の清水を流して流量配分を変え清水温度を調整するため、被冷却機器１に流入する清水温度を、設定した最低温度以上とすることができる。

なお、ここでは、清水温度センサ９が、被冷却機器１の入口清水温度ではなく温度調整弁１４より上流の清水温度を測っているが、海水ポンプ５の制御に関しては、第１実施形態と同様な作用・効果を奏するのはいうまでもない。

図３は、本発明の第３実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。

この第３実施形態が第２実施形態と違う点は、温度調整弁１４を、循環流路４のセントラル清水冷却器２と清水温度センサ９との間に配置した点である。

このように構成された第３実施形態にあっても、第２実施形態と同様な作用・効果、すなわち、温度調整弁１４により、バイパス流路１６から熱交換前の清水を流して流量配分を変え清水温度を調整するため、被冷却機器１に流入する清水温度を、設定した最低温度以上とすることができる。

図４は、本発明の第４実施形態に係る船舶のセントラル清水冷却システムを示す概略構成図である。

この第４実施形態が第３実施形態と違う点は、温度調整弁１４に代えて、三方弁１５を設け、制御手段１１が、三方弁１５を制御し流量配分を変えることにより温度を調整する構成とした点である。

このような構成を採用した場合、制御手段１１により三方弁１５が制御され、バイパス流路１６から熱交換前の清水を流して流量配分を変え温度を調整するため、被冷却機器１に流入する清水温度を、第２、第３実施形態と同様に、設定した最低温度以上とすることができる。

なお、第４実施形態では、三方弁１５を、循環流路４のセントラル清水冷却器２と清水温度センサ９との間に配置しているが、清水温度センサ９と被冷却機器１との間に配置しても良く、このように構成しても、セントラル清水冷却器２と清水温度センサ９との間に配置した場合と同様な作用・効果を奏するのはいうまでもない。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態では、海水流路３において、海水ポンプ５及び海水ポンプ駆動モータ６の組を並列に２組設け、循環流路４において、セントラル清水冷却器２を並列に２個設けると共に、セントラル清水ポンプ７及びセントラル清水ポンプ駆動モータ８の組を並列に２組設けているが、１組（１個）であっても勿論良く、並列に３組（３個）以上設けても良い。

また、被冷却機器１の負荷が設定最大負荷で海水ポンプ５の吐出量が設定最大吐出量のときの清水温度と海水温度との温度差、すなわちセントラル清水冷却器２による温度差以内の設定温度差となるように、制御手段１１が海水ポンプ５の吐出量を制御するようにしても、上記実施形態と同様な作用・効果を奏する。

１…被冷却機器、２…セントラル清水冷却器（熱交換器）、４…循環流路、５…海水ポンプ、９…清水温度センサ、１０…海水温度センサ、１１…制御手段、１４…温度調整弁、１５…三方弁、１６…バイパス流路。

Claims (4)

1. 船舶に搭載された被冷却機器を、循環流路を循環する清水で冷却し、前記清水を、前記循環流路の途中の熱交換器により、海水ポンプによって船外から取り込んだ海水と熱交換させる船舶のセントラル清水冷却システムにおいて、
   前記取り込んだ海水の温度を検出する海水温度センサと、
   前記循環流路の前記熱交換器の下流側と前記被冷却機器との間に配置され清水の温度を検出する清水温度センサと、
   前記清水温度センサにより検出された清水温度と前記海水温度センサにより検出された海水温度との温度差が設定温度差となるように、前記海水ポンプの吐出量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする船舶のセントラル清水冷却システム。
2. 船舶に搭載された被冷却機器を、循環流路を循環する清水で冷却し、前記清水を、前記循環流路の途中の熱交換器により、海水ポンプによって船外から取り込んだ海水と熱交換させる船舶のセントラル清水冷却システムにおいて、
   前記取り込んだ海水の温度を検出する海水温度センサと、
   前記循環流路の前記熱交換器の下流側と前記被冷却機器との間に配置され清水の温度を検出する清水温度センサと、
   前記清水温度センサにより検出された清水温度と前記海水温度センサにより検出された海水温度との温度差が、
   前記被冷却機器の負荷が設定最大負荷で前記海水ポンプの吐出量が設定最大吐出量のときの清水温度と海水温度との温度差以内の設定温度差となるように、
   前記海水ポンプの吐出量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする船舶のセントラル清水冷却システム。
3. 前記循環流路には、前記熱交換器を迂回するバイパス流路が接続され、
   前記循環流路の前記熱交換器の下流側と前記被冷却機器との間に接続される前記バイパス流路の合流位置に、流量配分を変えることにより清水温度を調整する温度調整弁を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の船舶のセントラル清水冷却システム。
4. 前記循環流路には、前記熱交換器を迂回するバイパス流路が接続され、
   前記循環流路の前記熱交換器の下流側と前記被冷却機器との間に接続される前記バイパス流路の合流位置に、三方弁を設け、
   前記制御手段は、前記三方弁を制御し流量配分を変えることにより清水温度を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の船舶のセントラル清水冷却システム。

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