JP6687213B1 - 機関室給気システム - Google Patents

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Abstract

【課題】船外から直接空気を吸引する主機関と、主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶において、外気温低下時の主機関とボイラとの合算の燃費を改善することのできる機関室給気システムを提供する。【解決手段】主機関１０と、主機関１０の排熱及びバーナー２５により蒸気を生成するボイラ２０とを備えた船舶の機関室給気システムであって、船外からの空気６を取り入れるための船外給気口５と、船外給気口５から取り入れた空気６を主機関１０に直接供給するための給気経路５０と、給気経路５０に設けられた機関室内からの空気９を取り入れるための機関室内給気口８と、船外からの空気６と機関室内からの空気９との混合割合を調整する調整手段３０と、主機関１０の燃費とボイラ２０の燃費とを合算した燃費が向上するように調整手段３０を制御する制御手段４０とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、船舶の機関室給気システムに関するものである。
従来、船舶の機関室に設置された主機関は、機関室内の空気を吸入しながら稼働している。そして、機関室に空気を供給するために給気ファンが設けられて、船外の空気を取り入れるようになっている。
しかしながら、通常、機関室内の空気は機器からの放熱により一般的に外気より高くなり、船によっては１０℃程度高くなるケースも有る。また、給気ファンが故障すると主機関に空気が供給されず、主機関の運行に支障をきたす。
これに対して、特許文献１には、ウィング部とウィングピラー部とを有する船舶の機関室への給気構造に関する発明が記載されている。そして、船外から空気を取り入れるための給気口をウィングピラー部に設け、取り入れた空気をウィングピラー部の内部の給気経路を経由して主機関の空気吸入口に直接供給するようになっている。これにより、空気導入用の給気ファンを設けることなく、機関室内よりも低温で清浄な空気を主機関に供給し、主機関の燃費を向上するようになっている。
特開２０１３−１１９３６８号公報
ところで、船舶の機関室内には、主機関の排熱を利用して蒸気を生成するボイラが設置されており、船内での蒸気需要に対応するようになっている。こうしたボイラは、主機関の排ガス量や排ガス温度によっては、十分な蒸気を生成することができないため、船内需要に対応するため不足分の蒸気をバーナーによる追い焚きにより生成するようになっている。
一方、特許文献１に記載された発明のように、船外から取り入れた空気を主機関の空気吸入口に直接供給するように構成した場合、冬場など外気温低下時には、主機関に供給される給気温度の低下とともに主機関の排ガス温度も低下し、主機関の排熱だけではボイラで十分な蒸気を生成することができなくなってしまい、ボイラの圧力が低下してバーナーによる追い焚きが必要になるため、主機関とボイラとの合算の燃費悪化が懸念される。
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、船外から直接空気を吸引する主機関と、主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶において、外気温低下時の主機関とボイラとの合算の燃費を改善することのできる機関室給気システムを提供するものである。
上記課題を解決するため、本発明の機関室給気システムは、主機関と、該主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶の機関室給気システムであって、船外からの空気を取り入れるための船外給気口と、該船外給気口から取り入れた空気を前記主機関に直接供給するための給気経路と、該給気経路に設けられた機関室内からの空気を取り入れるための機関室内給気口と、前記船外からの空気と前記機関室内からの空気との混合割合を調整する調整手段と、前記主機関の燃費と前記ボイラの燃費とを合算した燃費が向上するように前記調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
また好ましくは、前記制御手段が、前記ボイラの圧力に基づいて前記調整手段を制御することを特徴とする。
また好ましくは、前記制御手段が、前記主機関の給気温度に基づいて前記調整手段を制御することを特徴とする。
また好ましくは、前記制御手段が、前記主機関の排ガス量、排ガス温度及び負荷の少なくとも１つに基づいて前記調整手段を制御することを特徴とする。
また好ましくは、前記船外給気口が、ウィングピラー部に設けられていることを特徴とする。
本発明の機関室給気システムは、主機関と、主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶の機関室給気システムである。そして、船外からの空気を船外給気口から取り入れ、船外給気口から取り入れた空気を給気経路により主機関に直接供給するようになっている。また、給気経路には機関室内からの空気を取り入れるための機関室内給気口が設けられており、船外からの空気と機関室内からの空気との混合割合を調整手段で調整するようになっている。さらに、主機関の燃費とボイラの燃費とを合算した燃費が向上するように制御手段が調整手段を制御するようになっている。従って、外気温低下時に主機関の排ガス温度が低下してボイラのバーナーによる追い焚きが必要になった場合に、機関室内の空気の混合割合を高めて主機関への給気温度を上昇させて排ガス温度を上昇させ、ボイラのバーナーによる追い焚きを抑制して主機関とボイラとの合算の燃費を改善することができる。
また、制御手段が、ボイラの圧力に基づいて調整手段を制御するようにした場合には、ボイラの圧力を判断基準として、合算の燃費が向上するように制御することができる。
また、制御手段が、主機関の給気温度に基づいて調整手段を制御するようにした場合には、主機関の給気温度を判断基準として、合算の燃費が向上するように制御することができる。
また、制御手段が、主機関の排ガス量、排ガス温度及び負荷の少なくとも１つに基づいて調整手段を制御するようにした場合には、主機関の排ガス量、排ガス温度及び負荷の少なくとも１つを判断基準として、合算の燃費が向上するように制御することができる。
このように、本発明の機関室給気システムによれば、船外から直接空気を吸引する主機関と、主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶において、外気温低下時の主機関とボイラとの合算の燃費を改善することができる。
本発明の実施形態に係る機関室給気システムを備えた船舶の模式図である。 本発明の実施形態に係る機関室給気システムの構成図である。 従来例に係る機関室給気システムの構成図である。 燃費のシミュレーション結果を示すグラフである。
次に、図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態に係る機関室給気システムについて説明する。図１は、本実施形態に係る機関室給気システムを備えた船舶１００の模式図である。なお図１は、船舶１００の居住区部分を後方から見ながら垂直方向に輪切りにした状態を示している。
船舶１００の上甲板上には、操舵室や船員の居室等を有する居住区１が設置されている。居住区１から船幅方向には、左舷及び右舷に向けて、ウィング部２，２が突出している。また、ウィング部２，２を下方から支持するために、ウィング部２，２と上甲板上との間には、ウィングピラー部３，３が設置されている。図１に示したウィングピラー部は、１本の柱状部材であるが、このような構成に限らず、例えば２本の柱状部材を脚立のような八の字に配置した構成とするなどその形状は様々である。
ウィングピラー部３，３のうち一方（右舷側：図１の右側）のウィングピラー部３の上部には、船外給気口５が設けられている。船外給気口５は、ウィングピラー部３の前面（船舶の進行方向側の面）に設けることにより、船舶航行中に受ける風が船外給気口５から流入しやすくなるため好ましい。ただし、本実施形態においては、後述するように主機関が船外から直接空気を吸入するので、必ずしも前面に設ける必要はなく、側面や後面であってもよい。また、船外給気口５の高さは、海水飛沫の混入を抑制するために、上部に設けることが好ましい。
ウィングピラー部３の内部は空洞となっており、船外給気口５から取り入れられた空気の通路となっている。ウィングピラー部３の下端部は、上甲板の下方に埋設された給気管７の一端に接続されている。そして、給気管７の他端が機関室６０の内部に通じている。機関室６０には、主機関１０が設置されている。主機関１０には燃焼用空気を吸入するための空気吸入口（図示しない）が設けられており、給気管７と空気吸入口とが、接続管（図示しない）により直接接続されている。このように、ウィングピラー３と給気管７とにより、船外給気口５から取り入れた空気を主機関１０に直接供給するための給気経路５０が構成されている。
主機関１０の運行時には、船外給気口５、ウィングピラー３、給気管７、接続管を経由して、船外の空気が主機関１０の空気吸入口に直接供給される。また、機関室６０内の空気は、煙突４を経由して船外に排出される。
機関室６０内における給気経路５０の途中には、機関室内からの空気９を取り入れるための機関室内給気口８が設けられている。機関室内給気口８には、後述する調整手段（３方切換ダンパー）が設けられており、給気経路５０に機関室内からの空気９を流入させて、船外空気６と機関室内空気９と混合させて混合割合を調整することができるようになっている。
図２は、本発明の実施形態に係る機関室給気システムの構成図である。船外給気口５から取り入れられた船外空気６は、給気経路５０を経由して主機関１０へと供給される。また、給気経路５０に設けられた機関室内給気口８から取り入れられた機関室内空気９も給気経路５０を経由して主機関１０へと供給される。機関室内給気口８には、調整手段として３方切換ダンパー３０が設けられており、主機関１０へと供給される船外空気６と機関室内空気９との混合割合が調整できるようになっている。
主機関１０から排出された排ガス１１は、ボイラ２０を経由した後で排出される。ボイラ２０は、ポンプ２２により蒸気ドラム２１に供給された水から、排ガス１１の排熱により蒸気を生成する。生成された蒸気は、船内の蒸気需要へと送られて使用される。
圧力スイッチ２４は、蒸気ドラム２１内の圧力を検出し、所定の圧力以下となった場合に、追い焚き手段であるバーナー２５を稼働させる。また、圧力コントローラー２６は、蒸気ドラム２１内の圧力を検出し、必要に応じてダンプ弁２７を開閉する。
圧力変換器２８は、蒸気ドラム２１内の圧力を検出し、検出した圧力を制御用の電流信号に変換する。そして、変換された制御用信号に基づいて、制御手段４０が調整手段３０（３方切換ダンパー）の制御を行う。制御手段４０の制御は、主機関１０の燃費とボイラ２０の燃費とを合算した燃費が向上するように行われる。
合算した燃費を向上させるには、例えば、蒸気ドラム２１内の圧力を監視しながら、バーナー２５を極力起動させないようにダンパー制御することで行うことができる。すなわち、ボイラ２０の追い焚きが発生する（バーナー２５を起動させる必要のある）蒸気ドラム２１内の圧力を基準圧力とし、調整手段３０（３方切換ダンパー）の開度を比例制御して、基準圧力より下がれば機関室内空気９からの給気を増やし、基準圧力より上がれば船外給気６の給気を増やすようにすればよい。
図３は、従来例に係る機関室給気システムの構成図である。本実施形態と比較すると、機関室内給気口８、調整手段（３方切換ダンパー）３０、制御手段４０が設けられておらず、主機関１０へは船外給気口５からの船外空気６のみが供給されるようになっている。
図４に、コンピュータシミュレーションによる実施例を示す。シミュレーション条件は以下の通りである。
＜主機燃費＞
Ｉ．Ｓ．Ｏ．条件（機関室温度：２５℃、冷却水温度：２５℃）における主機燃費率をベースとし、外気温（＝吸気温度）の変化を主機燃費率に考慮し主機燃費として算出した。
＜ボイラ燃費＞
主機負荷：Ｃ．Ｓ．Ｏ．（常用航海速力）、機関室温度：２５℃における主機の排ガス量・温度からボイラを選定した。船内必要蒸気量は常用航海中（主機負荷Ｃ．Ｓ．Ｏ．）かつ冬場の温度条件（外気温：２℃、海水：５℃、機関室温度：２５℃）で算出した。
外気温をグラフに記載の温度とした場合の主機排ガス量・温度に対し、選定したボイラから得られる蒸気量を確認し、船内必要蒸気量に対しての不足分を算出し追い焚きによる燃費悪化分として計上してグラフを作成した。
＜実施例＞
図２に示す構成（本発明の実施形態）の機関室給気システム
＜比較例１＞
図３に示す構成（従来例）の機関室給気システム（船外空気のみを吸入）
＜比較例２＞
通常の機関室給気システム（機関室内空気のみを吸入）
図４に示すように、実施例は外気温が低い条件から高い条件まで良好な燃費であるのに対して、比較例１は外気温が低い場合の燃費が悪化し、比較例２は外気温が高い場合の燃費が悪化することがわかる。
本実施形態に係る機関室給気システムは、主機関１０と、主機関１０の排熱及びバーナー２５により蒸気を生成するボイラ２０とを備えた船舶１００の機関室給気システムである。そして、船外からの空気を船外給気口５から取り入れ、船外給気口５から取り入れた空気を給気経路５０により主機関１０に直接供給するようになっている。また、給気経路５０には機関室内からの空気を取り入れるための機関室内給気口８が設けられており、船外からの空気と機関室内からの空気との混合割合を調整手段３０で調整するようになっている。さらに、主機関１０の燃費とボイラ２０の燃費とを合算した燃費が向上するように制御手段４０が調整手段３０を制御するようになっている。従って、外気温低下時に主機関１０の排ガス温度が低下してボイラ２０のバーナー２５による追い焚きが必要になった場合に、機関室内の空気の混合割合を高めて主機関１０への給気温度を上昇させて排ガス温度を上昇させ、ボイラ２０のバーナー２５による追い焚きを抑制して燃費を改善することができる。
また、制御手段４０が、ボイラ２０の圧力に基づいて調整手段を制御することで、ボイラ２０の圧力を判断基準として、合算の燃費が向上するように制御することができる。
このように、本実施形態に係る機関室給気システムによれば、船外から直接空気を吸引する主機関と、主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶において、外気温低下時の主機関とボイラとの合算の燃費を改善することができる。
以上、本発明の実施形態に係る機関室給気システムについて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、船外給気口をウィングピラー部に設けたが、船外からの空気を取り入れることができるものであればよい。
また、上記実施形態では、制御手段が調整手段を制御する場合の判断基準をボイラ圧力としたが、その他にも主機関の給気温度、主機関の排ガス量、排ガス温度、負荷等とすることもできる。その場合には、主機関の給気温度、主機関の排ガス量、排ガス温度、負荷等に対し、ボイラ２０の追い焚きが発生する（バーナー２５を起動させる必要のある）基準値を設定し、基準値を上回るか下回るかに応じて、調整手段３０（３方切換ダンパー）の開度を比例制御すればよい。
１ 居住区
２ ウィング部
３ ウィングピラー部
４ 煙突
５ 船外給気口
６ 船外空気
７ 給気管
８ 機関室内給気口
９ 機関室内空気
１０ 主機関
１１ 排ガス
２０ ボイラ
２１ 蒸気ドラム
２２ ポンプ
２３ 水又は蒸気
２４ 圧力スイッチ
２５ 追い焚き手段（バーナー）
２６ 圧力コントローラー
２７ ダンプ弁
２８ 圧力変換器
３０ 調整手段（３方切換ダンパー）
４０ 制御手段
５０ 給気経路
６０ 機関室
１００ 船舶

Claims (4)

  1. 主機関と、該主機関の排熱及びバーナーにより蒸気を生成するボイラとを備えた船舶の機関室給気システムであって、
    船外からの空気を取り入れるための船外給気口と、該船外給気口から取り入れた空気を前記主機関に直接供給するための給気経路と、該給気経路に設けられた機関室内からの空気を取り入れるための機関室内給気口と、前記船外からの空気と前記機関室内からの空気との混合割合を調整する調整手段と、前記主機関の燃費と前記ボイラの燃費とを合算した燃費が向上するように前記調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする機関室給気システム。
  2. 前記制御手段が、前記ボイラの圧力に基づいて前記調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の機関室給気システム。
  3. 前記制御手段が、前記主機関の給気温度に基づいて前記調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の機関室給気システム。
  4. 前記制御手段が、前記主機関の排ガス量、排ガス温度及び負荷の少なくとも１つに基づいて前記調整手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の機関室給気システム。
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