JPH0131004B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷却需用に対応して装置系に中央冷
却器として配置された熱交換器を流れる一次冷却
水を汲上げるに要するポンプ容量を制御する方法
および設備であつて、該熱交換器は二次冷却水用
として前記装置系から来る入口管と該装置系に通
じる出口管とを有し、側管路が入口管および出口
管にまたがり、制御弁が検出された冷却需用に応
答して側管路と熱交換器をそれぞれ流れる二次冷
却水の流量を制御するよう設置されている。

この種の冷却設備は例えば船舶に用いられる。
ここでは、海水が船の各種装置に伴うすべての冷
却需用を満たす大きさとなつている１台または複
数台の熱交換器に汲上げられる。これらの装置と
しては、まず船の推進モータならびに他の数台の
モータおよび多くの各種装置がある。

とりわけ船の推進モータの冷却需用を完全に充
足するため、現在の海運安全規則は、中央熱交換
器への一次冷却水（海水）汲上げ用として、少な
くとも二台の別個のポンプを装備することを要求
している。ポンプの一つはいわゆる“スタンバイ
ポンプ”である。これは船が同一種類の二台のポ
ンプを有し、各ポンプが熱交換器に船全体の冷却
需用を処理させるに足りる容量を有することを意
味している。ポンプの一つは、必要により低容量
で用いられるように、運転に対していわゆる二速
度モータを備えてもよい。使用されている他の設
備では、船が三台のポンプを備え、各ポンプが船
の冷却の全需用を満たすために要する一次冷却水
の50％を処理する容量を有している。なお、他の
方式の設備もある。

熱交換器をバイパスする前記側管路は二次冷却
水を流そうとするもので、その水量は一部が装置
系の時おりの冷却需用に、一部が一次冷却水すな
わち海水のその時の温度によつてきめられる。船
における冷却設備は通例、水温度が比較的高い場
合でも船の冷却全需用を処理する大きさとされて
いる。これは一次冷却水の汲上げ用ポンプの容量
が、例えば船が比較的冷水を航行しているときと
か、船が停泊しているとか、または相当低速で推
進している時には、減らされることを意味する。

しかし実際には一次冷却水側で段階的に制御可
能なポンプ容量を有する船舶では、ポンプ容量が
冷却需要が少なくなることで減らされることはま
れである。これに対する理由は、前記ポンプ容量
が一段下げられる程度に冷却需用が正しく減つた
時を船では誰も気づかないし、これはとりもなお
さず、船が冷却需用がかく減ることを示す装備を
していないという事である。通常、警報設備に接
続された温度安全装置が二次冷却水路にあつて、
それにより水路の温度が或る値以上に昇ると、そ
の時用いられる一次冷却水側におけるポンプ容量
によつて満たされるよりも多量の冷却需用のある
ことが示されるのである。しかし、この水路の温
度安全装置は一次冷却水側で一段だけ小さいポン
プ容量で満足されるようなより少量の冷却需用を
示すことができない。それはかかる少量の冷却需
用は、前記制御弁によつて自動的に補償されてい
るからである。これは側管路に以前より多量の二
次冷却水が流れ（すなわち、熱交換器には少量の
流れしか流れない）、二次冷却水路に所望温度が
維持される状態になることによつて行われるので
ある。このように、ポンプ容量が段階的に調節で
きるだけでは、一次冷却水側でポンプ容量の利用
を自動的に容易に制御することは難しいと考えら
れていた。

一次冷却水の汲上げに対して段階的に調節でき
るポンプ容量が、実際上、そのときの冷却需用に
対してほとんど調節されず、または全く調節され
ないとということの結果、当該ポンプの運転に対
して多量なエネルギーが無駄に消費されている。
ところでこれらのポンプ運転用モータは、船舶に
おいては最大の電気エネルギーを消費し、船舶で
は発電される電気エネルギーは極めて高価である
ので、ポンプが有効に使用されることが大変重要
である。

船舶において当該ポンプをより有効に利用する
ために用いられる従来公知の方法は、ポンプの回
転速度を制御する設備を用いることである。一例
として、前記の側管路が省略され、一次冷却水汲
上げ用のポンプ容量が二次冷却水路の検出温度に
応答して直接制御されるものがある。別の例とし
ては、速度制御ポンプの容量が、熱交換器を出る
一次冷却水の検出温度に応じて制御されるもので
ある。

まずポンプの回転速度の制御設備は極めて高価
である。第２に、このような設備はむしろ低効率
である。第３は、ポンプの回転速度の制御に関し
て得られる正確度は低く、したがつてポンプの最
適容量での使用を得るためには、このような設備
によつては不可能である。それ故に（不充分な冷
却に至る）不充分なポンプ容量での運転期間を避
けるため、ポンプが実際必要であるより幾分大き
めの容量で平均して用いられるように制御設備を
調節することを余儀なくされる。

本発明の目的は、第１に、一次冷却水の汲上げ
に対して段階的に調節されるポンプ容量を有する
前記種類の冷却設備に関して問題を簡単に解決
し、該ポンプ容量をそのときどきの冷却需用に適
合させることであり、第２に、この種の冷却設備
における一次冷却水の汲上げ用ポンプ設備を有効
に利用し、すなわち、必要とするポンプと制御設
備の入手費用ならびに設備の運転費用を含む冷却
のための費用を、従来使用した設備で得られたも
のより安くすることを意味する方法と設備を提供
することである。

本発明の他の目的は、該ポンプ容量をそのとき
どきの冷却需用に調節するため、既存の冷却設備
に容易に取付けられる設備を供することにある。

本発明によればこれらの目的は、熱交換器を流
れる一次冷却水を汲上げる段階的に調節しうるポ
ンプ容量を、側管路と熱交換器のいずれか一方を
流れる二次冷却水の流量に応答して、側管路の流
量が所定の第１の値に減少すると増加させ、ま
た、側管路の流量が所定のより高い第２の値に増
加すると減少させるように制御することで達成さ
れる。

本発明の一実施例によれば、制御弁の弁本体の
そのときどきの位置が検出されることにより側管
路または熱交換器をそれぞれ流れる水量が測定さ
れ、二次冷却水路で検出された冷却需用に応じて
制御弁が自動的に側管路および熱交換器を流れる
二次冷却水の配分を設定するようになつている。

本発明は船舶に用いられる冷却設備の例を示す
添付図面について以下に詳細説明される。

図示の冷却設備は、中央冷却器として働らく通
例、プレート型熱交換器である熱交換器１を備え
ている。４台のポンプ２，３，４，５が配置され
て、選択的に起動して海水を６の位置で汲上げて
熱交換器１に流す。ポンプ２−５は別々の容量を
もち、例えば、熱交換器１のある温度における海
水の最大必要容量の30、50、70、100％をそれぞ
れ満たせるようになつている。海水用の導管７が
ポンプ２−５を熱交換器１と接続し、導管８が熱
交換器１から加熱された海水を海に戻す。

熱交換器１は海水で冷やされる清水をも流すよ
うにされており、清水用の入口管９と出口管１０
を有している。側管路１１が入口管９と出口管１
０の間にまたがつて設けられている。出口管１０
と側管路１１の接続点には調節可能な三方弁（制
御弁）１２が装備されている。

出口管１０には三方弁１２の下流方向にポンプ
１３と温度検出器１４が配置されている。出口管
１０はここから、熱交換器１内で冷却された水で
冷却される各種の装置１５−１８に延びている。
これらの装置は例えば船の主機関用の空気冷却
器、潤滑油冷却器、清水蒸留器等である。船上で
冷却を要する装置の数は図示の数よりも相当に多
い。

導管１９が装置１５−１８から三方弁２０に延
び、該三方弁は図上で示す船の主機関２１用の別
個の冷却水路２２に組込まれている。この冷却水
路には導管２２−２４と導管２２に設置されたポ
ンプ２５がある。

導管１９から導管２６が延び、導管２６は導管
２３から延びる導管２７と一緒になつて前記導管
９に接続されて熱交換器１の入口管を形成する。

冷却系を構成するポンプと三方弁を制御するた
め中央制御ユニツト２８がある。この制御ユニツ
トには（信号線２９により）前記温度検出器１４
と、（信号線３０と３１によつて）三方弁１２と、
（信号線３３により）ポンプ２−５を個別に起動
させ、停止させるための装置である選択起動用設
備３２とが接続されている。信号線３４，３５，
３６，３７が選択起動用設備３２とそれぞれのポ
ンプ２−５間に延びている。

また、冷却水路２１−２５内の三方弁２０と温
度検出器（図示せず）も制御ユニツト２８に接続
されている。

上述した冷却系の運転は次のように行われる。

想定された時点でポンプ３が運転中として、海
水が導管７から熱交換器１に流れ、次いで導管８
を流れて海に出る。同時にポンプ１３で清水が導
管１０を通つて装置１５−１８に流れ、さらに導
管１９を通つて主機関２１の特定冷却水路に流れ
る。導管１９からは清水の一部分が導管２６を直
接導管９に流れ、残りの清水が三方弁２０をポン
プ２５に向けて流れる。ここから清水が導管２
２、主機関２１を通つて導管２３に流れ、さらに
その一部が導管２４を再循環し、残余の清水が導
管２７を経て導管９に導かれる。

三方弁２０の調節は、導管２２，２３（図示せ
ず）で検出された温度値の指示で制御ユニツト２
８を介して自動制御される。

導管２６，２７から出る清水は、さらに導管９
を流れ、これより清水の一部は側管１１を通つて
直接導管１０に流れるが、残りの清水は熱交換器
１に流れて海水で冷やされる。

三方弁１２の調節は導管１０の温度検出器１４
で検出された温度に応答して制御ユニツト２８に
より制御される。三方弁１２は温度検出器１４で
の温度が絶えず所定値に保たれるよう自動的に調
節される。時として装置１５−２０および主機関
２１で若干余計に冷却を必要とすることとなる
と、導管１０の清水に若干の温度上昇が生じる。
これに対する信号が信号線２９を経て制御ユニツ
ト２８に入力され、ここから三方弁１２の調節用
信号が信号線３０を介して出力される。その結
果、三方弁１２の位置が若干変更され、より多量
の清水が熱交換器１に流れるようになり、一方こ
れに対応してより少量の清水が側管路１１に向け
られる。それによつて温度検出器１４を流れる清
水温度が再び前記所定値に下る。

次に、二次冷却水の流量を検出して選択起動用
設備３２を制御する制御手段１２，２８，３１に
ついて説明する。

このようにして逐次冷却需用が生じると、側管
路１１の流量がますます少くなる。側管路１１
（ならびに熱交換器１）の流量の測定のため、三
方弁１２の弁本体位置が絶えず検出される。弁本
体位置、すなわち側管路１１の流量を表わす信号
が信号線３１を経て制御ユニツト２８に入力され
る。この信号が側管路１１の流量がある最低の値
に減少したことを示すと、制御ユニツト２８から
ポンプ選択起動用設備３２に信号を出力し、該設
備からの信号がポンプ４を起動させて、若干遅れ
てポンプ３を停止させる。

ポンプ４は、ポンプ３より若干容量が大きく、
熱交換器１に海水を余計に流させる。それ故に熱
交換器１の清水の流れは以前より効果的に冷却さ
れ、導管１０の清水の温度も低められる。この温
度は温度検出器１４で検出され、導管１０で所定
温度が得られるまで側管路１１への流れが増え、
熱交換器１内の流れが減るように三方弁１２の位
置が変化する。

しばらくして装置１５−１８、または主機関２
１で冷却の需用が再度減ると、導管１０内の温度
が下がる。この結果、弁１２の位置が変わり、側
管路には前よりも余計に流れるようになり、これ
に伴い熱交換器１にも流れが少なくなる。冷却需
用が極めて減つた結果として、側管路１１の流量
がある最大値に増加すると、信号が制御ユニツト
２８からポンプ選択起動用設備３２に出力され、
ここで信号がポンプ３を始動させ、若干遅れてポ
ンプ４を停止させる。

ポンプ３はポンプ４より小容量で、前回よりも
海水を少量熱交換器１に流し、熱交換器１を流れ
る清水の冷却効果を少なくさせる。したがつて導
管１０の温度が昇り、それが温度検出器１４で検
出されて、つづいて三方弁１２の位置の変化とな
り、導管１０が所定温度になるまで側管路１１の
流れが少なくなる。

冷却需用が急にあまり多く増加し、一段大きい
容量の新しいポンプが起動しても不足することと
なり、側管路１１の流量が指定の最小値に減る
か、またはそれ以下に下ると、他の新しいさらに
一段と大きい容量をもつポンプが起動される。一
方、冷却需用が急激に極度に減少すると、小容量
の新しいポンプが逐次接続される。

上述した実施例では別個の容量をもつ四台のポ
ンプがあつて、ポンプは一時に一台だけ運転され
るように設置されている。これらのポンプは遠心
ポンプであると想定した。ポンプが正圧形のポン
プであると二台以上のポンプが同時に運転可能で
ある。この場合使用されるポンプ容量は、上記例
による場合よりは数段の若干小刻みの段階で変り
うる。他の変形態様では、ポンプ全部が同じ大き
さのものでもよい。この場合は、ポンプが遠心ポ
ンプであつても、一台以上のポンプが同時に運転
されることができる。さらに、同じ大きさのポン
プの一台がいわゆる二速度モータを備えており、
ポンプが二つの別の容量で運転されることもでき
る。

以上説明したように本発明は、中央冷却器の熱
交換器の側管路を通る二次冷却水の流量を検出し
て、該流量が所定の第１の値にまで減少したとき
ポンプ容量を段階的に増加させ、所定のより高い
第２の値にまで増加したときポンプ容量を段階的
に減少させるように、２台以上のポンプのそれぞ
れを個別に起動または停止することにより、運転
されるポンプ容量をそのときどきの冷却需要に適
合したものとし、しかも、必要とするポンプと制
御設備の購入費およびこれらの機器の運転費を含
めて冷却のための費用を従来のものと比較して低
く抑えることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は船舶用の冷却設備の例を示す。 １……熱交換器、２，３，４，５……ポンプ、
９……入口管、１０……出口管、１１……側管
路、１２……三方弁（制御弁）、１３，２５……
ポンプ、１４……温度検出器、１５，１６，１
７，１８……装置、２０……三方弁（制御弁）、
２１……主機関、２８……中央制御ユニツト、３
２……ポンプ選択起動用ユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 種々の冷却需要を有する装置系１５−１８，
   ２１の中で中央冷却器として配置された熱交換器
   １を流れる一時冷却水の汲上げのために必要なポ
   ンプ容量を制御する方法であつて、該熱交換器は
   二次冷却水のための該装置系から出ている入口管
   ９と該装置系に通じる出口管１０とを有し、該入
   口管９と該出口管１０の間には側管路１１が配置
   されており、また検出された冷却需要に応じて該
   側管路１１と熱交換器１を通つて流れる二次冷却
   水の流量を制御するために配置された制御弁１２
   を備えるものにおいて、前記熱交換器１を流れる
   一次冷却水汲上げ用の２台以上のポンプ２，３，
   ４，５の前記ポンプ容量を、前記熱交換器１と側
   管路１１のいずれか一方を流れる二次冷却水の流
   量に応じて段階的に、すなわち、運転中、側管路
   １１の二次冷却水流量が所定の第１の値にまで減
   少したとき、ポンプ容量を増やすため停止中の１
   台のポンプを追加起動させ、または運転中のポン
   プを停止中のより大容量のポンプで交代させ、あ
   るいは、運転中、側管路１１の二次冷却水流量が
   第１の値より高い所定の第２の値にまで増加した
   とき、ポンプ容量を減らすため運転中のポンプを
   １台停止させ、または運転中のポンプを停止中の
   より小容量のポンプで交代させるように制御する
   ことを特徴とする一次冷却水汲上げポンプの容量
   の制御方法。 ２ 前記側管路１１を流れる二次冷却水の流量を
   制御弁１２の弁本体の位置の検出により検知する
   特許請求の範囲第１項に記載の一次冷却水汲上げ
   ポンプの容量の制御方法。 ３ 種々の冷却需要を有する装置系１５−１８，
   ２１の中で中央冷却器として配置された熱交換器
   １を流れる一時冷却水の汲上げのために必要なポ
   ンプ容量を制御する設備であつて、該熱交換器は
   二次冷却水のための該装置系から出ている入口管
   ９と該装置系に通じる出口管１０とを有し、該入
   口管９と該出口管１０の間には側管路１１が配置
   されており、また検出された冷却需要に応じて該
   側管路１１と熱交換器１を通つて流れる二次冷却
   水の流量を制御するために配置された制御弁１２
   を備えるものにおいて、 前記熱交換器１を通して一次冷却水を送水する
   ための２台以上のポンプ２，３，４，５のそれぞ
   れを、個別に起動させ、停止させるための装置３
   ２と、側管路１１および熱交換器１のいずれか一
   方を流れる二次冷却水の流量を検出して側管路１
   １の二次冷却水流量が所定の第１の値にまで減少
   したとき、ポンプ容量を増やすため停止中の１台
   のポンプを追加起動させ、または運転中のポンプ
   を停止中のより大容量のポンプで交代させ、ある
   いは、運転中、側管路１１の二次冷却水流量が第
   １の値より高い所定の第２の値にまで増加したと
   き、ポンプ容量を減らすため運転中のポンプを１
   台停止させ、または運転中のポンプを停止中のよ
   り小容量のポンプで交代させることにより、ポン
   プ容量を段階的に調節するように前記装置３２を
   制御する制御手段１２，２８，３１を有すること
   を特徴とする一次冷却水汲上げポンプの容量の制
   御設備。 ４ 前記制御手段１２，２８，３１は制御弁１２
   の弁本体の位置を検出するように配置された特許
   請求の範囲第３項に記載の一次冷却水汲上げポン
   プの容量の制御設備。