JPS60149803A - 廃熱回収システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の廃熱を有すＪに回収し、て再利用
するための廃熱回収システムに関するものである。

従来技術 従来、船舶において船内所要加熱源として、ディーゼル
機関のような主内燃機関の排ガス廃熱を排ガスエコノマ
イザで回収し、水蒸気を発生させて利用していた。換言
するならば、従来の船舶においては主内燃機関の廃熱回
収システムが採用され′Ｃおり、排ガスエコノマイザが
内燃機関の排ガスより廃熱回収して水蒸気を発生し、そ
の水蒸気を利用して燃料油タンクの加熱等の船内雑用加
熱を行っζいる。

しかし、その発生蒸気星は、内燃機関の出力に大行比例
し、小出力機関または寒冷地仕様船舶の機関では、所要
加熱蒸気量に比べ、十分なＩＮ＆熱回収蒸気量を発生さ
せることができず、不足分を補助ボイラの追い焚きまた
ば発電隠関を駆動することにより電気ヒーターを使用す
ることで袖っているのが実情である。即ち、船舶の主機
関の廃熱総量自体は、そのような低出力船舶や寒冷地仕
様船舶の船内所要雑用加熱を十分賄える足であるにもか
かわらず、従来の廃熱回収システムでは、低出力船舶や
寒冷地仕様船舶の船内所要雑用加熱を全て賄うことがで
きなかった。

そこで、内燃機関の廃熱回収効率を高めるために液冷式
の内燃機関のシリンダジャケットの冷却液からも廃熱回
収することが考えられるが、現状の内燃機関シリンダジ
ャケット冷却は、水で行なわれており、その冷却温度レ
ヘルは、機関出口で８０〜８５℃程度である。しかし、
そのような低温では十分な熱エネルギを回収できない。

廃熱回収及び廃熱利用を考えると、機関出口温度が１３
０〜１４０℃以上の高温冷却とする必要があるが、冷却
媒体に水を用いると、沸騰を防止するために加圧する必
要があり、機関強度設計上問題となる。

発明の目的 そこで、本発明は、低出力船舶や寒冷地仕様船舶におい
ても省エネルギを実現できる廃熱回収システムを提供せ
んとするものである。

更に具体的に述べるならば、本発明は、従来の内燃機関
を特別改良することなく内燃機関冷却液からの廃熱回収
を可能にして、内燃機関の掃気ガス又は排ガスと冷却液
の両方より廃熱回収して総合熱効率を高めた廃熱回収シ
ステムを提供せんとするものである。

発明の構成 ずなわぢ、本発明によるならば、水より沸点が十分高い
冷却液による主内燃機関シリンダ冷却ジャケットの高温
冷却方式を採用し、その高温冷却液より廃熱を回収し、
内燃機関の掃気ガス又は排ガスからの廃熱回収と合わせ
て、４′「用加熱源を十分賄える量の廃熱回収して、省
エネルギ化を更に促進し、総合熱ジノ率を高める。

従って、本発明は、二段式ともいうべき方式の廃熱回収
システムを実現している。

更に具体的に述べるならば、本発明の第１の特徴による
ならば、液冷式の内燃機関と、水よりも／１ｉ１１１点
の高い冷却液を前記内燃機関の冷却ジャケットに供給す
る循環ポンプと、前記内燃機関から排出される冷却液を
受＆Ｊて該冷却液により前記内燃機関からの排ガスを冷
却する排ガスエコノマイザと、該排ガスエコノマイザに
おける排ガス冷却により更に加熱された冷却液を受ける
一方、熱交換済の冷却液を前記循環ポンプへ送る熱交換
式加熱装置とを具備し”ζ構成される廃熱回収システム
か提供される。

また、本発明の第２の特徴によるならば、液冷式の内燃
機関と、水よりも８１１点の高い冷却ｌｌｌ＜を供給す
る循環ポンプと、該循環ポンプよりの冷却ｌ＆を受けて
１ｊｉｊ記内燃機関への空気を冷却する空気冷却器と、
該空気冷却器から排出される冷却？＋νを受４Ｊて該冷
却液によりｉ’＋ｉｊ記内燃機関からの排ガスを冷却す
る排ガスエコノマイザと、該１ノ１ガスエ」ノマイザに
おける排ガス冷却により更に加！；ハされた冷却液をう
ける一方、熱交換済の冷却液を前記循環ポンプへ送る熱
交換式加熱装置とを具備し゛Ｃ構成される廃熱回収シス
テムが提供される。

更に、本発明の第３のｑ！Ｊ徴によるならば、Ｎｋ７’
＝式の内燃機関と、水よりも１Ｊｌｆ点の高い冷却液を
供給する循環ポンプと、該循環ポンプＪ、りの冷却を受
けて前記内燃機関を冷却する内燃機関の冷却ジャケット
と、前記循環ポンプよりの冷却液を同様に受けて前記内
燃機関への空気を冷却する空気冷却器と、該空気冷却器
と前記冷却ジャケントとから］ノ１出される冷却液を受
Ｌ）て該冷却液により前記内燃機関からのｊＪＦガスを
冷却する排ガスエコノマイザと、該排ガスエコノマイザ
における排ガス冷却により更に加熱された冷却液を受け
る一方、熱交換済の冷却１１νを前記循環ポンプへ送る
熱交換式加熱装置とを具備して構成される廃熱回収シス
テムが提供される。

実施例 以下添イ」図面を参照し゛ζ本発明による廃熱回収シス
テムの実施例を説明する。

第１図は、本発明による内燃機関のための廃熱回収シス
テムの一実施例の系統図である。

図示のシステムにおいて、例えば船舶の主ディーゼル機
関■へ、主機関空気冷却器２を介して掃気用空気が供給
される。この空気冷却器は、通常１４０℃１）ＩＮ後の
空気を４５°Ｃ前後まで冷却する。また、主ディーゼル
機関ｌからの１ノ１ガスば、通常２６０°Ｃ前後あり、
排ガスエコノマイザ３へ送り込まれる。

そのような主ディーセル機関１のシリンダ冷却ジャケッ
ト４と空気冷却器２の高温部とに無法透明で腐食性がな
く沸点１９７℃のエチレングリコールのような、水より
も沸点の高い冷却液が循環ポンプ５から供給される。

シリンダ冷却ジャケット４と空気冷却器２の高温部へ供
給されるこの冷却１１には、以下サーマルオイルと称す
るが、沸点が水より相当高く、常温で液体となっ゛（お
り且つ粘性抵抗が水と比べ゛（高くなく、シリンダ冷却
ジャケット等に対してＩ’Ｊ食性がない液体であれば、
オイルに限らずどのような液体でもよい。

そのサーマルオイルは、シリンダ冷却ンヤゲットと空気
冷却器の高温部をそれぞれ通る際に　１３０〜１４０℃
に加熱される。

主ディーゼル機関ｌのシリンダ冷却ジャケット４を通る
際シリンダを冷却することにより加！ｔトされたサーマ
ルオイルと、空気冷却器２において、主ディーゼル機関
１へ送られる空気との熱交換により加熱されたサーマル
オイルは、もう１つの循環ポンプ６により昇圧されて、
三方弁３Ａを介してＪ））ガスエコノマイザ３へ送られ
る。この排ガスエコノマイザ３において、既に成る程度
加熱されているサーマルオイルが２６０°Ｃｉ’ｉｉＪ
後の排ガスと熱交換されて更に加熱されて　１９０°Ｃ
前後に加熱されて、分配用マニホルド２４Ａに供給され
る。

この分配用マニボル）”２４Ａには、第１図に示すよう
に、主機関燃料油加熱器１１、造水装置１２、燃料油タ
ンク１３、燃料油ｌｎ浄機加ｊ：ハ器１４、Ｃ重油サー
ビスタンク１５、Ｃ重油澄タンク１６、Ａ重油タンク１
７、潤ｌｈ油ｌｌ￥浄機加熱器１８、カロリファイア−
１９、スラッジタンク２０、雑用熱交換式加熱器２１、
居住区暖房器２２、および居住区サービス用熱交換式加
熱器２３等の熱交換式加熱装置が接続されている。それ
ら熱交換式加熱装置装置で熱放出して冷却したサーマル
オイルは、集合用マニホルド２４Ｂにより集められ′（
三方弁８八を介し“ζ循環ポンプ５へ戻される。

集合用マニホルド２４Ｂの出口側と三方弁８Ａとの間に
は、サーマルオイル冷却器８が接続されている。このサ
ーマルオイル冷却器８は、サーマルオイルを常に一定の
温度以下にして主ディーセル機関ｌのシリンダ冷却ジャ
ケット４及び空気冷却器２へ供給するために、サーマル
オイルの余分な熱を除去するもである。このように一定
温度以−［被冷却物よりの吸熱量をほぼ一定値以上に保
つことができる。

それ故、熱交換式加熱装置１１より２３までの全゛（が
使用されてサーマルオイルが十分に冷却され°ζいる場
合は、サーマルオイル冷却器８をバイパスするように三
方ブｒ８Ａを操作し、反ヌＪに、組合用マニボル］ζ２
４１３からのサーマルオイルが一定温度以上のときは、
三方弁８Δを操作してサーマルオイル冷却器８を通して
循環ポンプ５へ戻す。

主う−イーゼル機関１のシリンダ冷却ジャケット２の出
口は、サーマルオイル膨張タンク９にも接続されている
。このサーマルオイル膨張タンク９は、サーマルオイル
の余分な圧力を逃すための膨張バッファとして機能する
。サーマルオイル膨張タンク９の出口は、集合用マニホ
ルド２４Ｂの出口に接続され、更に、サーマルオイルタ
ンク１０に接続され゛（いる。そのサーマルオイルタン
クｌＯば、サーマルオイルの循環ポンプ５の入口に接続
されている。

なお、主ディーゼル機関が休止しているとき又は主ディ
ーゼル機関の廃熱量が少ないとき、熱交換式加熱装置１
１〜２３を動作させるために補助ボイラ７が設けられて
いる。この補助ボイラ７は、三方弁３Ａを介してＪＪＦ
ガスエコノマイザ３に並列に接続されζいる。

以上の如き廃熱回収システムは、次の如く動作する。

主ディーゼル機関ｌが動作するときは、補助ボイラ７は
使用されず、三方弁３Ａは、循環ポンプ６よりのサーマ
ルオイルを排ガスエコノマイザ３のみ・＼供給する状態
におく。なお、三方弁８Ａは、熱交換式加熱装置１１〜
２３の使用状況等に合わせてサーマルオイル冷却器８を
使用する状態又は使用しない状態におく。

この状態において、冷却液は、循環ポンプ５によって、
ディーゼル機関１のシリンダ冷却ジャケット４と空気冷
却器２へ送られ、シリンダと掃気ガスとをそれぞれ冷却
することにより　１３０〜１４０°Ｃに加熱される。次
いで、もう１つの循環ポンプ６により昇圧されて三方弁
３Ａを介し゛ζＪＪＩガスエコノマイザ３へ送られ、そ
こで、ディーゼル機関１の排ガスから廃熱回収をして１
９０℃前後までに更に加熱される。

このようにして高温になったサーマルオイルは、分配用
マ；゛−ホルＦ２４Ａを介して主機関燃料油加熱器１１
から居住区サービス用熱交換式加熱器２３まで送られ、
船内所要雑用加熱を行う。

主ディーゼル機関１の停止時は、補助ボイラ７が使用さ
れ、三方弁３Ａは、循環ポンプ６からのサーマルオイル
を？ｉｌｉ助ホイラ７へ供給するように切替えられる。

かりジζ、補助ボイラ７で加熱されたサーマルオイルは
分配用マニホル）”２４Ａを介して熱交換式加熱装置１
１〜２３へ供給される。

以上から明らかなように、上記実施例にあっては、空気
冷却器２と、主ディーゼル機関のシリンダ冷却ジャケッ
ト４と、排ガスエコノマイザ３との三者よりサーマルオ
イルを使用して廃熱回収しているので、従来に比べて多
くの内燃機関廃熱を回収できる。それ故、従来の廃熱回
収システムにおりる排ガスエコノマイザによる発生水蒸
気で船内所要４“ＩＬ用加熱量を賄うことのできなかっ
た低出力船または寒冷地仕様船においても、上記実施例
を適用するならば、サーマルオイルによる廃熱回収量ご
、全ての所要雑用加熱を行うことができ、省エネルギに
貢献できる。

第２図は、従来システムにおりる雑用蒸気量と主機関出
力の関係の一例を示す。Ｗ、は主機関出力に対応した排
ガスエコノマイザで発生ずる雑用蒸気量を示し、Ｗ２お
よびＷ３は、船内所要加熱蒸気量を示す。但し、Ｗ２で
は造水装置での造水量が８　ＴＯＮ　７日、Ｗ３では１
５ＴＯＮ　７日としである。

このように、従来システムでは、このＷ２又はＷ３とＷ
、の差の蒸気量に対応する加熱量を、ボイラ追い焚きま
たは発電機駆動による電気ヒーター加熱で補う必要があ
った。

第３図は、上記実施例によるサーマルオイルによる廃熱
回収システムを適用した場合の主機関出力に対応した省
エネルギ量の一例を示す。同図で、造水量は１５ＴＯＮ
　７日に対応させζいる。尚、省１ネルギ量ば、電気ヒ
ーター換算してｌ（Ｗ表示とした。

第３図かられかるように、上記実施例による１３Ｅ熱回
収システムを適用するならば、廃熱回収量かＪｌｌｔ　
Ｋｍ的に増大する。主機関出力２０００ｐｓで約３４０
１（１−１の省エネルギを達成できる。この省エネルギ
量と、第２図におりるＷ、とＷ２又Ｗ３との差を比較す
るならば、従来のシステムに不足エネルギーを」二記実
施例によれば十分賄うことができることがわかろう。

それ故、上記実施例によるならば、従来システムでは船
内所要５１１を用熱エネルギーを賄うことができなかっ
た低出力船や寒冷地仕様船において、主内燃機関の廃熱
のみで船内所要雑用熱エネルギーを賄うことができ、省
エネルギーに著しく貢献できる。

なお、上記実施例においては、ザーマルオイルを空気冷
却器２とシリンダ冷却ジャケット４との両方に分割して
供給しているが、船内所要雑用熱エネルギが少ない場合
や内燃機関の廃熱総量が多い場合には、空気冷却器２と
シリンダ冷却シャケソトノいずれか一方のみを通して排
ガスエコノマイザ３へ供給するようにしてもよいことは
、当業者には明らかであろう。

発明の詳細 な説明したごとから明らかなように、本発明による廃熱
回収システムにおいては、主内燃機関の冷却ジャケット
及び空気冷却器の少なくとも一力を、水より沸点の高い
ンθ却液により高温冷却して廃熱回収し、その冷却ｌ＆
を排ガスエコノマイザに送って更に廃熱回収し、その１
ｒＩＪ温冷却液により船内所要雑用加熱を行っ−（いる
。

このように本発明におい′（は、生白３／Ａ機関の冷却
ジャケットや空気冷却器の冷却媒体に、沸点が高く、高
温熱安定性の良い冷却液を使用す条ため、大気圧で高温
冷却システムを適用することができるので、従来の内燃
機関の機関強度を高める等の改良を一切必要とせずに従
来の内ｆ、Ａ　ｔｉｌｌ関をそのまま使用して、内燃機
関の排ガスだけでなく冷却ジャケット又は空気冷却器か
らも冷却１１により９ＪＪ率的に１３と熱回収をするこ
とができ、その回収熱により船内所要雑用加熱を行うこ
とができる。

従っζ、本発明によれば、低出力船舶や寒冷地仕様船舶
において内燃機関の廃３．ハ利用による省エネルギを実
現できる。

しかしながら、本発明の１発熱回収システムは、船舶に
限らず、陸上で使用される内燃機関のｊ３ε；；ｌ、４
回収システムとしてもリノ果的に使用できることは当業
者にとっては明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による内燃機関のための廃熱回収シス
テムの一実施例の系統図、第２図は、従来システムにお
ける雑用蒸気量と主機関出力との関係の一例を示すグラ
フ、そして、第３図は、本発明による廃熱回収システム
による省エネルギ量の一例を示すグラフである。 （主な参照番号） ■・・主ディーゼル機関、２・・空気冷却器、３・・Ｊ
ＪＬガスエコノマイザ、 ４・・主機関シリンダ冷却ジャケット、５、し・・ｉ！
Ｉ！Ｉ環ポンプ、 ７・　・１市助ボイラ、 ８・・ザーマルオイル冷却器、 ９・・ザーマルオイル膨張タンク、 １０・・ザーマルオイルタンク、 １１・・主機関燃料油加熱器、 １２・・遣水装置、　１３・・燃料油タンク、１４・・
燃料油／ｌ１ｉ１７Ｉｌ幾加熱器、１５・・Ｃ市浦ザー
ビスタンク、 １６・・Ｃ１１ｆ油澄タンク、１７・・Ａ重油タンク、
１８・・潤）゛ル浦消浄（幾加熱器、 １９・・カロリファイア−１２０・・スラッジタンク、
２１・・雑用熱交換式加熱器、２２・・居住区暖房器、
２３・・居住区サービス用熱交換式加熱器。 特許出願人　住友止機械］ニ業株式会社復代理人　弁理
士　新居正彦 第２図 王供゛関比力（ＰＳ） 第３図 工礁関比７７　（ＰＳ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液冷式の内燃機関と、水よりも沸点の高い冷却液
   をｆｉｉｉ記内燃機関の冷却ジャケットに供給する循環
   ポンプと、前記内燃機関から排出される冷却液を受けて
   該冷却液により前記内燃機関からの排ガスを冷却する排
   ガスエコノマイザと、該排ガスエコノマイザにおける排
   ガス冷却により更に加熱された冷却液を受ける一方、熱
   交換済の冷却液を前記循環ポンプへ送る熱交換式加熱装
   置とを具備して構成されていることを特徴とする廃熱回
   収システム。 （２）前記内３ＦＡ機関は、船舶の主機関であり、前記
   熱交換式加熱装置は、主機関燃料油加熱器、造水装置、
   燃料油タンク、燃料油清浄機加熱器、Ｃ重油サービスタ
   ンク、Ｃ重油澄タンク、Ａ重油タンク、潤滑油清浄機加
   熱器、カロリファイア−、スラッジタンク、雑用熱交換
   式加熱器、居住区暖房器、および居住区サービス用熱交
   換式加熱器の少なくとも１つを包含していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の廃熱回収システム。 （３）前記熱交換式加熱装置よりの冷却液は、該冷却液
   を所定温度まで冷却する冷却器を介しχ前記循環ポンプ
   へ送られることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の廃熱回収システム。 （４）前記排ガスエコノマイザに並列に接続可能に補助
   ボイラが設げられ、前記内燃機関の休止時、該補助ボイ
   ラが冷却液を加熱して前記熱交換式加熱装置に供給する
   ようになされていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第３項のいずれかに記載の廃熱回収システム。 （５）　液冷式の内燃機関と、水よりも沸点の高い冷却
   液を供給する循環ポンプと、該循環ポンプよりの冷却液
   を受けて前記内燃機関への空気を冷却する空気冷却器と
   、該空気冷却器から排出される冷却液を受けて該冷却液
   により前記内燃機関からの排ガスを冷却する排ガスエコ
   ノマイザと、該排ガスエ」ノマイザにお番ノる排ガス冷
   却により更に加熱された冷却ｌｆ１．１．をうりる一方
   、熱交換済の冷却液を前記循環ポンプへ送る熱交換式加
   熱装置とを具備して構成されていることを特徴とする廃
   熱回収システム。 （６）前記内燃機関は、船舶の主機関であり、前記熱交
   換式加熱装置は、主機関燃料油加熱器、造水装置、燃料
   油タンク、燃料油清浄機加熱器、Ｃ重油サービスタンク
   、Ｃ正油澄タンク、Ａ重油タンク、潤滑油清浄機加熱器
   、カロリファイア−、スラッジタンク、雑用熱交換式加
   熱器、居住区暖房器、および居住区サービス用熱交換式
   加熱器の少なくとも１つを包含していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の廃熱回収システム。 （７）　前記熱交換式加熱装置よりの冷却液は、該冷却
   液を所定温度まで冷却する冷却器を介し゛Ｃ前記循環ポ
   ンプへ送られることを特徴とする特許請求の範囲第５項
   または第６項記載の廃熱回収システム。 （８）前記排ガスエコノマイザに並列に接続可能に補助
   ボイラが設けられ、前記内燃機関の休止時、該補助ボイ
   ラが冷却液を加熱して前記熱交換式加熱装置に供給する
   ようになされていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項から第７項のいずれかに記載の廃熱回収システム。 （９）液冷式の内燃機関と、水よりもｄｌｆ点の高い冷
   却液を供給する循環ポンプと、該循環ポンプよりの冷却
   を受けて前記内燃機関を冷却する内燃機関の冷却ジャケ
   ットと、前記循環ポンプよりの冷却液を同様に受けて前
   記内燃機関への空気を冷却する空気冷却器と、該空気冷
   却器と前記冷却ジャケットとから排出される冷却液を受
   けて該冷却液により１１１Ｊ記内燃機関からの排ガスを
   冷却する排ガスエコノマイザと、該排ガスエコノマイザ
   における排ガス冷却により更に加熱された冷却液を受け
   る一力、熱交換済の冷却液を前記循環ポンプへ送る熱交
   換式加熱装置とを具備して構成されていることを特徴と
   する廃熱回収システム。 αＵ）前記内燃機関は、船舶の主機関であり、前記熱交
   換式加熱装置は、主機関燃料油加熱器、造水装置、燃料
   油タンク、燃料油清浄機加熱器、Ｃ組曲サーヒスタンク
   、Ｃ重油澄タンク、Ａ重油タンク、潤ｆ゛１）油清浄機
   加熱器、カロリファイア−、スラッジタンク、雑用熱交
   換式加熱器、居住区暖房器、および居住区サービス用熱
   交換式加熱器の少なくとも１つを包含していることを特
   徴とする特許請求の範囲第９項記載の廃熱回収システム
   。 （１１）前記熱交換式加熱装置よりの冷却液は、該冷却
   液を所定温度まで冷却する冷却器を介して前記循環ポン
   プへ送られることを特徴とする特許請求の範囲第９項ま
   たは第１０項記載の廃熱回収システム。 （１２）前記ＪＪＩガスエコノマイザに並列に接続可能
   に補助ボイラが設けられ前記内燃機関の休止時、該補助
   ボイラが冷却液を加熱して前記熱交換式加熱装置に供給
   するようになされ°ζいることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項から第１１項のいずれかに記載の廃熱回収シ
   ステム。