JPS6365819B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえば船舶用機関などとして用い
られるデイーゼル機関の排熱回収装置に関する。

〔従来技術〕

近年、度重なる石油価格の高騰によつて各方面
において省エネルギ化を図ることが求められてお
り、これは重油等を燃料とするデイーゼル機関も
例外ではなく、その高効率化を図るべく各種の改
善が進められ、またこれに合わせて従来無駄に廃
棄されていた排ガスのもつ熱エネルギをも効率よ
く回収してその再利用化を図ることが望まれてい
る。特に、後者のように排熱を回収しこれを他の
機器、装置のエネルギ源として利用することは、
余分なエネルギの浪費をなくし、その節減化を図
るうえでその効果は大きいものである。

そして、この種の排熱回収装置として、比較的
高温域にある排熱を回収して再利用するようにし
たものについては従来から種々提案されている
が、効率面からまだまだ改善の余地が残されてお
り、また中、低温域にある排熱をも合わせて効率
よく回収してその再利用化を図ることができ得る
ものは未だ提案されておらず、何らかの対策を講
じることが必要とされている。

これを第１図に示す従来例を用いて簡単に説明
すると、図中符号１はデイーゼル機関、２，３は
その吸、排気管で、これら吸、排気管２，３にま
たがつて排気タービン式の過給機４が設けられて
いる。この過給機４は排気管３内の排ガスにより
吸気管２内の吸入空気を加圧するためのもので、
これにより排ガスのもつ熱エネルギの一部が吸入
空気加圧用として回収利用される。

５は過給機４を通過した排ガスが導入されるこ
とによりその熱エネルギを回収する排熱回収ボイ
ラで、このボイラ５内には排熱回収サイクル系６
を構成する蒸発部７、給水予熱部８が設けられて
いる。そして、これら蒸発部７、給水予熱部８に
て水タンク９から給水ポンプ１０により供給され
る水が排ガスのもつ熱エネルギを回収して順次蒸
発し、その熱水が蒸発部７、給水予熱部８の下流
側に設けられた気水分離器１１にて分離されて蒸
気として取出される。この取出された蒸気は、た
とえば発電機を駆動する蒸気タービン等の熱利用
機器１２のエネルギ源として使用されるほか、そ
の一部は燃料油ストレージタンク１３の加熱用な
どに利用されている。そして、この熱利用された
蒸気は復水されて戻り凝縮水としてタンク９に戻
り、再びボイラ５側に給水されるものである。な
お、前記気水分離器１１は、ボイラ５の給水予熱
部８の出口側に接続されるとともに、この給水予
熱部８から導入された熱水が蒸発部７に接続され
た循環路１４を循環ポンプ１４ａにて順次流れる
ことにより加熱されて気水分離が行なわれるもの
である。また、図中１５はデイーゼル機関１の各
部を冷却する冷却水循環路で、海水等により熱せ
られた冷却水を冷却するクーラ１５ａと、その循
環用のポンプ１５ｂとを備えている。

ところで、上述したように過給機４を用いたデ
イーゼル機関１にあつては、吸気管２を流れる吸
入空気が過給機４にて断熱圧縮されるため発熱
し、その温度が約160℃程度まで上昇してしまう
ものであつた。そして、このままでは空気の容積
が増えすぎ、その吸入空気密度が低下するため、
吸気管２の途中に空気冷却器１６を設け、空気温
度を約60℃程度まで低下させて所望の機関出力が
得られるようにすることが従来から行なわれてい
る。ここで、図中１７はこの空気冷却器１６の冷
却水循環路で、ポンプ１７ａと海水等による間接
的な冷却を行なうクーラ１７ｂとが設けられてい
る。

しかしながら、このような構成では、せつかく
排ガスを利用して加圧した吸入空気のもつ熱エネ
ルギを単に空気冷却器１６にて令却して廃棄して
いるだけであり、無駄であるばかりでなく、空気
冷却器１６としてもある程度の容量をもつものが
必要で、省エネルギ対策上からその改善が求めら
れている。

そして、同様の理由から機関１の冷却水循環路
１５のクーラ１５ａにて廃棄する熱エネルギ等を
も有効に回収することも望まれている。

また、上述した構成において、ボイラ５の入口
側排ガス温度は約320℃程度で、一方出口側温度
は約171℃程度であり、より一層回収効率を高め
ることが望まれており、さらに回収した熱エネル
ギの再利用化にあたつてもその多様化を図ること
が要求されている。

しかし、その一方において、注意すべきこと
は、排ガス中に含まれるイオウ（Ｓ）分の酸化に
よる無水硫酸（SO₃）が水分と化合し硫酸
（H₂SO₄）となつてボイラ５等の伝熱管管壁に結
露することがないようにその管壁温度を酸露点
（約135℃）以上に保つことである。すなわち、上
述したようなSO₃分の結露がボイラ５の伝熱管の
管壁などに付着すると、その部分が腐蝕して損傷
してしまうもので、このような点を考慮すること
が必要とされている。

〔発明の概要〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であり、デイーゼル機関の吸気管で過給機よりも
下流側に排熱回収サイクル系の戻り凝縮水路が接
続された予熱器を設け、この予熱器を排熱回収ボ
イラの低温加熱部を介してその高温加熱部の入口
側に接続するとともに、この予熱器よりも上流側
から分岐した戻り凝縮水のバイパス路を前記ボイ
ラの高温加熱部の入口側に接続し、かつこのバイ
パス路の分岐部よりも上流側に機関の冷却水循環
路をも接続するようにし、さらにこの高温加熱部
の出口側にフラツシヤタンクを設けるという簡単
な構成によつて、従来無駄に捨てられていた吸入
空気の熱エネルギや機関での発生熱を効率よく回
収し、その再利用化を図るとともに、ボイラ伝熱
管管壁での温度をSO₃分の酸露点以上に保ち、そ
の腐蝕防止を図ることができ、またボイラでの回
収効率をも向上させ、さらにフラツシヤタンクに
て蒸気および熱水を得てその再利用化にあたつて
の多様化を図ることが可能となるデイーゼル機関
の排熱回収装置を提供するものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第２図は本発明に係るデイーゼル機関の排熱回
収装置の一実施例を示すものであり、同図におい
て第１図と同一または相当する部分には同一番号
を付してその説明は省略する。

さて、本発明によれば、機関吸気管２の過給機
４下流側に、排熱回収サイクル系６を構成する予
熱器２０を設け、この予熱器２０に熱利用機器１
２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）や燃料油ストレー
ジタンク１３から戻り凝縮水の循環路２１を接続
することにより、過給機４にて昇温された吸入空
気からの熱エネルギを効率よく回収してその再利
用化を図れるように構成している。そして、この
予熱器２０は循環路２２を介してボイラ５の低温
加熱部１９に接続されるとともに、この低温加熱
部１９の出口側は高温加熱部１８の入口側に接続
され、前記予熱器２０にて予熱された熱水を排ガ
スにより加熱して昇温させるように構成されてい
る。また、前記予熱器２０の上流側の循環路２１
途中には、戻り凝縮水の一部が導びかれるバイパ
ス路２３が分岐して設けられており、このバイパ
ス路２３は前記ボイラ５の高温加熱部１８の入口
側に接続されている。さらに、このバイパス路２
３の分岐部よりも上流側には、デイーゼル機関１
の冷却水循環路１５が接続されており、戻り凝縮
水にて機関１での発生熱をも回収し得るように構
成されている。

そして、このような構成によれば、熱利用機器
１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）等側からの戻り
凝縮水は、その途中で機関冷却系からの熱回収に
より若干昇温された後、ポンプ２１ａにて予熱器
２０側に送られる。さらに、この熱せられた循環
路２１内の戻り凝縮水は、前記予熱器２０とボイ
ラ５の低温加熱部１９とで熱せられたものと、バ
イパス路２３を通つて導びかれたものとが、ボイ
ラ５の高温加熱部１８の入口側で合流されてボイ
ラ５内に導入され、排ガスにより加熱されること
になる。

このような構成を採用した理由は、機関の発生
熱および吸入空気の熱を効率よく回収するととも
に、ボイラ５内で特に低温域にある伝熱管管壁温
度を、排ガス中に含まれるSO₃分の酸露点以上に
保ち、この管壁などへの結露による腐蝕を防止す
るためである。すなわち、熱利用機器１２（１２
Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）からの戻り凝縮水の温度が
約70℃程度で、さらに機関発生熱を回収した温度
が約95℃である場合において、その流量が多いと
き、これを全量予熱器２０を通すと、その効率の
よい熱回収が行なえないばかりでなく、ボイラ５
の低温加熱部１９の入口側温度が上述した酸露点
以下となることがある。このため、本発明は上述
した予熱器２０への供給量をその一部をバイパス
することにより調整し、ボイラ５の入口側での温
度が酸露点、約135℃以上に維持できるように構
成するとともに、バイパスされた低温水（約95
℃）を、ボイラ５の低温加熱部１９にて加熱され
た高温水（約163℃）に合流させて全体の温度を
酸露点以上の約140℃程度以上としてボイラ５内
に導入するように構成している。

なお、前記吸気管２内の吸入空気温度は、前記
予熱器２０を設けることにより約160℃から約100
℃まで低減されるもので、これを約60℃程度の機
関導入温度まで空気冷却器１６にて冷却したとし
ても廃棄される熱量は少なく、省エネルギ化を図
るうえで効果的なものであり、しかもこの空気冷
却器１６での負荷が小さいことからその小型化を
図れるといつた利点もある。勿論、上述した吸入
空気を予熱器２０にて必要とされる温度まで低減
できる場合には空気冷却器１６を省略することも
可能である。さらに、本実施例によれば、ボイラ
５での排ガスの入口側が約320℃程度であるとき、
その出口側を約155℃程度とすることができるも
ので、従来に比べ排熱回収効率を高めることも可
能である。

また、本発明によれば、上述したボイラ５にて
得られる約233℃程度の熱水を、多段フラツシヤ
タンク２４（本実施例では二段）を用いて二種類
の低圧蒸気と約120℃程度の熱水とを生じさせ、
これらの蒸気および熱水を、各種の熱利用機器１
２などにより再利用し得るようにし、その多様化
を図つている。蒸気の適用例としてはたとえばタ
ービンを回して動力あるいは発電機を介して電力
として取出すほか、種々の用途が考えられる。ま
た、熱水は図示されるように燃料油ストレージタ
ンク加熱用や冷、暖房用などに適用し得るもの
で、このような120℃の温水をも利用することに
より全体としてのシステム効率が大幅に向上す
る。ここで、図中２５は温水循環ポンプである。

なお、本発明は上述した実施例構造に限定され
ず、各部の形状、構造等を適宜変形、変更するこ
とは自由で、またデイーゼル機関としても船舶用
に限定されず、種々のものに適用できるものであ
る。

たとえばその図示を省略したところもあるが、
各循環路にはポンプや各種制御弁、さらに逆流防
止弁等が適宜設けられるものであり、またフラツ
シユタンク２４にて得られる蒸気と熱水との用途
例としては種々のものが考えられることも言うま
でもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るデイーゼル
機関の排熱回収装置によれば、吸気管の過給機下
流側に排熱回収サイクルの戻り凝縮水が流れる予
熱器を設け、この予熱器を排熱回収ボイラの低温
加熱部を介してその高温加熱部の入口側に接続す
る一方、前記予熱器の上流側から分岐された戻り
凝縮水のバイパス路もこの高温加熱部の入口側に
接続し、かつその分岐部上流側に機関冷却水系を
接続するとともに、前記高温加熱部の出口側にフ
ラツシヤタンクを設けて蒸気および熱水が得られ
るようにしたので、簡単な構成にもかかわらず、
従来無駄に捨てられていた吸入空気や機関冷却水
中の熱エネルギを効率よく回収し、その有効利用
化を図るとともに、ボイラ伝熱管管壁をSO₃分の
酸露点以上に保ち、その腐蝕防止を図ることがで
き、しかもこのボイラでの回収効率をも向上さ
せ、またフラツシヤタンクにて得られる蒸気およ
び熱水にてその熱エネルギの再利用化を図るうえ
でその多様化を図ることができる等の種々優れた
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略を示す系統図、第２図
は本発明に係るデイーゼル機関の排熱回収装置の
一実施例を示す系統図である。 １……デイーゼル機関、２，３……吸、排気
管、４……過給機、５……排熱回収ボイラ、６…
…排熱回収サイクル系、１２……熱利用機器、１
３……燃料油ストレージタンク、１５……機関冷
却水循環路、１６……空気冷却器、１８，１９…
…高、低温加熱部、２０……予熱器、２１，２２
……サイクル循環路、２３……バイパス路、２４
……フラツシヤタンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ デイーゼル機関からの排ガスにより吸気管内
   の吸入空気を加圧する過給機と、この過給機を通
   過した排ガスが導入されその熱エネルギを回収す
   る高温加熱部および低温加熱部を有する排熱回収
   ボイラと、このボイラの高温加熱部出口側に接続
   され蒸気および熱水を熱利用機器に供給するフラ
   ツシユタンクとを備え、前記吸気管の過給機下流
   側には、前記熱利用機器からの戻り凝縮水を加熱
   し前記ボイラの低温加熱部を経てその高温加熱部
   の入口側に接続される予熱器が設けられるととも
   に、その上流側から分岐されたバイパス路が前記
   ボイラの高温加熱部の入口側に接続され、かつこ
   のバイパス路よりも上流側の戻り凝縮水循環路に
   は前記デイーゼル機関の冷却水循環路が接続され
   ていることを特徴とするデイーゼル機関の排熱回
   収装置。