TW202307329A - 船舶用內燃機的冷卻水控制裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供可準確地進行船舶用內燃機的冷卻系統中的缸套(jacket)冷卻水的控制的船舶用內燃機的冷卻水控制裝置。 [解決手段]本發明之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置1為控制在船舶用內燃機51的冷卻水循環路徑52具備冷卻器53及排熱利用機器54的冷卻系統50的缸套冷卻水的裝置，具備：溫度檢測機構2a、2b，檢測通過船舶用內燃機51的缸套冷卻水的溫度；第1旁通機構3，調整繞過冷卻器53(bypass)的旁通流量；第2旁通機構4，調整繞過排熱利用機器54的旁通流量；及控制機構10，根據溫度檢測機構2a、2b的檢測，控制第1旁通機構3及第2旁通機構4的作動。

Description

船舶用內燃機的冷卻水控制裝置及方法
本發明是關於一種船舶用內燃機的冷卻水控制裝置及方法。
在用以冷卻船舶用的柴油引擎(diesel engine)等內燃機的冷卻水循環路徑，除了冷卻缸套(jacket)冷卻水的冷卻器之外，一般設有利用內燃機的排熱的造水裝置等排熱利用機器，船舶的組員(crew)一邊觀看缸套冷卻水的水溫一邊進行對造水裝置等的流量調整。
但是，近年來，因機關室省人化或組員技術降低，因此無法順利對造水裝置調整流量、或無法取得所需造水量等操作失誤(misoperation)增加，因此對將缸套冷卻水的控制自動化的需求增高。
以將內燃機的冷卻系統中的缸套冷卻水的控制自動化的裝置而言，已知例如專利文獻1所揭示的排熱回收利用系統。如圖4所示，排熱回收利用系統100對使柴油引擎101的缸套冷卻水作循環的缸套冷卻水循環路徑102，除了缸套冷卻器103之外，設有：由缸套冷卻水回收熱而進行發電的發電機構104、及由缸套冷卻水回收熱而進行造水的造水機構105。
在該排熱回收利用系統100中，供給至柴油引擎101之前的缸套冷卻水的溫度藉由第1溫度計測機構106予以計測，若該計測溫度低於設定溫度，藉由第1三通閥107的驅動控制，缸套冷卻水通過旁通(bypass)流路108。此外，藉由發電機構104所為之熱回收後的缸套冷卻水的溫度藉由第2溫度計測機構109予以計測，且根據該計測溫度，開閉閥110受到開閉控制，藉此調整藉由發電機構104所為之來自缸套冷卻水的回收熱量。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-160132號公報
[發明所欲解決之課題]
上述的排熱回收利用系統100對缸套冷卻器103及發電機構104使缸套冷卻水旁通的控制均根據缸套冷卻水的計測溫度來進行，惟計測各個的第1溫度計測機構106及第2溫度計測機構109由於計測在彼此不同的機器(亦即柴油引擎101及發電機構104)流動的缸套冷卻水的溫度，因此在柴油引擎101的負荷變動時等，有難以將被供給至柴油引擎101的缸套冷卻水的溫度維持在所希望範圍之虞。
因此，本發明之目的在提供可準確地進行船舶用內燃機的冷卻系統中的缸套冷卻水的控制的船舶用內燃機的冷卻水控制裝置及方法。 [用以解決課題之手段]
本發明之前述目的藉由以下來達成：一種船舶用內燃機的冷卻水控制裝置，為控制在船舶用內燃機的冷卻水循環路徑具備冷卻器及排熱利用機器的冷卻系統的缸套冷卻水的裝置，具備：溫度檢測機構，檢測通過前述船舶用內燃機的缸套冷卻水的溫度；第1旁通機構，調整繞過前述冷卻器的旁通流量；第2旁通機構，調整繞過前述排熱利用機器的旁通流量；及控制機構，根據前述溫度檢測機構的檢測，控制前述第1旁通機構及第2旁通機構的作動。
在該船舶用內燃機的冷卻水控制裝置中，前述溫度檢測機構可配置成檢測供給至前述船舶用內燃機之前的缸套冷卻水的溫度，前述控制機構可以前述溫度檢測機構的檢測溫度成為預先設定的溫度範圍內的方式，控制前述第1旁通機構及第2旁通機構的作動。
若設置複數個前述排熱利用機器，前述第2旁通機構可按每個前述排熱利用機器而設，前述控制機構可根據對複數個前述排熱利用機器預先設定的優先順位，個別控制前述第2旁通機構的作動。在該構成中，亦可進一步具備：加熱機構，將在前述冷卻水循環路徑流通的缸套冷卻水加熱，前述控制機構可根據前述溫度檢測機構的檢測，控制前述加熱機構的作動。
前述排熱利用機器的至少任一者可形成為藉由將缸套冷卻水作為熱源而使海水蒸發來製造淡水的造水裝置。
此外，本發明之前述目的藉由以下來達成：一種船舶用內燃機的冷卻水控制方法，為控制在船舶用內燃機的冷卻水循環路徑具備冷卻器及排熱利用機器的冷卻系統的缸套冷卻水的方法，在前述冷卻系統設置：溫度檢測機構，檢測通過前述船舶用內燃機的缸套冷卻水的溫度；第1旁通機構，調整繞過前述冷卻器的旁通流量；及第2旁通機構，調整繞過前述排熱利用機器的旁通流量，根據前述溫度檢測機構的檢測，操作前述第1旁通機構及第2旁通機構來調整旁通流量。 [發明之效果]
藉由本發明，可提供可準確地進行船舶用內燃機中的缸套冷卻水的控制的船舶用內燃機的冷卻水控制裝置及方法。
以下參照所附圖示，說明本發明之一實施形態。圖1為本發明之一實施形態之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置的概略構成圖。圖1所示之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置(以下僅稱為「冷卻水控制裝置」)1為在作為船舶的主機的柴油引擎等船舶用內燃機51的冷卻水循環路徑52具備冷卻器53及排熱利用機器54的冷卻系統50中，控制在冷卻水循環路徑52流動的缸套冷卻水者。
排熱利用機器54為例如造水裝置，藉由將缸套冷卻水作為熱源而使海水蒸發來製造淡水。排熱利用機器54若為將缸套冷卻水的排熱回收加以利用的機器，並未特別限定，除了造水裝置以外，可例示暖房裝置、發電裝置、供給熱水裝置、動力回收裝置等。
冷卻水控制裝置1具備有：檢測通過船舶用內燃機51的缸套冷卻水的溫度的2個溫度檢測部2a、2b；調整繞過冷卻器53的旁通流量的第1旁通部3；調整繞過排熱利用機器54的旁通流量的第2旁通部4；及控制第1旁通部3及第2旁通部4的作動的控制部10。
2個溫度檢測部2a、2b為例如溫度感測器，其中一溫度檢測部2a被配置為檢測供給至船舶用內燃機51之前的缸套冷卻水的溫度，另一溫度檢測部2b被配置為檢測供給至船舶用內燃機51之後的缸套冷卻水的溫度。
第1旁通部3具備有：繞過冷卻器53的旁通流路3a；及將在冷卻水循環路徑52朝向冷卻器53流通的缸套冷卻水的流路切換成旁通流路3a的三通閥3b，可藉由三通閥3b的開度調整，調整在旁通流路3a流通的缸套冷卻水的流量。
第2旁通部4具備有：繞過排熱利用機器54的旁通流路4a；及將在冷卻水循環路徑52朝向排熱利用機器54流通的缸套冷卻水的流路切換成旁通流路4a的三通閥4b，可藉由三通閥4b的開度調整，調整在旁通流路4a流通的缸套冷卻水的流量。
此外，第2旁通部4具備有：輔助旁通流路4c；調整輔助旁通流路4c的開度的流量調整閥4d；及分別設在排熱利用機器54及輔助旁通流路4c間的排熱利用機器54的入口側及出口側的流量調整閥4e、4f，俾以手動調整排熱利用機器54的旁通流量。
控制部10根據溫度檢測部2a、2b的檢測，進行第1旁通部3的三通閥3b及第2旁通部4的三通閥4b的開度調整，且自動控制冷卻器53及排熱利用機器54的旁通流量。
接著，說明具備上述構成的冷卻水控制裝置1的作動。在冷卻系統50作動中，控制部10以藉由溫度檢測部2b被檢測到的船舶用內燃機51的出口溫度成為預先設定的出口用設定溫度Tout的方式，控制第1旁通部3的三通閥3b的開度。此外，控制部10將藉由溫度檢測部2a被檢測到的船舶用內燃機51的入口溫度Tin，與預先設定的入口用設定溫度的下限值TinL(例：72℃)及上限值TinH(例：78℃)相比較，來進行下述控制。其中，在初期狀態中，流量調整閥4d為全閉，流量調整閥4e、4f為全開。
若入口溫度Tin低於入口用設定溫度的下限值TinL(案例1：TinL＞Tin)、控制部10以對排熱利用機器54使缸套冷卻水的全量旁通的方式(亦即，以缸套冷卻水並不流至排熱利用機器54的方式)，控制第2旁通部4的三通閥4b。
若入口溫度Tin為入口用設定溫度的下限值TinL以上且低於上限值TinH(案例2：TinL≦Tin＜TinH)，控制部10以缸套冷卻水的全量被供給至排熱利用機器54的方式 (亦即，以缸套冷卻水不在旁通流路4a流通的方式)，控制第2旁通部4的三通閥4b。藉此，可藉由以手動對流量調整閥4d、4e、4f調整開度來進行被供給至排熱利用機器54的缸套冷卻水的流量調整。
在上述的案例2中，控制部10亦可藉由三通閥4的開度調整，自動進行被供給至排熱利用機器54的缸套冷卻水的流量調整。此時，以入口溫度Tin不低於入口用設定溫度的下限值TinL為條件。
在平常運轉時，入口溫度Tin低於入口用設定溫度的上限值TinH，惟例如若使缸套冷卻水，由供給至排熱利用機器54進行熱回收的狀態，藉由第2旁通部4的控制而旁通時，藉由冷卻器53所為之缸套冷卻水的冷卻追不上，有入口溫度Tin成為入口用設定溫度的上限值TinH以上的情形(案例3：Tin≧TinH)。此時，控制部10藉由第2旁通部4的控制，將旁通狀態的缸套冷卻水再次供給至排熱利用機器54。其中，將對排熱利用機器54供給缸套冷卻水切換至旁通時，若入口溫度Tin的時間變化超過設定值而急遽上昇時，控制部10亦可即使入口溫度Tin未達至上限值TinH，亦可以將缸套冷卻水再次供給至排熱利用機器54的方式進行控制。
如上所示，本實施形態的冷卻水控制裝置1構成為根據通過船舶用內燃機51的缸套冷卻水的溫度檢測來控制第1旁通部3及第2旁通部4的作動，藉此自動控制繞過冷卻器53及排熱利用機器54的旁通流量，藉此，可一邊使適當維持船舶用內燃機51的溫度為優先，一邊在排熱利用機器54效率佳地利用缸套冷卻水的排熱。
圖1所示之冷卻水控制裝置1藉由分別配置在船舶用內燃機51的入口及出口的2個溫度檢測部2a、2b來檢測通過船舶用內燃機51的缸套冷卻水的溫度，藉此，藉由溫度檢測部2b即時計測船舶用內燃機51的輸出變動，可容易進行負荷隨動控制。但是，亦可如圖2所示，僅藉由被配置在船舶用內燃機51的入口的溫度檢測部2a的檢測，控制第1旁通部3及第2旁通部4的作動，藉此，可形成為低成本、控制容易並且故障率低的簡單構成。另外，在圖2中，對與圖1同樣的構成部分標註相同的符號。
圖2所示之冷卻水控制裝置1’與圖1所示之冷卻水控制裝置1同樣地，控制部10將藉由溫度檢測部2a被檢測到的船舶用內燃機51的入口溫度Tin，與預先設定的入口用設定溫度的下限值TinL(例：72℃)及上限值TinH(例：78℃)相比較，來進行與上述相同的控制。
另一方面，冷卻水控制裝置1’的控制部10與圖1所示之冷卻水控制裝置1不同，以入口溫度Tin成為在入口用設定溫度的下限值TinL與上限值TinH之間被預先設定的溫度Tinset(例：75℃)的方式，控制第1旁通部3的三通閥3b的開度。通過船舶用內燃機51的缸套冷卻水的溫度檢測亦可僅在被配置在船舶用內燃機51的出口的溫度檢測部2b進行，控制部10可根據溫度檢測部2b的檢測溫度，來控制第1旁通部3及第2旁通部4的作動。
圖1及圖2所示之冷卻系統50為在冷卻水循環路徑52設置1個排熱利機器54的構成，惟如圖3所示，對於在冷卻水循環路徑52設置複數個排熱利用機器54、55的冷卻系統50，亦可按每個排熱利用機器54、55分別設置第2旁通部4、5，而可適用本發明。
與圖2所示之冷卻水控制裝置1’同樣地，圖3所示之冷卻水控制裝置1”的控制部10以藉由溫度檢測部2a被檢測到的船舶用內燃機51的入口溫度成為預先設定的溫度的方式，控制第1旁通部3的三通閥3b的開度。與圖1所示之冷卻水控制裝置1同樣地，第1旁通部3的控制亦可根據藉由溫度檢測部2b被檢測到的船舶用內燃機51的出口溫度來進行。如上所示，在具備複數個排熱利用機器54、55的情形下，藉由冷卻器53所得之船舶用內燃機51亦為最優先，與排熱利用機器54、55的旁通控制獨立進行第1旁通部3的控制。
對各排熱利用機器54、55的第2旁通部4、5的旁通控制基本上藉由與圖1所示之冷卻水控制裝置1相同的控制來進行，惟在被供給至船舶用內燃機51的缸套冷卻水的溫度高於設定下限值，且可對排熱利用機器54、55供給缸套冷卻水的狀況下，根據對各排熱利用機器54、55被預先設定的優先順位，第2旁通部4、5個別受到旁通控制。例如，若由造水裝置所成的排熱利用機器54的優先順位高於由暖房裝置所成的排熱利用機器55的優先順位，優先進行對排熱利用機器54供給缸套冷卻水，若在缸套冷卻水的熱量有餘裕，連同排熱利用機器54一起對排熱利用機器55亦供給缸套冷卻水。因此，可按照各排熱利用機器54、55的優先順位，效率佳地分配缸套冷卻水的排熱。
若因設置複數個排熱利用機器54、55而有缸套冷卻水的熱量暫時不足之虞時，亦可如圖3所示，設置將在冷卻水循環路徑52流通的缸套冷卻水加熱的加熱部20。加熱部20為藉由蒸氣與缸套冷卻水的熱交換來加熱缸套冷卻水的構成，蒸氣閥21的開閉藉由控制部10予以控制。控制部10在對排熱利用機器54、55之雙方供給缸套冷卻水中，在缸套冷卻水的熱量不足的情況下，取代對一方之排熱利用機器55進行旁通控制，而使加熱部20進行作動，藉此可繼續對排熱利用機器54、55供給缸套冷卻水。
如上所示，藉由具備將缸套冷卻水加熱的加熱部20，控制部10可一邊觀看缸套冷卻水的熱輸入與熱輸出的均衡，一邊亦考慮各排熱利用機器54、55的優先順位，而更有彈性地進行第2旁通部4、5的作動控制。
在排熱利用機器54的入口及出口分別配置有溫度檢測部4g、4h，在排熱利用機器55的入口及出口分別配置有溫度檢測部5c、5d。針對冷卻器53及加熱器20，亦在冷卻器53的入口及出口分別配置溫度檢測部3c、3d，在加熱器20的入口及出口分別配置溫度檢測部6a、6b。與對應船舶用內燃機51的溫度檢測部2a、2b的檢測訊號同樣地，各溫度檢測部3c、3d、4g、4h、5c、5d、6a、6b的檢測訊號被輸入至控制部10。
若將在船舶用內燃機51及加熱部20的熱輸入量設為Qme、Qd、將在冷卻器53及排熱利用機器54、55的熱輸出量設為Qa、Qb、Qc、將熱損失設為Qloss時，缸套冷卻水的熱均衡表示為Qme+Qd=Qa+Qb+Qc+Qloss。由於熱輸入量Qme、Qd及熱輸出量Qa、Qb、Qc與通過各個的缸套冷卻水的入口溫度及出口溫度的溫度差成正比，因此控制部10可根據溫度檢測部2a、2b、3c、3d、4g、4h、5c、5d、6a、6b的檢測溫度，來控制缸套冷卻水的熱均衡。
以具體例而言，可以QbH、QbM、QbL等3階段控制排熱利用機器54的熱輸出量，且可以QcH、QcM、QcL等3階段控制排熱利用機器55的熱輸出量，排熱利用機器55的優先度雖然低於排熱利用機器54，惟假想至少欲確保QcM的熱輸出量的情形。控制部10利用藉由排熱利用機器54的2個溫度檢測部4g、4h被檢測到的溫度差、與藉由排熱利用機器55的2個溫度檢測部5c、5d被檢測到的溫度差，來運算排熱利用機器54、55的熱輸出量Qb、Qc的比，且藉由進行第2旁通部4、5的旁通控制，來控制排熱利用機器54、55的熱輸出量Qb、Qc。各排熱利用機器54、55的熱輸出量[Qb,Qc]在缸套冷卻水的熱量有餘裕的狀態下，被控制為[QbH,QcH]，且隨著冷卻水的熱量減少，以依序變化成[QbH,QcM]→[QbM,QcM]→[QbL,QcM]→[QbL,QcL]的方式予以控制。
1, 1’,  1”:船舶用內燃機的冷卻水控制裝置 2a,2b,3c,3d,4g,4h,5c,5d,6a,6b:溫度檢測部 3:第1旁通部 3a:旁通流路 3b:三通閥 4,5:第2旁通部 4a:旁通流路 4b:三通閥 4c:輔助旁通流路 4d:流量調整閥 4e,4f:流量調整閥 10:控制部 20:加熱部 21:蒸氣閥 50:冷卻系統 51:船舶用內燃機 52:冷卻水循環路徑 53:冷卻器 54,55:排熱利用機器 100:排熱回收利用系統 101:柴油引擎 102:缸套冷卻水循環路徑 103:缸套冷卻器 104:發電機構 105:造水機構 106:第1溫度計測機構 107:第1三通閥 108:旁通流路 109:第2溫度計測機構 110:開閉閥
圖1為本發明之一實施形態之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置的概略構成圖。 圖2為本發明之其他實施形態之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置的概略構成圖。 圖3為本發明之另外其他實施形態之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置的概略構成圖。 圖4為習知的排熱回收利用系統的概略構成圖。
1:船舶用內燃機的冷卻水控制裝置
2a,2b:溫度檢測部
3:第1旁通部
3a:旁通流路
3b:三通閥
4:第2旁通部
4a:旁通流路
4b:三通閥
4c:輔助旁通流路
4d:流量調整閥
4e,4f:流量調整閥
10:控制部
50:冷卻系統
51:船舶用內燃機
52:冷卻水循環路徑
53:冷卻器
54:排熱利用機器

Claims (6)

  1. 一種船舶用內燃機的冷卻水控制裝置，為控制在船舶用內燃機的冷卻水循環路徑具備冷卻器及排熱利用機器的冷卻系統的缸套冷卻水的裝置， 具備： 溫度檢測機構，檢測通過前述船舶用內燃機的缸套冷卻水的溫度； 第1旁通機構，調整繞過前述冷卻器的旁通流量； 第2旁通機構，調整繞過前述排熱利用機器的旁通流量；及 控制機構，根據前述溫度檢測機構的檢測，控制前述第1旁通機構及第2旁通機構的作動。
  2. 如請求項1之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置，其中前述溫度檢測機構配置成檢測供給至前述船舶用內燃機之前的缸套冷卻水的溫度， 前述控制機構以前述溫度檢測機構的檢測溫度成為預先設定的溫度範圍內的方式，控制前述第1旁通機構及第2旁通機構的作動。
  3. 如請求項1或2之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置，其中設置複數個前述排熱利用機器，前述第2旁通機構按每個前述排熱利用機器而設， 前述控制機構根據對複數個前述排熱利用機器預先設定的優先順位，個別控制前述第2旁通機構的作動。
  4. 如請求項3之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置，其中進一步具備： 加熱機構，將在前述冷卻水循環路徑流通的缸套冷卻水加熱， 前述控制機構根據前述溫度檢測機構的檢測，控制前述加熱機構的作動。
  5. 如請求項3之船舶用內燃機的冷卻水控制裝置，其中前述排熱利用機器的至少任一者為藉由將缸套冷卻水作為熱源而使海水蒸發來製造淡水的造水裝置。
  6. 一種船舶用內燃機的冷卻水控制方法，為控制在船舶用內燃機的冷卻水循環路徑具備冷卻器及排熱利用機器的冷卻系統的缸套冷卻水的方法， 在前述冷卻系統設置： 溫度檢測機構，檢測通過前述船舶用內燃機的缸套冷卻水的溫度； 第1旁通機構，調整繞過前述冷卻器的旁通流量；及 第2旁通機構，調整繞過前述排熱利用機器的旁通流量， 根據前述溫度檢測機構的檢測，操作前述第1旁通機構及第2旁通機構來調整旁通流量。
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