WO2012060326A1 - エンジン排気エネルギー回収装置 - Google Patents

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WO2012060326A1
WO2012060326A1 PCT/JP2011/075069 JP2011075069W WO2012060326A1 WO 2012060326 A1 WO2012060326 A1 WO 2012060326A1 JP 2011075069 W JP2011075069 W JP 2011075069W WO 2012060326 A1 WO2012060326 A1 WO 2012060326A1
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engine
exhaust
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村田　聡
純 樋口
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an engine exhaust energy recovery device that recovers exhaust energy of exhaust gas (combustion gas) discharged from an engine body of a marine diesel engine (main engine) as power.
  • Patent Document 1 As an exhaust energy recovery device that recovers exhaust energy contained in exhaust gas (combustion gas) as power, for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known.
  • the exhaust gas is supplied to the engine body 2, more specifically, the air supply manifold 8 from the viewpoint of ensuring the performance and reliability of the engine body 2.
  • the scavenging amount and the scavenging pressure are secured with the highest priority. Therefore, in the exhaust energy recovery device disclosed in FIG. 1 of Patent Document 1, the exhaust gas guided to the turbine portion 5a of the power turbine 5 that drives the generator 5b via the third valve (gas inlet control valve).
  • a marine diesel engine that rotationally drives a generator other than the generator 5b when the gas flow rate (the amount of extracted gas) is inevitably limited and the amount of power generated by the generator 5b is less than the amount of power required in the ship.
  • the diesel engine (auxiliary) having a lower fuel efficiency than the (main engine) must be started to meet the demand for inboard power, resulting in an increase in total operation cost.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can respond to the demand for inboard power without starting a diesel engine (auxiliary) having a lower fuel consumption than a marine diesel engine (main engine) as much as possible.
  • An object of the present invention is to provide an engine exhaust energy recovery device that can suppress the operation cost of the engine.
  • An engine exhaust energy recovery device includes a power turbine driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and guides the exhaust gas from the engine body to the power turbine.
  • the gas An engine exhaust energy recovery device including a controller for adjusting the opening of the inlet valve, wherein the opening of the gas inlet control valve reaches a predetermined threshold, and the amount of power generated by the generator When less than the required amount of power, fuel is supplied from the control unit to the engine body according to the difference between the amount of power generated by the generator and the amount of power required in the ship.
  • Control command for delaying the timing of elevation, and / or control commands to advance the timing of opening the exhaust valve is adapted to be delivered.
  • An engine exhaust energy recovery device includes a turbine section driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and pumped outside air to the engine body driven by the turbine section. And a hybrid exhaust turbine supercharger having a compressor section, a generator having a rotating shaft coupled to the turbine section and the rotating shaft of the compressor section, and the amount of power generated by the generator, and required onboard
  • An engine exhaust energy recovery device including a control unit that adjusts the power generation amount in the generator according to a difference from the power amount, wherein the power generation amount in the generator has reached a predetermined threshold, If the amount of power generated by the machine is less than the amount of power required on board, the amount of power generated by the generator and the power required on board According to the difference between, on the engine body from the control unit, a control command for delaying the timing of injecting fuel, and / or control command to advance the timing of opening the exhaust valve is adapted to be delivered.
  • the operating method of the engine exhaust energy recovery apparatus includes a power turbine driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and the exhaust gas from the engine body to the power turbine.
  • a gas inlet control valve provided in the middle of an exhaust pipe for guiding gas and a generator driven by the power turbine, and the difference between the amount of power generated by the generator and the amount of power required in the ship
  • the engine exhaust energy recovery device operating method for adjusting the opening of the gas inlet valve, the opening of the gas inlet control valve reaches a predetermined threshold, the amount of power generated by the generator is If the amount of power required on board is less than the amount of power generated by the generator, the difference between the amount of power required on board the ship is mounted on the engine body.
  • Charge fuel injection timing of the injector to delay, and / or so as to advance the timing of opening the exhaust valve mounted on the engine body.
  • An engine exhaust energy recovery apparatus operating method includes a turbine section driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and the engine body driven by the turbine section. Necessary on the ship, a hybrid exhaust turbine supercharger having a compressor section for pumping outside air, a generator having a rotating shaft connected to the turbine section and a rotating shaft of the compressor section, the amount of power generated by the generator
  • the engine exhaust energy recovery device operating method adjusts the power generation amount in the generator according to the difference between the power amount and the power generation amount, the power generation amount in the generator reaches a predetermined threshold, When the amount of power generated by the machine is less than the amount of power required on board, the amount of power generated by the generator and required on board According to the difference between the force, so as to delay the fuel injection timing of the fuel injection valve mounted on the engine body, and / or so as to advance the timing of opening the exhaust valve mounted on the engine body.
  • the fuel injection timing is delayed or the exhaust valve opening timing is advanced, or the fuel injection timing is delayed.
  • the exhaust valve is opened earlier, the exhaust gas temperature to the power turbine or hybrid exhaust turbine supercharger rises, and the energy recovery rate in the power turbine or hybrid exhaust turbine supercharger increases. Without starting a diesel engine (auxiliary machine) having a lower fuel efficiency than the engine (main engine), it is possible to meet the demand for inboard power and to reduce the total operating cost.
  • An engine exhaust energy recovery device includes a power turbine driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and guides the exhaust gas from the engine body to the power turbine.
  • the gas An engine exhaust energy recovery device including a controller for adjusting the opening of the inlet valve, wherein the opening of the gas inlet control valve reaches a predetermined threshold, and the amount of power generated by the generator.
  • An engine exhaust energy recovery device includes a turbine section driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and pumped outside air to the engine body driven by the turbine section. And a hybrid exhaust turbine supercharger having a compressor section, a generator having a rotating shaft coupled to the turbine section and the rotating shaft of the compressor section, and the amount of power generated by the generator, and required onboard
  • An engine exhaust energy recovery device including a control unit that adjusts the power generation amount in the generator according to a difference from the power amount, wherein the power generation amount in the generator has reached a predetermined threshold, When it is assumed that the amount of power generated by the machine is less than the amount of power required on board, the amount of power generated by the generator and on board
  • a control command for delaying the timing of injecting fuel and / or a control command for advancing the timing of opening the exhaust valve are sent in advance from the control unit to the engine body according to the difference from the amount of electric power to be generated. It has become.
  • the operating method of the engine exhaust energy recovery apparatus includes a power turbine driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and the exhaust gas from the engine body to the power turbine.
  • a power turbine driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine
  • the generator driven by the power turbine
  • the amount of power generated by the generator and the amount of power required in the ship
  • An operation method of the engine exhaust energy recovery device for adjusting the opening of the gas inlet valve, wherein the opening of the gas inlet control valve reaches a predetermined threshold, and the amount of power generated by the generator is If it is assumed that the amount of electric power is less than the required amount of electricity, it is mounted on the engine body according to the difference between the amount of electric power generated by the generator and the amount of electric power required in the ship.
  • the fuel injection timing of the fuel injection valve which, and / or to hasten advance the timing of opening of the mounted exhaust valve in the engine body.
  • An engine exhaust energy recovery apparatus operating method includes a turbine section driven by exhaust gas guided from an engine body of a marine diesel engine, and the engine body driven by the turbine section. Necessary on the ship, a hybrid exhaust turbine supercharger having a compressor section for pumping outside air, a generator having a rotating shaft connected to the turbine section and a rotating shaft of the compressor section, the amount of power generated by the generator
  • the engine exhaust energy recovery device operating method adjusts the power generation amount in the generator according to the difference between the power amount and the power generation amount, the power generation amount in the generator reaches a predetermined threshold, If the amount of power generated by the machine is assumed to be less than the amount of power required on board, the amount of power generated by the generator and Depending on the difference from the required amount of electric power, the fuel injection timing of the fuel injection valve mounted on the engine body is delayed in advance and / or the timing of opening the exhaust valve mounted on the engine body is set. I tried to advance it in advance.
  • the fuel injection timing is delayed or the exhaust valve opening timing is advanced, or the fuel injection timing is delayed.
  • the exhaust valve is opened earlier, the exhaust gas temperature to the power turbine or hybrid exhaust turbine supercharger rises, and the energy recovery rate in the power turbine or hybrid exhaust turbine supercharger increases. Without starting a diesel engine (auxiliary machine) having a lower fuel efficiency than the engine (main engine), it is possible to meet the demand for inboard power and to reduce the total operating cost.
  • the fuel injection timing is delayed in advance or the exhaust valve opening timing is advanced in advance, or the fuel So that the so-called feed-forward control is performed, in which the timing for injecting the fuel is delayed in advance and the timing for opening the exhaust valve is advanced in advance, the difference between the amount of power generated by the generator and the amount of power required in the ship Can always be reduced, and the inboard power can be supplied stably.
  • a ship according to the ninth aspect of the present invention is equipped with any of the engine exhaust energy recovery devices described above.
  • the ship according to the ninth aspect of the present invention it is possible to meet the demand for inboard power without starting a diesel engine (auxiliary machine) having a fuel efficiency lower than that of a marine diesel engine (main engine), and total operation Cost can be suppressed.
  • the engine exhaust energy recovery device of the present invention it is possible to meet the demand for inboard power without starting a diesel engine (auxiliary) having a fuel efficiency lower than that of a marine diesel engine (main engine) as much as possible. There is an effect that the cost can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine exhaust energy recovery device according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram for demonstrating the principal part of FIG. 1 in detail. It is a block diagram for demonstrating in detail the principal part of the engine exhaust energy recovery apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine exhaust energy recovery apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a configuration diagram for explaining the main part of FIG. 1 in more detail. Note that the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only, unless otherwise specified, and are merely descriptions. It is just an example.
  • a marine diesel engine (main engine) 1 includes a diesel engine main body (for example, a low-speed two-cycle diesel engine) 2 and an exhaust manifold 7 of a diesel engine main body 2 (hereinafter referred to as “engine main body”). And a cylinder 6 in which fuel injected by a fuel injection device (not shown) is burned in the engine body 2 (in this embodiment, a 6-cylinder engine having 6 cylinders is shown).
  • Reference numeral 3 denotes an exhaust turbine section 3a driven by exhaust gas discharged from the exhaust manifold 7, and a rotational drive driven coaxially with the exhaust turbine section 3a to scavenge outside air into the engine body 2 (supply air).
  • An exhaust turbine supercharger provided with a compressor unit 3b that supplies pressure and a reference symbol L1 connect the exhaust manifold 7 and the exhaust turbine unit 3a, and the first gas is sent to the exhaust turbine unit 3a.
  • An exhaust pipe, symbol 18 is an intercooler for cooling the scavenging air (supply air) compressed by the compressor unit 3 b to increase the air density
  • a symbol K 1 is a first air supply pipe connecting the compressor unit 3 b and the intercooler 18.
  • K2 connects the intercooler 18 and the air supply manifold 8 of the engine body 2, and scavenging (air supply) cooled by the intercooler 18. Which is the second supply pipe to pass feed to the intake manifold 8 of the engine body 2.
  • Reference numeral 4 denotes a power turbine that is driven by exhaust gas diverted from the exhaust manifold 7 and is a drive source of a generator described later.
  • Reference numeral 9 denotes a power turbine 4 and an exhaust turbine section 3 a of the exhaust turbine supercharger 3.
  • the heat exchanger 9 is a device that passes water supplied through the water supply pipe L10 through an evaporation pipe (not shown) and converts the water into steam by the heat of the exhaust gas.
  • Reference numeral L2 is a second exhaust pipe that connects the exhaust manifold 7 and the power turbine 4 and sends exhaust gas to the power turbine 4.
  • Reference numeral L3 is a connection between the power turbine 4 and the heat exchanger 9, and the power turbine 4 is connected to the exhaust turbine section 3a and the third exhaust pipe L3 of the exhaust turbine supercharger 3 to connect the exhaust gas discharged from the exhaust gas to the heat exchanger 9, and the exhaust turbine section
  • the fourth exhaust pipe L5, which sends the exhaust gas from 3a to the heat exchanger 9, is connected to the steam turbine 5 and the heat exchanger 9 as a driving source of the generator in cooperation with the power turbine 4 described above.
  • the exhaust pipe, symbol L7 is a heat exchanger 9
  • Water is a seventh exhaust pipe to be discharged overboard through feed the funnel (chimney) (not shown) exhaust gas heat exchanger to the steam.
  • the water condensed by condensing steam with a condenser (condenser) is supplied to the heat exchanger 9 through a water supply pipe L10.
  • Reference sign V1 is a gas inlet control valve which is interposed in the middle of the second exhaust pipe L2 and whose opening is adjusted by a controller (not shown) in order to control the exhaust gas flow rate to the power turbine 4.
  • Reference sign V2 Is a steam flow rate adjusting valve that is interposed in the middle of the fifth exhaust pipe L5, and whose opening degree is adjusted by the above-mentioned controller, and the symbol V3 is a gas inlet control of the second exhaust pipe L2.
  • An exhaust gas bypass control valve interposed in the middle of the first bypass pipe L8 that connects the upstream position of the valve V1 and the third exhaust pipe L3, symbol V4 is an upstream side of the flow rate adjustment valve V2 of the fifth exhaust pipe L5
  • This is a steam bypass flow control valve interposed in the middle of the second bypass pipe L11 that connects the position and the sixth exhaust pipe L6.
  • an orifice 19 is interposed in the middle of the exhaust gas bypass control valve V3 and the third exhaust pipe L3.
  • the orifice 19 is operated when the engine body 2 is in a high load operation (normal navigation operation) and the power turbine 4 is in a full load operation state (that is, the exhaust gas bypass control valve V3 is fully closed and the gas inlet control valve V1 is When the gas inlet control valve V1 is fully closed (when the power turbine 4 is stopped), the exhaust gas bypass control valve V3 supplies the same amount of exhaust gas flowing through the gas inlet control valve V1 when the gas inlet control valve V1 is fully opened. Has been adjusted to flow.
  • the orifice 19 has the same amount of exhaust gas as the exhaust gas flowing through the power turbine 4 when the engine body 2 is operated at high load (normal navigation operation) and the power turbine 4 is at full load operation. Is adjusted such that when the gas inlet control valve V1 is fully closed, the exhaust gas flowing through the orifice 19 is exhausted from the exhaust turbine supercharger. Since the flow rate of the exhaust gas supplied to the third side does not flow so as to decrease, it is possible to prevent the scavenging pressure of the exhaust turbine supercharger 3 from becoming a predetermined value or less and to ensure the optimum operation of the engine body 2.
  • a rotating shaft (not shown) of the power turbine 4 and a rotating shaft (not shown) of the steam turbine 5 are connected via a speed reducer (not shown) and a coupling 10.
  • a rotating shaft (not shown) and a rotating shaft (not shown) of the generator 11 are connected via a speed reducer (not shown) and a coupling 12.
  • the generator 11 is electrically connected to a switchboard 14 separately installed in the ship (in this embodiment, the engine room) via a control resistor 13, and the power generated by the generator 11 is supplied to the ship power supply. It can be used as.
  • the engine exhaust energy recovery apparatus includes a power management system 21 and a power turbine control system (power turbine controller: control unit :) in addition to the above-described components.
  • a control device) 22 and an engine control system (engine controller: control unit: control device) 23 are provided.
  • Inboard power frequency detection value (data) detected by the inboard power frequency detection unit 24 (see FIG. 2) that detects the frequency of the power supplied to the ship is input to the power management system 21 every moment (sequentially).
  • the power management system 21 is configured to output a necessary power command (control signal) to the power turbine control system 22 based on the input ship power frequency detection value.
  • the power turbine control system 22 receives a necessary power command output from the power management system 21 and an engine load (described later) output from the engine control system 23 every moment (sequentially).
  • the control system 22 outputs a gas inlet control valve control command (valve opening command) to the gas inlet control valve V1, and sends a gas inlet control valve opening signal (extraction gas valve opening) to the engine control system 23. It is designed to output.
  • the gas inlet control valve V1 receives the gas inlet control valve control command output from the power turbine control system 22 every moment (sequentially), and the gas inlet control valve V1 receives the gas inlet control valve V1.
  • the opening is automatically adjusted based on the control valve control command.
  • the demand for inboard power increases from the power management system 21 to the power turbine control system 22.
  • a signal (command) indicating that the opening degree is not sufficient is supplied, and a signal (command) indicating that the opening degree is to be increased is transmitted from the power turbine control system 22 to the gas inlet control valve V1.
  • the opening of the gas inlet control valve V1 increases, the flow rate of the exhaust gas to the power turbine 4 increases, and the frequency of the electric power supplied to the ship is greater than the (first) predetermined value F1 or the predetermined value F1.
  • the increase in the opening degree of the gas inlet control valve V1 is stopped, and the opening degree adjustment of the gas inlet control valve V1 is once ended.
  • the power management system 21 when the demand for inboard power decreases and the frequency of the electric power supplied to the ship increases above a predetermined value F3 (a third value) larger than the predetermined values F1 and F2, the power management system 21 generates power.
  • a signal (command) is sent to the turbine control system 22 indicating that the demand for inboard power is decreasing (the inboard power is excessively supplied), and the power inlet control valve V1 opens from the power turbine control system 22 to the gas inlet control valve V1.
  • a signal (command) to decrease the degree is sent. Then, the opening of the gas inlet control valve V1 is decreased, the exhaust gas flow rate to the power turbine 4 is decreased, and the frequency of the electric power supplied to the ship is greater than the (third) predetermined value F3 or the predetermined value F3.
  • the value is smaller than the predetermined value F4 (fourth) greater than the predetermined value F2
  • the decrease in the opening degree of the gas inlet control valve V1 is stopped, and the opening degree adjustment of the gas inlet control valve V1
  • the engine load detection unit 25 (see FIG. 2) that detects the engine load of the marine diesel engine 1 is detected.
  • the scavenging pressure (data) detected by the scavenging pressure detecting unit 27 (see FIG. 2) for detecting the scavenging pressure is inputted every moment (sequentially), and the engine control system 23 is inputted.
  • the engine load detected by the engine load detector 25 is determined. It outputs to the war turbine control system 22 and outputs a fuel injection timing command and / or an exhaust valve opening timing command to the engine body 2, and an (exhaust gas) bypass control valve control command (valve opening command) to an exhaust gas bypass control It outputs to the valve V3.
  • the fuel injection timing command output from the engine control system 23 is input to the engine body 2, more specifically, a fuel injection valve (not shown) mounted on the engine body 2 every moment.
  • the fuel injection valve mounted on the engine main body 2, more specifically, the engine main body 2 is configured to automatically delay the fuel injection timing based on the input fuel injection timing command. Yes.
  • the exhaust valve opening timing command output from the engine control system 23 is input to the engine body 2, more specifically, an exhaust valve (not shown) mounted on the engine body 2 every moment (sequentially).
  • the exhaust valve mounted on the engine main body 2, more specifically, the engine main body 2 can automatically advance the opening timing of the exhaust valve based on the input exhaust valve opening timing command. ing.
  • the exhaust gas bypass control valve V3 is inputted with the bypass control valve control command outputted from the engine control system 23 every time (sequentially), and the exhaust gas bypass control valve V3 is inputted.
  • the opening degree is automatically adjusted based on the bypass control valve control command.
  • the demand for inboard power increases from the power management system 21 to the power turbine control system 22.
  • a signal (command) indicating that the inboard power supply is insufficient is sent, and a gas inlet control valve opening signal (extraction gas valve opening) is sent from the power turbine control system 22 to the engine control system 23.
  • a signal (command) for reducing the opening degree is sent to the exhaust gas bypass control valve V3.
  • the opening degree of the exhaust gas bypass control valve V3 is decreased, the flow rate of the exhaust gas to the power turbine 4 is increased, and the frequency of the electric power supplied to the ship is greater than the (first) predetermined value F1 or the predetermined value F1. Is also greater than or equal to a large (second) predetermined value F2, the decrease in the opening degree of the exhaust gas bypass control valve V3 is stopped, and the adjustment of the opening degree of the exhaust gas bypass control valve V3 is once ended.
  • the power management system 21 when the demand for inboard power decreases and the frequency of the electric power supplied to the ship increases above a predetermined value F3 (a third value) larger than the predetermined values F1 and F2, the power management system 21 generates power.
  • a signal (command) is sent to the turbine control system 22 indicating that the demand for inboard power is decreasing (the inboard power is excessively supplied), and gas inlet control is performed from the power turbine control system 22 to the engine control system 23.
  • a valve opening signal (extraction gas valve opening) is sent, and a signal (command) for increasing the opening is sent to the exhaust gas bypass control valve V3.
  • the opening degree of the exhaust gas bypass control valve V3 is increased, the flow rate of the exhaust gas to the power turbine 4 is decreased, and the frequency of the electric power supplied to the ship is greater than the (third) predetermined value F3 or the predetermined value F3. Is less than the predetermined value F4 that is greater than the predetermined value F2 (fourth), the increase in the opening degree of the exhaust gas bypass control valve V3 is stopped, and the adjustment of the opening degree of the exhaust gas bypass control valve V3 is once ended.
  • the engine control system 23 controls the engine.
  • a fuel injection timing command and / or an exhaust valve opening timing command is sent to the main body 2.
  • the fuel injection timing is delayed or the exhaust valve opening timing is advanced, or the fuel injection timing is delayed and the exhaust valve opening timing is advanced, so that
  • the energy recovery rate in the power turbine 4 increases, and the frequency of the electric power supplied to the ship reaches a predetermined value F1 or a predetermined value F2 greater than the predetermined value F1, the fuel injection timing and / or Alternatively, the adjustment of the exhaust valve opening timing is once ended.
  • Exhaust gas to the power turbine 4 by delaying the fuel injection timing or by opening the exhaust valve opening timing, or by delaying the fuel injection timing and opening the exhaust valve opening timing. While the temperature is raised, the demand for inboard power decreases, and the timing of fuel injection is advanced when the frequency of the power supplied to the ship increases above a predetermined value F3 that is greater than the predetermined values F1 and F2.
  • the timing of opening the exhaust valve is delayed, or the timing of injecting fuel is advanced and the timing of opening the exhaust valve is delayed, so that the temperature of the exhaust gas to the power turbine 4 decreases, and the power turbine 4
  • the frequency of the power supplied to the ship There smaller than a predetermined value F3 or predetermined value F3, and becomes equal to or less than the predetermined value F4 is greater than a predetermined value F2, the fuel injection timing and / or adjustment of the exhaust valve opening timing is temporarily terminated.
  • the fuel injection timing and / or the exhaust valve opening timing returns to the normal (regular) timing.
  • the frequency adjustment of the electric power supplied to the ship becomes possible by adjusting the opening of the gas inlet control valve V1 and the exhaust gas bypass control valve V3, the gas inlet control valve V1 and the exhaust gas bypass control valve described above are used.
  • the opening degree of V3 By adjusting the opening degree of V3, the frequency of the electric power supplied to the ship is adjusted. If the fuel injection timing is delayed to a predetermined value or the opening timing of the exhaust valve is advanced to a predetermined value, and the demand for inboard power further increases, power generation different from the generator 11 is performed.
  • a diesel engine (auxiliary machine) (not shown) that rotates and drives a machine (not shown) is automatically or manually started by a crew member to meet the demand for inboard power.
  • the timing for injecting fuel is delayed or the timing for opening the exhaust valve is advanced, or the timing for injecting fuel is delayed and the exhaust valve is opened.
  • the timing is advanced, the exhaust gas temperature to the power turbine 4 rises, the energy recovery rate in the power turbine 4 increases, and a diesel engine (auxiliary) having a fuel efficiency lower than that of the marine diesel engine 1 is started.
  • auxiliary diesel engine
  • FIG. 3 is a block diagram for explaining in more detail the main part of the engine exhaust energy recovery apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the engine exhaust energy recovery apparatus according to the present embodiment generates the power generation amount of the generator 11 (see FIG. 1) calculated by the power management system 21 or the power turbine control system 22 and the current shipboard.
  • the difference from the amount of electric power required in the above is different from that of the first embodiment described above in that feedforward control is performed based on the difference signal output to the engine control system 23. Since other components are the same as those of the first embodiment described above, description of these components is omitted here.
  • symbol is attached
  • the power supply by the generator 11 is The gas inlet control valve V1, the exhaust gas bypass control valve V3, the fuel injection valve, and the exhaust valve are operated in advance before the demand for electric power actually required on the ship is reduced or increased. The difference between the power generation amount of 11 and the amount of power currently required on board the ship is minimized.
  • the difference between the power generation amount of the generator 11 calculated by the power management system 21 or the power turbine control system 22 and the power amount currently required in the ship is Since it is output to the engine control system 23 as a deviation signal and feedforward control is performed based on the deviation signal, the difference between the power generation amount of the generator 11 and the power amount currently required in the ship is always reduced. It is possible to supply the inboard power stably.
  • Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
  • the power turbine 4 is used as a drive source of the generator 11, but instead of the power turbine 4, for example, a hybrid exhaust turbine supercharger (for example, JP, A 2009-191794) may be used.

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Abstract

　舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を極力起動することなく、船内電力の需要に応え、トータルの運行コストを抑制する。ガス入口制御弁（Ｖ１）の開度が予め定められた閾値に達し、発電機（１１）による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機（１１）による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、制御部（２３）からエンジン本体（２）に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるようにした。

Description

エンジン排気エネルギー回収装置
　本発明は、舶用ディーゼル機関（主機）のエンジン本体から排出される排気ガス（燃焼ガス）の排気エネルギーを動力として回収するエンジン排気エネルギー回収装置に関するものである。
　排気ガス（燃焼ガス）に含まれる排気エネルギーを動力として回収する排気エネルギー回収装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００９－２５７０９７号公報
　しかしながら、上記特許文献１の図１に開示された排気エネルギー回収装置では、エンジン本体２の性能および信頼性を確保するという観点から、エンジン本体２、より詳しくは、給気マニホールド８に供給される掃気量および掃気圧が最優先で確保されるようになっている。そのため、上記特許文献１の図１に開示された排気エネルギー回収装置では、第３のバルブ（ガス入口制御弁）を介して、発電機５ｂを駆動するパワータービン５のタービン部５ａに導かれる排気ガス流量（抽ガス量）が必然的に制限され、発電機５ｂによる発電量が船内で必要とされる電力量を下回る場合、発電機５ｂとは別の発電機を回転駆動する、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動して、船内電力の需要に応えなければならず、トータルの運行コストが上昇してしまうといった懸念があった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を極力起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができるエンジン排気エネルギー回収装置を提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
　本発明の第１の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるようになっている。
　本発明の第２の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるようになっている。
　本発明の第３の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機とを備え、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにした。
　本発明の第４の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにした。
　上記エンジン排気エネルギー回収装置およびエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法によれば、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機への排気ガス温度が上昇し、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機におけるエネルギー回収率が増加して、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
　本発明の第５の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されるようになっている。
　本発明の第６の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されるようになっている。
　本発明の第７の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、前記パワータービンにより駆動される発電機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにした。
　本発明の第８の態様に係るエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法は、舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにした。
　上記エンジン排気エネルギー回収装置およびエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法によれば、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機への排気ガス温度が上昇し、パワータービンまたはハイブリッド排気タービン過給機におけるエネルギー回収率が増加して、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
　また、発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、燃料を噴射するタイミングが予め遅延させられるか排気弁の開くタイミングが予め早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが予め遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが予め早められる、いわゆるフィードフォワード制御が行われることになるので、発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差を常に小さくすることができて、船内電力を安定的に供給することができる。
　本発明の第９の態様に係る船舶は、上記いずれかのエンジン排気エネルギー回収装置を搭載している。
　本発明の第９の態様に係る船舶によれば、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
　本発明に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、舶用ディーゼル機関（主機）よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を極力起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の概略構成図である。 図１の要部をより詳しく説明するための構成図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の要部をより詳しく説明するための構成図である。
〔第１実施形態〕
　以下、本発明の第１実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の概略構成図、図２は図１の要部をより詳しく説明するための構成図である。
　なお、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　図１に示すように、舶用ディーゼル機関（主機）１は、ディーゼルエンジン本体（例えば、低速２サイクルディーゼルエンジン）２と、ディーゼルエンジン本体２（以下、「エンジン本体」という。）の排気マニホールド７と、エンジン本体２内で図示しない燃料噴射装置により噴射された燃料が燃焼するシリンダ６とを備えている（本実施形態では、シリンダが６個配置された６気筒エンジンを示している。）。符号３は、排気マニホールド７から排出された排気ガスによって駆動される排気タービン部３ａと、同排気タービン部３ａと同軸的に結合して回転駆動され外気をエンジン本体２に掃気（給気）として圧力をかけて供給するコンプレッサ部３ｂとを備えた排気タービン過給機、符号Ｌ１は、排気マニホールド７と排気タービン部３ａとを連結し、排気ガスが排気タービン部３ａへ送通される第１排気管、符号１８は、外気をコンプレッサ部３ｂで圧縮した掃気（給気）を冷却して空気密度を上げるためのインタークーラー、符号Ｋ１は、コンプレッサ部３ｂとインタークーラー１８とを連結した第１給気管、符号Ｋ２は、インタークーラ１８とエンジン本体２の給気マニホールド８とを連結し、インタークーラー１８で冷却された掃気（給気）をエンジン本体２の給気マニホールド８へ送通させる第２給気管である。
　符号４は、排気マニホールド７から分流された排気ガスによって駆動され後述する発電機の駆動源であるパワータービン、符号９は、パワータービン４および排気タービン過給機３の排気タービン部３ａ夫々を駆動した排気ガスの熱により水を蒸気に熱交換させる熱交換器、符号Ｌ１０は、熱交換器９へ給水する給水管である。熱交換器９は、給水管Ｌ１０によって供給された水を蒸発管内（図示せず）に通水して、排気ガスの熱で水を蒸気に熱変換する装置である。
　符号Ｌ２は、排気マニホールド７とパワータービン４とを連結し、排気ガスをパワータービン４へ送通させる第２排気管、符号Ｌ３は、パワータービン４と熱交換器９とを連結し、パワータービン４から排出された排気ガスを熱交換器９に送通させる第３排気管、符号Ｌ４は、排気タービン過給機３の排気タービン部３ａと第３排気管Ｌ３に連結して、排気タービン部３ａからの排気ガスを熱交換器９に送通させる第４排気管、符号Ｌ５は、上述のパワータービン４に共働して発電機の駆動源となる蒸気タービン５と熱交換器９とを連結し、熱交換器９で熱交換された蒸気を蒸気タービン５に送通させる第５排気管、符号Ｌ６は、蒸気タービン５を駆動した蒸気を図示しないコンデンサ（復水器）に戻す第６排気管、符号Ｌ７は、熱交換器９で水を蒸気に熱交換した排気ガスを図示しないファンネル（煙突）に送通して船外に放出させる第７排気管である。
　なお、蒸気をコンデンサ（復水器）で凝結させ復水した水は、給水管Ｌ１０によって熱交換器９へ給水される。
　符号Ｖ１は、第２排気管Ｌ２の途中に介装され、パワータービン４への排気ガス流量をコントロールするために、コントローラ（図示せず）により開度が調整されるガス入口制御弁、符号Ｖ２は、第５排気管Ｌ５の途中に介装され、蒸気タービン５への蒸気流量を前述のコントローラにより開度が調整される蒸気流量調整弁、符号Ｖ３は、第２排気管Ｌ２のガス入口制御弁Ｖ１上流側位置と、第３排気管Ｌ３とを連結する第１バイパス管Ｌ８の途中に介装された排気ガスバイパス制御弁、符号Ｖ４は、第５排気管Ｌ５の流量調整弁Ｖ２上流側位置と、第６排気管Ｌ６とを連結する第２バイパス管Ｌ１１の途中に介装された蒸気バイパス流量制御弁である。
　また、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３と第３排気管Ｌ３との中途部にオリフィス１９が介装されている。オリフィス１９はエンジン本体２が高負荷運転（通常の航行運転）され、パワータービン４が全負荷運転状態にされているとき（すなわち、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３が全閉、ガス入口制御弁Ｖ１が全開とされているとき）に、ガス入口制御弁Ｖ１を流れる排気ガスと同量の排気ガスをガス入口制御弁Ｖ１が全閉の時（パワータービン４が停止状態）に排気ガスバイパス制御弁Ｖ３を流れるように調整されている。
　従って、エンジン本体２が高負荷運転されている状態でパワータービン４が停止状態であると、排気タービン過給機３側に供給される排気ガスの流量が増加し、掃気圧力が所定以上に増加するのを防止して、エンジンに悪影響を与えるのを防止するものである。
　一方、上述の通り、オリフィス１９はエンジン本体２が高負荷運転（通常の航行運転）され、パワータービン４が全負荷運転状態されている時に、パワータービン４を流れる排気ガスと同量の排気ガスが流れる（ガス入口制御弁Ｖ１を全閉している時）ように調整されていることは、ガス入口制御弁Ｖ１を全閉している時に、オリフィス１９を流れる排気ガスが排気タービン過給機３側に供給される排気ガスの流量が減少するほど流れないので、排気タービン過給機３の掃気圧力が所定値以下になることをも防止し、エンジン本体２の最適運転が確保できる。
　パワータービン４の回転軸（図示せず）と、蒸気タービン５の回転軸（図示せず）とは、減速機（図示せず）およびカップリング１０を介して連結され、さらに、蒸気タービン５の回転軸（図示せず）と発電機１１の回転軸（図示せず）とは、減速機（図示せず）およびカップリング１２を介して連結されている。
　また、発電機１１は、制御用抵抗器１３を介して船内（本実施形態では機関室内）に別途設置された配電盤１４と電気的に接続されており、発電機１１が発電した電力を船内電源として利用することができるようになっている。
　さて、図１および図２に示すように、本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、上述した構成要素の他に、パワーマネジメントシステム２１と、パワータービン制御システム（パワータービンコントローラ：制御部：制御装置）２２と、エンジン制御システム（エンジンコントローラ：制御部：制御装置）２３とを備えている。
　パワーマネジメントシステム２１には、船内に供給される電力の周波数を検出する船内電力周波数検出部２４（図２参照）で検出された船内電力周波数検出値（データ）が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、パワーマネジメントシステム２１は、入力された船内電力周波数検出値に基づいて、必要電力指令（制御信号）をパワータービン制御システム２２に出力するようになっている。
　パワータービン制御システム２２には、パワーマネジメントシステム２１から出力された必要電力指令、およびエンジン制御システム２３から出力された後述のエンジン負荷が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、パワータービン制御システム２２は、ガス入口制御弁Ｖ１に対してガス入口制御弁制御指令（バルブ開度指令）を出力し、エンジン制御システム２３に対してガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）を出力するようになっている。
　ガス入口制御弁Ｖ１には、パワータービン制御システム２２から出力されたガス入口制御弁制御指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、ガス入口制御弁Ｖ１は、入力されたガス入口制御弁制御指令に基づいて、開度が自動的に調整されるようになっている。
　すなわち、船内電力の需要が多くなり、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１よりも減少すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が増加している（船内電力の供給が足りなくなっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からガス入口制御弁Ｖ１に、開度を増加させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、ガス入口制御弁Ｖ１の開度が増加し、パワータービン４への排気ガス流量が増加して、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１または所定値Ｆ１よりも大きい（第２の）所定値Ｆ２以上になると、ガス入口制御弁Ｖ１の開度の増加が停止され、ガス入口制御弁Ｖ１の開度調整が一旦終了される。
　これとは反対に、船内電力の需要が少なくなり、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１，Ｆ２よりも大きい（第３の）所定値Ｆ３よりも増加すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が減少している（船内電力が供給過多になっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からガス入口制御弁Ｖ１に、開度を減少させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、ガス入口制御弁Ｖ１の開度が減少し、パワータービン４への排気ガス流量が減少して、船内に供給される電力の周波数が（第３の）所定値Ｆ３または所定値Ｆ３よりも小さく、所定値Ｆ２よりも大きい（第４の）所定値Ｆ４以下になると、ガス入口制御弁Ｖ１の開度の減少が停止され、ガス入口制御弁Ｖ１の開度調整が一旦終了される。
　エンジン制御システム２３には、上述のガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）の他に、舶用ディーゼル機関１のエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出部２５（図２参照）で検出されたエンジン負荷（データ）、舶用ディーゼル機関１のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出部２６（図２参照）で検出されたエンジン回転数（データ）、および給気マニホールド８からエンジン本体２に供給される掃気の圧力を検出する掃気圧力検出部２７（図２参照）で検出された掃気圧力（データ）が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、エンジン制御システム２３は、入力されたガス入口制御弁開度信号、エンジン負荷、エンジン回転数、および掃気圧力に基づいて、エンジン負荷検出部２５で検出されたエンジン負荷をパワータービン制御システム２２に出力し、燃料噴射タイミング指令および／または排気弁開タイミング指令をエンジン本体２に出力するとともに、（排気ガス）バイパス制御弁制御指令（バルブ開度指令）を排気ガスバイパス制御弁Ｖ３に出力するようになっている。
　エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された燃料噴射弁（図示せず）には、エンジン制御システム２３から出力された燃料噴射タイミング指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された燃料噴射弁は、入力された燃料噴射タイミング指令に基づいて、燃料を噴射するタイミングが自動的に遅延させられるようになっている。
　また、エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された排気弁（図示せず）には、エンジン制御システム２３から出力された排気弁開タイミング指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、エンジン本体２、より詳しくは、エンジン本体２に装着された排気弁は、入力された排気弁開タイミング指令に基づいて、排気弁の開くタイミングが自動的に早められるようになっている。
　さらに、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３には、エンジン制御システム２３から出力されたバイパス制御弁制御指令が刻一刻（逐次）入力されるようになっており、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３は、入力されたバイパス制御弁制御指令に基づいて、開度が自動的に調整されるようになっている。
　すなわち、船内電力の需要が多くなり、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１よりも減少すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が増加している（船内電力の供給が足りなくなっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からエンジン制御システム２３にガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）が送出されて、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３に、開度を減少させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度が減少し、パワータービン４への排気ガス流量が増加して、船内に供給される電力の周波数が（第１の）所定値Ｆ１または所定値Ｆ１よりも大きい（第２の）所定値Ｆ２以上になると、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度の減少が停止され、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整が一旦終了される。
　これとは反対に、船内電力の需要が少なくなり、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１，Ｆ２よりも大きい（第３の）所定値Ｆ３よりも増加すると、パワーマネジメントシステム２１からパワータービン制御システム２２に、船内電力の需要が減少している（船内電力が供給過多になっている）旨の信号（指令）が送出され、パワータービン制御システム２２からエンジン制御システム２３にガス入口制御弁開度信号（抽ガスバルブ開度）が送出されて、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３に、開度を増加させる旨の信号（指令）が送出されることになる。そして、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度が増加し、パワータービン４への排気ガス流量が減少して、船内に供給される電力の周波数が（第３の）所定値Ｆ３または所定値Ｆ３よりも小さく、所定値Ｆ２よりも大きい（第４の）所定値Ｆ４以下になると、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度の増加が停止され、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整が一旦終了される。
　一方、ガス入口制御弁Ｖ１が（略）全開となり、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３が（略）全閉となって、その上さらに船内電力の需要が多くなる場合には、エンジン制御システム２３からエンジン本体２に、燃料噴射タイミング指令および／または排気弁開タイミング指令が送出されることになる。そして、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービン４への排気ガス温度が上昇し、パワータービン４におけるエネルギー回収率が増加して、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１または所定値Ｆ１よりも大きい所定値Ｆ２以上になると、燃料噴射タイミングおよび／または排気弁開タイミングの調整が一旦終了される。
　燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービン４への排気ガス温度を上昇させている間に、船内電力の需要が少なくなり、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ１，Ｆ２よりも大きい所定値Ｆ３よりも増加すると、燃料を噴射するタイミングが早められるか排気弁の開くタイミングが遅延させられることにより、または燃料を噴射するタイミングが早められるとともに排気弁の開くタイミングが遅延させられることにより、パワータービン４への排気ガス温度が下降し、パワータービン４におけるエネルギー回収率が増加して、船内に供給される電力の周波数が所定値Ｆ３または所定値Ｆ３よりも小さく、所定値Ｆ２よりも大きい所定値Ｆ４以下になると、燃料噴射タイミングおよび／または排気弁開タイミングの調整が一旦終了される。
　その後、さらに船内電力の需要が少なくなって、パワータービン４への排気ガス温度を上昇させる必要がなくなった場合、すなわち、燃料噴射タイミングおよび／または排気弁開タイミングが通常（正規）のタイミングに戻り、ガス入口制御弁Ｖ１および排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整で、船内に供給される電力の周波数調整が可能になった場合には、上述のガス入口制御弁Ｖ１および排気ガスバイパス制御弁Ｖ３の開度調整で、船内に供給される電力の周波数調整が行われるようになる。
　なお、燃料を噴射するタイミングが所定値まで遅延させられるか排気弁の開くタイミングが所定値まで早められて、その上さらに船内電力の需要が多くなる場合には、発電機１１とは別の発電機（図示せず）を回転駆動する図示しないディーゼル機関（補機）が自動的にまたは乗組員の手で起動され、船内電力の需要に応えることになる。
　本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、燃料を噴射するタイミングが遅延させられるか排気弁の開くタイミングが早められることにより、または燃料を噴射するタイミングが遅延させられるとともに排気弁の開くタイミングが早められることにより、パワータービン４への排気ガス温度が上昇し、パワータービン４におけるエネルギー回収率が増加して、舶用ディーゼル機関１よりも燃費の悪いディーゼル機関（補機）を起動することなく、船内電力の需要に応えることができ、トータルの運行コストを抑制することができる。
〔第２実施形態〕
　本発明の第２実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置について、図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第２実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置の要部をより詳しく説明するための構成図である。
　本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置は、図３に破線で示すように、パワーマネジメントシステム２１またはパワータービン制御システム２２により算出された発電機１１（図１参照）の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差を、エンジン制御システム２３に偏差信号として出力し、それを元にフィードフォワード制御を行っているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
　すなわち、本実施形態では、発電機１１による電力の供給が、船内で必要とされる電力の需要よりも少なくなる、または多くなると想定（予想）される場合に、発電機１１による電力の供給が、実際に船内で必要とされる電力の需要よりも少なくなる、または多くなる前に、ガス入口制御弁Ｖ１、排気ガスバイパス制御弁Ｖ３、燃料噴射弁、排気弁が予め操作されて、発電機１１の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差が極力小さくなるようになっている。
　本実施形態に係るエンジン排気エネルギー回収装置によれば、パワーマネジメントシステム２１またはパワータービン制御システム２２により算出された発電機１１の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差が、エンジン制御システム２３に偏差信号として出力され、それを元にフィードフォワード制御が行われることになるので、発電機１１の発電量と、現在船内で必要とされる電力量との差を常に小さくすることができて、船内電力を安定的に供給することができる。
　その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
　例えば、上述した実施形態では、発電機１１の駆動源としてパワータービン４が用いられているが、パワータービン４の代わりに、例えば、発電機を内蔵したハイブリッド排気タービン過給機（例えば、特開２００９－１９１７９４号公報参照）を用いてもよい。
　１　舶用ディーゼル機関
　２　エンジン本体
　４　パワータービン
１１　発電機
２２　パワータービン制御システム（制御部）
２３　エンジン制御システム（制御部）
Ｌ２　第２の排気管（排気管）
Ｖ１　ガス入口制御弁

Claims (9)

  1. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    　前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    　前記パワータービンにより駆動される発電機と、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    　前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるエンジン排気エネルギー回収装置。
  2. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    　前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    　前記パワータービンにより駆動される発電機と、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    　前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されるエンジン排気エネルギー回収装置。
  3. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、
    　　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    　前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が送出されるエンジン排気エネルギー回収装置。
  4. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機と、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整する制御部とを備えたエンジン排気エネルギー回収装置であって、
    　前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記制御部から前記エンジン本体に、燃料を噴射するタイミングを遅延させる制御指令、および／または排気弁の開くタイミングを早める制御指令が予め送出されるエンジン排気エネルギー回収装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン排気エネルギー回収装置を具備していることを特徴とする船舶。
  6. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    　前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    　前記パワータービンにより駆動される発電機とを備え、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    　前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにしたエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
  7. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
    　前記エンジン本体から前記パワータービンに、前記排気ガスを導く排気管の途中に設けられたガス入口制御弁と、
    　前記パワータービンにより駆動される発電機とを備え、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記ガス入口弁の開度を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    　前記ガス入口制御弁の開度が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにしたエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
  8. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機とを備え、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    　前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回る場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを早めるようにしたエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
  9. 　舶用ディーゼル機関のエンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、前記タービン部および前記コンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有するハイブリッド排気タービン過給機とを備え、
    　前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記発電機における発電量を調整するエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
    　前記発電機における発電量が予め定められた閾値に達し、前記発電機による発電量が、船内で必要とされる電力量を下回ると想定される場合、前記発電機による発電量と、船内で必要とされる電力量との差に応じて、前記エンジン本体に装着された燃料噴射弁の燃料噴射タイミングを予め遅延させるように、および／または前記エンジン本体に装着された排気弁の開くタイミングを予め早めるようにしたエンジン排気エネルギー回収装置の運転方法。
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