WO2015079748A1 - 廃熱回収システム、舶用推進システム、船舶及び廃熱回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、ディーゼル機関には、蒸気タービンと比べて熱効率が高いというメリットがある反面、大量の廃熱が回収しきれずに大気に棄てられているというデメリットがある。
なお、ディーゼル機関の廃熱は、ディーゼル機関から排出された排気ガスを排気ガスエコノマイザに導いて蒸気を発生させるのに利用されているが、その利用先は限られており、現状、大量の廃熱が大気に棄てられている。
本発明の第1の態様に係る廃熱回収システムは、第1の駆動機関である内燃機関と、第2の駆動機関であるボイラにて発生した蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、を備えた廃熱回収システムであって、前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮した復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱する第1低圧給水加熱器と、排気ガスエコノマイザにて前記内燃機関から排出された排気ガスにより発生した第2の蒸気から第3の蒸気を生成する蒸気生成器と、前記蒸気発生器で生成した前記第3の蒸気と前記第1低圧給水加熱器で加熱された前記復水との間で熱交換させて、前記第3の蒸気の少なくとも一部は水に凝縮する高圧給水加熱器とを備える。
すなわち、ジャケット冷却水の熱が復水により回収されることになる。
これにより、内燃機関からジャケット冷却水の冷却媒体に棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム全体としての効率を向上させることができる。
また、復水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラの燃料消費量を低減させることができる。
すなわち、排ガスエコノマイザを出口の排気ガスは、蒸気タービン推進システムの復水を十分に加熱できる熱量をもっており、排ガスエコノマイザの出口側に蒸気タービン推進システムの復水を加熱する加熱器を設けて、さらに内熱機関から棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム全体としての効率を向上させることができる。
これにより、復水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラの燃料消費量をさらに低減させることができる。
すなわち、ジャケット冷却水の熱が復水により回収されることになる。
これにより、内燃機関から棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム全体としての効率を向上させることができる。
また、復水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラの燃料消費量を低減させることができる。
すなわち、排ガスエコノマイザの出口の排気ガスは、蒸気タービン推進システムの復水を十分に加熱できる熱量をもっており、排ガスエコノマイザの出口側に蒸気タービン推進システムの復水を加熱する加熱器を設けて、さらに内熱機関から棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム全体としての効率を向上させることができる。
以下、本発明の第1実施形態に係る廃熱回収システム及び廃熱回収方法について、図1~図3を用いて説明する。
本実施形態に係る廃熱回収システム70(図4参照)は、例えば、図1に示す舶用推進システム10や図2に示す舶用推進システム60や図3に示す舶用推進システム80等に適用され得る。舶用推進システム10は、(主機用)ディーゼル機関11と、(主機用)蒸気タービン12と、ボイラ13と、(発電機用)蒸気タービン41と、発電機42と、減速機43と、を備えている。舶用推進システム60は、(主機用)ディーゼル機関61,62と、軸発電機モータ(Shaft Generator Motor:SGM)63,64と、ボイラ13と、(発電機用)蒸気タービン41と、発電機42と、減速機43と、インバータ53と、を備えている。舶用推進システム80は、(主機用)蒸気タービン12と、ボイラ13と、(4サイクルの(発電機用))ディーゼル機関44と、発電機45と、インバータ53と、電気推進モータ67と、を備えている。
ここで、蒸気タービン12は、中圧タービン(図示せず)及び再熱ボイラ(図示せず)を装備した再熱プラントとしても差し支えない。
また、図1中の符号41,42,43はそれぞれ、ボイラ13にて発生した蒸気により回転駆動される(発電機用)蒸気タービン、船内で必要な電気を発生させる発電機、蒸気タービン41の回転を発電機42に伝達する減速機を示している。
さらに、図1中の符号44,45,46はそれぞれ、燃料油及び/又は燃料ガスを燃焼させることができる(4サイクルの(発電機用))ディーゼル機関、ディーゼル機関44により回転駆動されて、船内で必要な電気を発生させる発電機、発電機42,45で発生した全電流を受け、開閉器(図示せず)を経て各外線に電流を分配する母線を示している。
なお、ボイラ13において燃料油を燃焼させること自体は、エンジンからのNOx排出規制の対象とされていない。したがって、エンジンからのNOx排出規制海域内においてもボイラ13で燃料油を燃焼させたエネルギーを、プロペラシャフト36及びスクリュープロペラ31の回転駆動に利用することにより航行することができる。
なお、図2に示す舶用推進システム60では、(第1の)プロペラシャフト65の先端部にスクリュープロペラ22が取り付けられ、(第2の)プロペラシャフト66の先端部にスクリュープロペラ31が取り付けられている。
なお、図3に示す舶用推進システム80では、(第1の)プロペラシャフト36の先端部にスクリュープロペラ31が取り付けられ、(第2の)プロペラシャフト68の先端部にスクリュープロペラ69が取り付けられている。
図3中の符号44,45,46はそれぞれ、燃料油及び/又は燃料ガスを燃焼させることができる(4サイクルの(発電機用))ディーゼル機関、ディーゼル機関44により回転駆動されて、電気推進モータ67で必要な電気を発生させる発電機、発電機42,45で発生した全電流を受け、開閉器(図示せず)を経て各外線に電流を分配する母線を示している。
ジャケット冷却水循環流路71は、主流路81と、第1バイパス流路82と、第2バイパス流路83と、造水装置84と、低圧給水加熱器85と、第1三方弁86と、第2三方弁87と、クーラ88と、ジャケット冷却水循環ポンプ89と、を備えている。
なお、図4中の符号T1は、ディーゼルエンジン11あるいはディーゼルエンジン61,62に流入するジャケット冷却水の入口温度を計測する温度センサを示し、符号T2は、ディーゼルエンジン11あるいはディーゼルエンジン61,62から流出するジャケット冷却水の出口温度を計測する温度センサを示している。
第1バイパス流路82は、造水装置84と低圧給水加熱器85とを結ぶ主流路81の途中と、第1三方弁86とを結ぶ配管である。
第2バイパス流路83は、第1三方弁86と第2三方弁87とを結ぶ主流路81の途中と、第2三方弁87とを結ぶ配管であり、その途中には、クーラ88が接続されている。
なお、第2三方弁87は、造水装置84及び低圧給水加熱器85で廃熱を回収しきれなくなり、温度センサT1で計測された温度及び/又は温度センサT2で計測された温度が所定の温度を超えてしまう場合、第2バイパス流路83を流通するよう切り換えられ、造水装置84及び低圧給水加熱器85で回収しきれなかった廃熱は、クーラ88にて海水に棄てられることになる。
主流路91の途中には、蒸気タービン12あるいは蒸気タービン41、復水器92、復水ポンプ93、低圧給水加熱器85、デアレータ95、給水ポンプ96、高圧給水加熱器97、節炭器98、ボイラ13が順に接続されている。
蒸気生成器103は(第2の)蒸気を気水分離して(第3の)蒸気成分を主流路101に供給するとともに、(第3の)蒸気熱量が不足する場合はボイラとして助燃できる機能を持つものである。
ここで、高圧給水加熱器97では、蒸気生成器103から供給された(第3の)蒸気の少なくとも一部は水に凝縮し、凝縮した水分はドレンタンク105へと回収され、ドレンポンプ106で蒸気生成器103へ供給される。
高圧給水加熱器97で蒸気生成器103から供給された(第3の)蒸気の少なくとも1部が水に凝縮することで、(第3の)蒸気の熱量は、潜熱までボイラ13へ供給する復水に回収される。
排気管111の途中には、上流側(ディーゼルエンジン11あるいはディーゼルエンジン61,62側)からターボチャージャ112、排気ガスエコノマイザ94が順に接続されている。
すなわち、ジャケット冷却水の熱が復水により回収されることになる。
これにより、ディーゼル機関11,61,62から棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム10,60全体としての効率を向上させることができる。
また、復水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気タービン12,41に蒸気を供給するボイラ13の燃料消費量を低減させることができる。
すなわち、排気ガスの熱が給水により回収されることになる。
これにより、ディーゼル機関11,61,62から大気に棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム全体としての効率を向上させることができる。
また、給水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気生成器103の燃料消費量を低減させることができる。
本発明の第2実施形態に係る廃熱回収システムについて、図5を参照しながら説明する。本実施形態に係る廃熱回収システム70は、第2給水加熱器114をさらに備え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。
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、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
図5に示すように、排気ガスエコノマイザ94は、第2給水加熱器114を更に備えている。
主流路91の途中には、蒸気タービン12あるいは蒸気タービン41、復水器92、復水ポンプ93、低圧給水加熱器85、第2給水加熱器114、デアレータ95、給水ポンプ96、高圧給水加熱器97、節炭器98、ボイラ13が順に接続されている。
本発明の第3実施形態に係る廃熱回収システムについて、図6を参照しながら説明する。本実施形態に係る廃熱回収システム120は、低圧給水加熱器121をさらに備え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。
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、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
主流路131の途中には、蒸気タービン12あるいは蒸気タービン41、復水器92、復水ポンプ93、第1低圧給水加熱器85、第2低圧給水加熱器121、排気ガスエコノマイザ94、デアレータ95、給水ポンプ96、高圧給水加熱器97、節炭器98、ボイラ13が順に接続されている。
主流路131の途中には、蒸気生成器103、高圧給水加熱器97、第2低圧給水加熱器121、ドレンタンク105、ドレンポンプ106が順に接続されている。
すなわち、ジャケット冷却水の熱が復水により回収されることになる。
これにより、ディーゼル機関11,61,62から大気に棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム10,60全体としての効率を向上させることができる。
また、復水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気タービン12,41に蒸気を供給するボイラ13の燃料消費量を低減させることができる。
次に、本発明の第4実施形態に係る廃熱回収システムについて説明する。本実施形態に係る廃熱回収システム120は、第2給水加熱器114と、低圧給水加熱器121とをさらに備えており、第2実施形態と第3実施形態を組み合わせた構成を有する。
なお、図7では、上述した第1から第3実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
すなわち、排気ガスの熱が給水により回収されることになる。
これにより、ディーゼル機関11,61,62から大気に棄てられる廃熱の量を低減させ、舶用推進システム全体としての効率を向上させることができる。
また、給水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気生成器103の燃料消費量を低減させることができる。
これにより、復水を蒸気に変えるのに必要な熱量、すなわち、蒸気タービン12,41に蒸気を供給するボイラ13の燃料消費量をさらに低減させることができる。
例えば、上述した実施形態では、2機2軸の船舶を一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、3機3軸、4機4軸の船舶にも適用可能である。
11 ディーゼル機関(内燃機関)
12 蒸気タービン
13 ボイラ
21 プロペラシャフト
22 スクリュープロペラ
31 スクリュープロペラ
36 プロペラシャフト
41 蒸気タービン
42 発電機
60 舶用推進システム
61 ディーゼル機関(内燃機関)
62 ディーゼル機関(内燃機関)
63 軸発電機モータ
64 軸発電機モータ
65 プロペラシャフト
66 プロペラシャフト
70 廃熱回収システム
85 第1低圧給水加熱器
94 排気ガスエコノマイザ
97 高圧給水加熱器
103 蒸気生成器
113 第1給水加熱器
114 第2給水加熱器
120 廃熱回収システム
121 第2低圧給水加熱器
Claims (14)
- 第1の駆動機関である内燃機関と、
第2の駆動機関であるボイラにて発生した蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、を備えた廃熱回収システムであって、
前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮した復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱する第1低圧給水加熱器と、
排気ガスエコノマイザにて前記内燃機関から排出された排気ガスにより発生した第2の蒸気から第3の蒸気を生成する蒸気生成器と、
前記蒸気発生器で生成した前記第3の蒸気と前記第1低圧給水加熱器で加熱された前記復水との間で熱交換させて、前記第3の蒸気の少なくとも一部は水に凝縮する高圧給水加熱器と、
を備える廃熱回収システム。 - プロペラシャフト及びスクリュープロペラを回転駆動する内燃機関と、
ボイラにて発生した蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンにより回転駆動される発電機と、
前記発電機にて発生した電気により回転駆動されて、前記プロペラシャフト及び前記スクリュープロペラを回転駆動する軸発電機モータと、を備えた廃熱回収システムであって、
前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮して排気ガスエコノマイザに導かれる復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱する第1低圧給水加熱器が設けられている廃熱回収システム。 - ボイラにて発生した蒸気により回転駆動されて、プロペラシャフト及びスクリュープロペラを回転駆動する蒸気タービンと、
内熱機関にて回転駆動される発電機と、
前記発電機にて発生した電気にて回転駆動されて、前記プロペラシャフト及び前記スクリュープロペラとは異なる別のプロペラシャフト及び、スクリュープロペラを回転させる電気推進モータと、を備えた廃熱回収システムであって、
前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮してボイラに導かれる復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱する第1低圧給水加熱器が設けられている廃熱回収システム。 - 内熱機関の排気ガスエコノマイザは、蒸気生成器との間で水を循環させ、前記排気ガスエコノマイザに供給される給水と、前記内燃機関から排出された排気ガスとの間で熱交換させて、蒸気を発生させる請求項1から3のいずれか一項に記載の廃熱回収システム。
- 前記排気ガスエコノマイザに設けられた第2給水加熱器にて前記内燃機関から排出された排気ガスにより加熱された前記復水と、蒸気生成器で発生された蒸気との間で熱交換させて、蒸気生成器で発生された蒸気の熱で前記復水を加熱する高圧給水加熱器が設けられている請求項1から4のいずれか一項に記載の廃熱回収システム。
- 前記高圧給水加熱器の下流側にて、前記第1低圧給水加熱器から前記高圧給水加熱器に導かれる前記復水と、前記高圧給水加熱器において前記復水を加熱した前記蒸気又は熱水との間で熱交換させて、これら蒸気又は熱水の熱で、前記第1低圧給水加熱器から前記排気ガスエコノマイザに導かれる前記復水を加熱する第2低圧給水加熱器が設けられている請求項1から5のいずれか一項に記載の廃熱回収システム。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の廃熱回収システムを具備し、前記第1の駆動機関で、第1のプロペラシャフトを回転駆動し、前記第2の駆動機関で、第2のプロペラシャフトを回転駆動する舶用推進システム。
- 前記蒸気タービンにより回転駆動される発電機と、
前記発電機にて発生した電気により回転駆動されて、前記第1プロペラシャフト及び第2プロペラシャフトを回転駆動する軸発電機モータと、
を備える請求項7に記載の舶用推進システム。 - 前記第1の駆動機関で発生させた回転動力と、前記第2の駆動機関で発生させた回転動力の少なくとも一方により回転駆動される発電機と、
前記発電機にて発生した電気により回転駆動されて、前記複数のプロペラシャフトを各々回転駆動する軸発電機モータと、
を備える請求項7に記載の舶用推進システム。 - 請求項7に記載の舶用推進システムを具備している船舶。
- プロペラシャフト及びスクリュープロペラを回転駆動する内燃機関と、
ボイラにて発生した蒸気により回転駆動されて、前記プロペラシャフト及び前記スクリュープロペラとは異なる別のプロペラシャフト及びスクリュープロペラを回転駆動する蒸気タービンと、を備えた廃熱回収方法であって、
前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮して排気ガスエコノマイザに導かれる復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱するようにした廃熱回収方法。 - プロペラシャフト及びスクリュープロペラを回転駆動する内燃機関と、
ボイラにて発生した蒸気により回転駆動される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンにより回転駆動される発電機と、
前記発電機にて発生した電気により回転駆動されて、前記プロペラシャフト及び前記スクリュープロペラを回転駆動する軸発電機モータと、を備えた廃熱回収方法であって、
前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮して排気ガスエコノマイザに導かれる復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱するようにした廃熱回収方法。 - ボイラにて発生した蒸気により回転駆動されて、プロペラシャフト及びスクリュープロペラを回転駆動する蒸気タービンと、
内熱機関にて回転駆動される発電機と前記発電機にて発生した電気にて回転駆動されて、前記プロペラシャフト及び前記スクリュープロペラとは異なる別のプロペラシャフト及び、スクリュープロペラを回転させる電気推進モータと、を備えた廃熱回収システムであって、
前記内燃機関のウォータージャケットを通過したジャケット冷却水と、前記蒸気タービンの下流側にて凝縮してボイラに導かれる復水との間で熱交換させて、前記ジャケット冷却水の熱で前記復水を加熱する第1低圧給水加熱器が設けられている廃熱回収方法。 - 前記内燃機関の前記排気ガスエコノマイザにて、蒸気生成器との間で水を循環させ、前記排気ガスエコノマイザに供給される給水と、前記内燃機関から排出された排気ガスとの間で熱交換させて、蒸気を発生させる請求項11から13のいずれか一項に記載の廃熱回収方法。
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