(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの回転力により発電機を駆動する発電システムであって、
システム稼働時に動作する主タービンと、
前記主タービンの出力軸と接続された主駆動ギヤ、及び前記発電機の入力軸と接続された主従動ギヤを有し、前記主駆動ギヤの回転を前記主従動ギヤに伝達する主減速機と、
システム稼働時に状況に応じて動作又は停止する１以上の副タービンと、を備え、
前記主減速機は、前記主駆動ギヤと前記主従動ギヤとの間に介在して前記主駆動ギヤの回転を前記主従動ギヤに伝達する１以上のアイドルギヤを更に有し、
前記１以上の副タービンに含まれる第１副タービンの出力軸が、前記主従動ギヤに接続されており、
前記第１副タービンと前記主タービンとが、前記主減速機を基準にして軸線方向に互いに同じ側に配置され、且つ、前記主タービンと前記発電機とが、前記主減速機を基準にして軸線方向において互いに反対側に配置されている、発電システム。
【請求項２】
前記主駆動ギヤ、前記アイドルギヤ及び前記主従動ギヤの各中心が、軸線方向から見て同一直線上に位置する、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記第１副タービンの出力軸と前記主従動ギヤとの間に介在するクラッチと、
前記第１副タービンの出力軸と前記クラッチとの間に介在する第１副減速機とを備え、
前記第１副減速機は、前記第１副タービンの出力軸と接続された第１副駆動ギヤ、及び前記クラッチと接続された第１副従動ギヤを有し、前記第１副駆動ギヤの回転を前記第１副従動ギヤに伝達し、
前記第１副駆動ギヤが、前記主従動ギヤ及び前記第１副従動ギヤから見て、前記主駆動ギヤから遠ざかるように配置されている、請求項１又は２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記１以上の副タービンには、第２副タービンが更に含まれ、
前記発電機の前記入力軸が、軸線方向に互いに反対側に延在する第１入力軸部及び第２入力軸部を有し、前記第１入力軸部が、前記主減速機の前記主従動ギヤに接続され、前記第２副タービンの出力軸が、クラッチを介して前記第２入力軸部に接続されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記１以上の副タービンには、第３副タービンが更に含まれ、
前記第３副タービンの出力軸が、クラッチを介して前記主駆動ギヤに接続され、前記第１副タービンと前記第３副タービンとが、前記主減速機を基準にして軸線方向に互いに反対側に配置されている、請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
当該発電システムが、主機を１機備える船舶に搭載される発電システムであり、
前記主タービンが、前記主機周辺の廃熱から回転力を取り出す蒸気タービンであり、
前記１以上の副タービンが、前記主機の排気から回転力を取り出すパワータービンである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項７】
当該発電システムが、主機を２機備える船舶に搭載される発電システムであり、
前記主タービンは、前記２機の主機周辺の廃熱から回転力を取り出す蒸気タービンであり、
前記第１副タービンが、前記２機の主機のうち一方の排気から回転力を取り出す第１のパワータービンであり、前記第２副タービンが、前記２機の主機のうち他方の排気から回転力を取り出す第２のパワータービンである、請求項４又は５に記載の発電システム。
【請求項８】
前記２機の主機の廃熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収系を備え、
前記廃熱回収系が、前記２機の主機のうち一方の排気の熱を回収する第１排ガスエコノマイザと、前記２機の主機のうち他方の排気の熱を回収する第２排ガスエコノマイザと、前記蒸気タービンに蒸気を供給するための気水分離器と、前記第１排ガスエコノマイザ及び前記第２排ガスエコノマイザを前記気水分離器に対し並列接続する循環水系統と、を備えている、請求項７に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンの回転力により発電機を駆動する発電システムに関し、特に、複数のタービンを備え、その一部をシステム稼働時に停止させることもある発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の船舶は、運航中に必要となる電力を発電する発電システムを搭載している。舶用発電システムは、一般に、タービンの回転力により発電機を駆動する。タービンには、推進用原動機である主機周辺の廃熱から回転力を取り出す蒸気タービンと、主機の排ガスの一部から回転力を取り出すパワータービンとの両方が適用されることがある。この場合、発電システムには、排ガスの熱を主とした主機周辺の廃熱を回収するための廃熱回収系が付加される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
推進負荷が低いときには、主機の排ガスの流量が小さくなるので、パワータービンが満足に動作し得ない可能性がある。そこで、システムを稼働させようとするときには蒸気タービンを原則として常に動作させ、システムが稼働しているときでも状況に応じてパワータービンを動作又は停止させる発電システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１は、１台の蒸気タービン、１台のパワータービン、及び各タービンに対応して設けられた２機の発電機を備える発電システムを開示している。特許文献２は、１台の蒸気タービン、１台のパワータービン及び１機の発電機を備える発電システムを開示しており、また、２台のタービンの回転力を１機の発電機に入力可能にする動力伝達系を複数例開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３２６１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の発電システムによれば、２機の発電機を備えるので、システム全体が非常に大型となる。すると、舶内の狭隘な機関室を大きく圧迫する。特に、コンテナ船等の荷役運搬船の設計においては、荷役運搬船の本来的な目的である貨物積載のためのスペースが第一義的に確保されていくため、機関室として与えられるスペースは極めて限定的なものとなり、大型のシステムを搭載することが困難を極める。
【０００７】
特許文献２の１つ目の動力伝達系（図１）によれば、蒸気タービンの出力軸が２個の外歯車から成る減速ギヤ列を介して発電機の入力軸と接続され、パワータービンの出力軸がＳＳＳクラッチ（Synchro-Self-Shifting クラッチ）を介して減速ギヤ列の駆動ギヤに接続されている。蒸気タービン及びパワータービンは駆動ギヤを基準にして軸線方向に互いに反対側に配置され、パワータービン及び発電機は減速ギヤ列を基準にして軸線方向に同じ側に配置されている。この構成によれば、システム全体が軸線方向に大型化する。しかも、発電機がパワータービンと半径方向に近接するので、発電機をパワータービン及びＳＳＳクラッチから軸線方向に逃がす必要が生じる。このため、発電機の入力軸が長大になり、軸支持構造が複雑になる。
【０００８】
特許文献２の２つ目の動力伝達系（図２）によれば、３個の外歯車から成る減速ギヤ列が設けられ、中央の大径のギヤに発電機の入力軸が接続され、残る２個の小径のギヤの一方に蒸気タービンの出力軸が接続され、他方にパワータービンの出力軸がクラッチ及び減速ギヤ列を介して接続されている。蒸気タービン及びパワータービンは減速ギヤ列を基準にして軸線方向に同じ側に配置され、蒸気タービン及び発電機は減速ギヤ列を基準にして軸線方向に互いに反対側に配置されている。この構成によれば、パワータービンが停止したときに、パワータービンと接続されたギヤは、パワータービンからの回転力が伝達されなくなるにも関わらず、蒸気タービンから伝達される回転力によって空回りする。空回りが生じると、ギヤにハンマリングが発生しやすくなり、ギヤが損傷するおそれがある。また、蒸気タービンの回転力が、発電機への動力伝達に寄与しないギヤを駆動するために無駄に消費されてしまうので、システムの発電効率が悪くなる。
【０００９】
特許文献２の３つ目の動力伝達系（図３）は、いわゆる串刺し型であり、蒸気タービンの出力軸にパワータービンの出力軸がクラッチを介して接続されている。串刺し型を採用すると、発電機からパワータービンまでの軸線方向の寸法が非常に大きくなる。
【００１０】
そこで本発明は、複数のタービンの回転力が歯車列を介して発電機に伝達され、システム稼働時にタービンの一部を停止させることもある発電システムにおいて、ハンマリングを防止し、発電効率を向上し且つシステム全体の大型化を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発電システムは、タービンの回転力により発電機を駆動する発電システムであって、システム稼働時に動作する主タービンと、前記主タービンの出力軸と接続された主駆動ギヤ、及び前記発電機の入力軸と接続された主従動ギヤを有し、前記主駆動ギヤの回転を前記主従動ギヤに伝達する主減速機と、システム稼働時に状況に応じて動作又は停止する１以上の副タービンと、を備え、前記主減速機は、前記主駆動ギヤと前記主従動ギヤとの間に介在して前記主駆動ギヤの回転を前記主従動ギヤに伝達する１以上のアイドルギヤを更に有し、前記１以上の副タービンに含まれる第１副タービンの出力軸が、前記主従動ギヤに接続されており、前記第１副タービンと前記主タービンとが、前記主減速機を基準にして軸線方向に互いに同じ側に配置され、且つ、前記主タービンと前記発電機とが、前記主減速機を基準にして軸線方向において互いに反対側に配置されている。
【００１２】
前記構成によれば、主タービンの回転力が、主駆動ギヤ及び主従動ギヤを介して発電機に入力され、第１副タービンの回転力が、主従動ギヤを介して発電機に入力される。主従動ギヤは、第１副タービンが停止していて主タービンの回転力だけで発電機を駆動しているときであっても、発電機への動力伝達に寄与する。つまり、第１副タービンが停止していても、主減速機に空回りするギヤは存在しない。したがって、主減速機を構成するギヤにハンマリングが発生するのを防止することができ、また、蒸気タービンの回転力が無駄に消費されるのを防止して発電効率を向上させることができる。
【００１３】
そのうえで、第１副タービンと主タービンとは主減速機を基準にして軸線方向に同じ側に配置されている。すなわち、半径方向に並ぶようにして配置されている。ここで、主減速機の主駆動ギヤと主従動ギヤとの間には、１以上のアイドルギヤが介在しているので、主駆動ギヤと主従動ギヤとは、その分半径方向に離される。このため、主タービンと第１副タービンとを半径方向に無理なく並べることができる。すると、第１副タービンを主タービンから軸線方向に逃がすべく第１副タービンの出力軸を長大にするような必要がなくなる。しかも、これら２つのタービンと発電機とが主減速機を基準にして軸線方向に互いに反対側に配置されているので、発電機の入力軸を長大にする必要もなくなる。その結果、システム全体を小型化することができ、また、軸支持構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００１４】
前記主駆動ギヤ、前記アイドルギヤ及び前記主従動ギヤの各中心が、軸線方向から見て同一直線上に位置していてもよい。
【００１５】
前記構成によれば、主駆動ギヤ及び主従動ギヤの中心間距離をなるべく長くすることができる。つまり、中心間距離が、主駆動ギヤのピッチ円の半径と、アイドルギヤのピッチ円の直径と、主従動ギヤのピッチ円の半径との和に相当する長さとなるので、ギヤのサイズを最大限に活用して主駆動ギヤと主従動ギヤとを半径方向に離すことができる。
【００１６】
前記第１副タービンの出力軸と前記主従動ギヤとの間に介在するクラッチと、前記第１副タービンの出力軸と前記クラッチとの間に介在する第１副減速機とを備え、前記第１副減速機は、前記第１副タービンの出力軸と接続された第１副駆動ギヤ、及び前記クラッチと接続された第１副従動ギヤを有し、前記第１副駆動ギヤの回転を前記第１副従動ギヤに伝達し、前記第１副駆動ギヤが、前記主従動ギヤ及び前記第１副従動ギヤから見て、前記主駆動ギヤから遠ざかるように配置されていてもよい。
【００１７】
前記構成によれば、第１副駆動ギヤが第１副従動ギヤから見て主駆動ギヤから遠ざかるように配置されているので、第１副タービンを主タービンから半径方向に離して配置することができる。これにより、第１副タービンと主タービンとを半径方向に無理なく並べることができる。また、副減速機と主減速機との間にクラッチが介在しているので、第１副タービンが停止しているときに、副減速機を構成するギヤが主タービンの回転力を受けて空回りすることもない。
【００１８】
前記１以上の副タービンには、第２副タービンが更に含まれ、前記発電機の前記入力軸が、軸線方向に互いに反対側に延在する第１入力軸部及び第２入力軸部を有し、前記第１入力軸部が、前記主減速機の前記主従動ギヤに接続され、前記第２副タービンの出力軸が、クラッチを介して前記第２入力軸部に接続されていてもよい。
【００１９】
前記構成によれば、第２副タービンが発電機を基準にして主タービン及び第１副タービンと軸線方向に反対側に配置される。これにより、システム全体が半径方向に大型化するのを抑制することができる。また、第２副タービンと第２入力軸部との間にクラッチが介在しているので、第２副タービンが停止しているときに、第２副タービンの出力軸と第２入力軸部との間で主タービンの回転力に起因するギヤの空回りが発生することもない。
【００２０】
前記１以上の副タービンには、第３副タービンが更に含まれ、前記第３副タービンの出力軸が、クラッチを介して前記主駆動ギヤに接続され、前記第１副タービンと前記第３副タービンとが、前記主減速機を基準にして軸線方向に互いに反対側に配置されていてもよい。
【００２１】
前記構成によれば、第３副タービンの出力軸を主駆動ギヤに接続している。このため、第３副タービンを停止させていても、主減速機を構成するギヤに空回りが発生するのを防止することができる。また、第３副タービンと主駆動ギヤとの間にクラッチが介在しているので、第３副タービンが停止しているときに、第３副タービンの出力軸と主減速機との間で主タービンの回転力に起因するギヤの空回りが発生することもない。また、第３副タービンが発電機と半径方向に並べて配置されるが、主駆動ギヤと主従動ギヤとはアイドルギヤを介在させた分だけ半径方向に離れて配置されるため、第３副タービンを発電機から半径方向に好適に離して配置することができる。したがって、第３副タービンの出力軸又は発電機の入力軸を長大にする必要がなく、システム全体が軸線方向に大型化したり軸支持構造が複雑化したりするのを抑制することができる。
【００２２】
当該発電システムが、主機を１機備える船舶に搭載される発電システムであり、前記主タービンが、前記主機周辺の廃熱から回転力を取り出す蒸気タービンであり、前記１以上の副タービンが、前記主機の排気から回転力を取り出すパワータービンであってもよい。
【００２３】
また、当該発電システムが、主機を２機備える船舶に搭載される発電システムであり、前記主タービンは、前記２機の主機周辺の廃熱から回転力を取り出す蒸気タービンであり、前記第１副タービンが、前記２機の主機のうち一方の排気から回転力を取り出す第１のパワータービンであり、前記第２副タービンが、前記２機の主機のうち他方の排気から回転力を取り出す第２のパワータービンであってもよい。
【００２４】
このとき、前記２機の主機の廃熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収系を備え、前記廃熱回収系が、前記２機の主機のうち一方の排気の熱を回収する第１排ガスエコノマイザと、前記２機の主機のうち他方の排気の熱を回収する第２排ガスエコノマイザと、前記蒸気タービンに蒸気を供給するための気水分離器と、前記第１排ガスエコノマイザ及び前記第２排ガスエコノマイザを前記気水分離器に対し並列接続する循環水系統と、を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、複数のタービンの回転力が歯車列を介して発電機に伝達され、システム稼働時にタービンの一部を停止させることもある発電システムにおいて、ハンマリングを防止し、発電効率を向上し且つシステム全体の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】図１のII−II線に沿って切断して示す主減速機及び副減速機の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る発電システムの全体構成を示す概念図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る発電システムの全体構成を示す概念図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る発電システムの動力伝達系の構成を示す概念図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る発電システムの動力伝達系の構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、全ての図を通して同一又は相当する要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発電システム１００の全体構成を示す概念図である。図１に示すように、発電システム１００は、推進用原動機である主機として舶用ディーゼルエンジン１（以下、単に「エンジン」と称す）を備えた船舶に搭載されている。
【００２９】
発電システム１００は、発電機２と、排気系３により船外に排出されようとしているエンジン１の排ガスから回転力を取り出すパワータービン４と、廃熱回収系５により回収されたエンジン１周辺の廃熱から回転力を取り出す蒸気タービン６と、タービン４，６の回転力を発電機２に伝達する動力伝達系７とを備えている。発電機２は、タービン４，６の回転力により駆動され、舶内で必要となる電力を発生する。
【００３０】
発電機２は、いわゆる舶用パワータービン付き蒸気ターボ発電機である。つまり、蒸気タービン６は、主タービンとして機能し、システムを稼働させようとするとき（すなわち、発電機２を駆動しようとするとき）には原則として常に動作する。パワータービン４は、副タービンとして機能し、システムが稼働しているときでも、電力負荷の高低及び推進負荷の高低などの状況に応じて適宜動作又は停止する。
【００３１】
本実施形態に係る発電システム１００は、１機のエンジン１を備える船舶に搭載され、１機の発電機２と、１台の蒸気タービン６と、１台のパワータービン４とを備えている。以下、このような発電システム１００における排気系３、廃熱回収系５及び動力伝達系７について順に説明する。
【００３２】
（排気系）
排気系３は、エンジン１からの排ガスを煙突等の排気出口に導くための排気管１１を備えている。排気管１１からは、供給通路１２が分岐しており、排ガスの一部が、供給通路１２を介してパワータービン４のガス入口に供給され得るようになっている。パワータービン４は、複数の動翼を有するガスタービンであり、ガス入口に供給された排ガスによって動翼を回転させ、出力軸６１に回転力を発生させる。パワータービン４のガス出口には、還流通路１３が接続されている。パワータービン４のガス出口より排出されたガスは、還流通路１３を介して排気管１１に戻される。
【００３３】
供給通路１２及び還流通路１３にはそれぞれ、開閉弁１４，１５が設けられている。開閉弁１４，１５は、パワータービン４を動作させるべき状況では開となる。一方、開閉弁１４，１５は、パワータービン４を停止させるべき状況では閉となり、パワータービン４への排ガスの流れを阻止する。
【００３４】
（廃熱回収系）
廃熱回収系５は、主として、排ガスエコノマイザ２１、高圧ドラム２２（高圧側の気水分離器）、低圧ドラム２３（低圧側の気水分離器）、高圧循環水系統２４、蒸気系統２５、低圧循環水系統２６及び混気系統２７を備えている。
【００３５】
排ガスエコノマイザ２１は、排気管１１と排気出口との間に介在しており、排気系３の一部を構成している。排ガスエコノマイザ２１は、上流側から順に、入口管３１、高圧蒸発器３２、中間管３３、低圧蒸発器３４及び出口管３５を有している。入口管３１は、排気管１１に接続され、エンジン１からの排ガスを高圧蒸発器３２に導く。中間管３３は、高圧蒸発器３２における熱交換後の排ガスを低圧蒸発器３４に導く。出口管３５は、低圧蒸発器３４における熱交換後の排ガスを排気出口に導く。
【００３６】
高圧ドラム２２は、給水系統（図示せず）より供給された水を循環水として貯留する。高圧循環水系統２４は、高圧ドラム２２を高圧蒸発器３２に接続するライン２４ａと、高圧蒸発器３２を高圧ドラム２２に接続するライン２４ｂとを有する。蒸気系統２５は、高圧ドラムを蒸気タービンの蒸気入口に接続するライン２５ａを有する。ライン２４ａ上のポンプ２４Ｐが動作すると、高圧ドラム２２内の循環水がライン２４ａを介して高圧蒸発器３２へと送られ、送られた循環水は高圧蒸発器３２内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２４ｂを介して高圧ドラム２２に戻され、戻された循環水は高圧ドラム２２内で蒸気と液体とに分離される。高圧ドラム２２内の蒸気は、ライン２５ａを介して蒸気タービン６の蒸気入口に供給される。
【００３７】
低圧ドラム２３は、給水系統（図示せず）より供給された水を循環水として貯留可能である。低圧循環水系統２６は、低圧ドラム２３を低圧蒸発器３４に接続するライン２６ａと、低圧蒸発器３４を低圧ドラム２３に接続するライン２６ｂとを有する。混気系統２７は、低圧ドラム２３を蒸気タービン６の混気入口に接続するライン２７ａを有する。ライン２６ａ上のポンプ２６Ｐが動作すると、低圧ドラム２３内の循環水がライン２６ａを介して低圧蒸発器３４へと送られ、送られた循環水は低圧蒸発器３４内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２６ｂを介して低圧ドラム２３に戻され、戻された循環水は低圧ドラム２３内で蒸気と液体とに分離される。低圧ドラム２３内の蒸気は、ライン２７ａを介して蒸気タービン６の混気入口に供給される。
【００３８】
蒸気タービン６は、複数の動翼を有する多段式の蒸気タービンであり、蒸気入口に供給された高圧ドラム２２からの蒸気及び混気入口に供給された低圧ドラム２３からの蒸気によって動翼を回転させ、出力軸４１に回転力を発生させる。なお、蒸気系統２５は、ライン２５ａを介して蒸気入口に供給される蒸気を過熱器３６を経由させるか否かを制御する弁ユニット２５Ｖを有している。過熱器３６は、排ガスエコノマイザ２１の入口管３１内に設けられており、蒸気が過熱器３６を経由するときには、蒸気を排ガスとの熱交換により昇温させることができる。また、混気系統２７は、ライン２７ａを介して混気入口に供給される蒸気の流量を調整する弁ユニット２７Ｖを有している。これら弁ユニット２５Ｖ，２７Ｖの動作を制御することにより、出力軸４１に発生する回転力を負荷等に応じて調整することができる。
【００３９】
なお、蒸気タービン６に供給された蒸気は、蒸気出口より排出されて復水器（図示せず）で復水され、給水系統に沿って高圧ドラム２２及び低圧ドラム２３に供給される。給水系統は、エンジン１への給気からの放熱等のエンジン１周辺の廃熱を熱源として給水を加熱する給水加熱器（図示せず）を有している。また、高圧ドラム２２及び低圧ドラム２３は、蒸気系統２５に送られた蒸気の一部を熱源として（図中米印参照）、貯留している循環水を加熱する加熱器２２ａ，２３ａが設けられている。
【００４０】
このように廃熱回収系５は、排ガスエコノマイザ２１で排ガスの熱を回収するとともに給気からの放熱をも回収し、回収された熱で蒸気を生成し、生成された蒸気で蒸気タービン６を駆動する。蒸気タービン６が、排ガスの熱を主とするエンジン１周辺の廃熱を熱源として生成された蒸気により駆動されるので、発電システム１００を好適に省エネルギー化することができる。
【００４１】
（動力伝達系）
図１は、平面視における動力伝達系７の配置を模式的に示している。動力伝達系７は、１台の蒸気タービン６の回転力と１台のパワータービン４の回転力とを１機の発電機２に入力可能なように構成されている。
【００４２】
蒸気タービン６の出力軸４１と発電機２の入力軸４４とは互いに平行に配置されており、発電機２の入力軸４４は、カップリング４３を介して回転軸４２と接続されている。出力軸４１は、主減速機５０を介して回転軸４２と接続されている。主減速機５０は、出力軸４１を固定した主駆動ギヤ５１と、回転軸４２を固定した主従動ギヤ５２と、主駆動ギヤ５１と主従動ギヤ５２との間に介在する１個のアイドルギヤ５３とを有した減速ギヤ列である。これら３個のギヤ５１〜５３はいずれも外歯を有する歯車であり、主駆動ギヤ５１の歯数は主従動ギヤ５２の歯数よりも少ない。アイドルギヤ５３は、主駆動ギヤ５１と噛合し且つ主従動ギヤ５２と噛合している。
【００４３】
他方、パワータービン４の出力軸６１は、蒸気タービン６の出力軸４１、発電機２の入力軸４４、及び回転軸６３と平行に配置されている。出力軸６１は、副減速機６２を介して回転軸６３と接続されている。副減速機６２は、出力軸６１を固定した副駆動ギヤ６４と、回転軸６３を固定した副従動ギヤ６５とを有する減速ギヤ列である。これら２個のギヤ６４，６５はいずれも外歯を有する歯車であり、副駆動ギヤ６４の歯数は副従動ギヤ６５の歯数よりも少ない。副駆動ギヤ６４と副従動ギヤ６５とは半径方向に並んで互いに噛合している。回転軸６３は、ＳＳＳクラッチ６６を介して主減速機５０の主従動ギヤ５２に接続されている。
【００４４】
上記構成によれば、蒸気タービン６の回転力は、主駆動ギヤ５１、アイドルギヤ５３、主従動ギヤ５２、回転軸４２及びカップリング４３をこの順に介し、発電機の入力軸４４に伝達される。蒸気タービン６は、前述したとおり主タービンとして機能するので、これら部材４２〜４４，５１〜５３は、システム稼働時には原則として常に蒸気タービン６の回転力を受けて回転駆動され、蒸気タービン６の回転力を発電機２に伝達するために寄与する。
【００４５】
他方、パワータービン４が動作しているときには、パワータービン４の回転力は、副駆動ギヤ６４、副従動ギヤ６５、回転軸６３及びＳＳＳクラッチ６６をこの順に介し、主従動ギヤ５２及び回転軸４２に伝達される。パワータービン４が停止しているときであっても、主従動ギヤ５２は、蒸気タービン６の回転力を発電機２に伝達するために寄与するギヤであるので、主減速機５０に空回りするギヤが存在しない。また、パワータービン４が停止しているときには、主従動ギヤ５２の回転数と副従動ギヤ６５の回転数との差が顕著となるので、ＳＳＳクラッチ６６が断となり、主従動ギヤ５２と副減速機６２との間で動力伝達経路が切断される。このため、蒸気タービン６の回転力によって副減速機６２を構成するギヤが空回りすることもない。
【００４６】
次に、動力伝達系７の配置について具体的に説明する。蒸気タービン６の出力軸４１と回転軸４２とは、主減速機５０を基準にして軸線方向に互いに反対側に延在し、回転軸４２と回転軸６３とは、主減速機５０を基準にして軸線方向に互いに反対側に延在している。したがって、発電機２は、主減速機５０を基準にして蒸気タービン６及びパワータービン４と軸線方向に反対側に配置される。このため、発電機２をタービンから軸線方向に逃がすべく発電機２の入力軸４４を長大なものにする必要がなくなる。
【００４７】
また、蒸気タービン６及びパワータービン４が、主減速機５０を基準にして軸線方向に同じ側に配置される。すなわち、蒸気タービン６及びパワータービン４は、主減速機５０の半径方向に並ぶようにして配置される。他方、本実施形態に係る主減速機５０は、蒸気タービン６の出力軸４１が接続された主駆動ギヤ５１と、パワータービン４の出力軸６１が接続された主従動ギヤ５２との間に介在する１個のアイドルギヤ５３を有している。このため、主駆動ギヤ５１と主従動ギヤ５２とは、その分半径方向に互いに離れて配置される。そして、パワータービン４の出力軸６１と主従動ギヤ５２との間には副減速機６２が介在している。副従動ギヤ６５は、主従動ギヤ５２と同一軸線上に配置されている一方、副駆動ギヤ６４は、主従動ギヤ５２及び副従動ギヤ６５から見て主駆動ギヤ５１と遠ざかるようにして配置されている。このようなアイドルギヤ５３及び副減速機６２により、蒸気タービン６とパワータービン４とを、主減速機５０及び副減速機６２の半径方向に互いに離して配置することができ、当該半径方向に無理なく並べることができる。すると、パワータービン４を蒸気タービン６から軸線方向に逃がすべく蒸気タービン６の出力軸４１、パワータービン４の出力軸６１又は回転軸６３を長大なものにする必要がなくなる。なお、回転軸６３とパワータービン４の出力軸６１とは、副減速機６２を基準にして軸線方向に互いに反対側に延在しているため、パワータービン４が主減速機５０又は発電機２と干渉することもない。このように蒸気タービン６とパワータービン４との間の軸間距離を広げることができるので、蒸気タービン６とパワータービン４とを互いに干渉させることなく側面視でオーバーラップするようにして配置することが可能となる。
【００４８】
このように、本実施形態に係る動力伝達系７によれば、空回りするギヤが存在しなくなるので、ギヤにハンマリングが発生するのを防止することができ、動力伝達系７を長寿命化することができる。また、蒸気タービン６の回転力が無駄に消費されるのを防止することができ、発電システム１００の発電効率を向上させることができる。更に、主減速機５０を中心として軸線方向両側の寸法がいずれもコンパクトになる。したがって、システム全体の大型化を抑制することができる。また、主減速機５０と発電機２との間の軸支持構造、主減速機５０と蒸気タービン６との間の軸支持構造、及び主減速機５０とパワータービン４との間の軸支持構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００４９】
図２は、図１のII−II線に沿って切断して示す主減速機５０及び副減速機６２の断面図である。主減速機５０のアイドルギヤ５３は、蒸気タービン６の出力軸４１と回転軸４２との間に配置されたアイドル軸４５上に設けられている。アイドル軸４５は固定軸でも回転軸でもよい。固定軸であるときには、アイドルギヤ５３はニードルベアリング等を介してアイドル軸４５に回転可能に支持される。回転軸であるときには、アイドルギヤ５３はアイドル軸４５に固定されてアイドル軸４５と一体に回転する。
【００５０】
主駆動ギヤ５１の回転中心（出力軸４１の軸心）と、アイドルギヤ５３の回転中心（アイドル軸４５の軸心）と、主従動ギヤ５２の回転中心（回転軸４２の軸心）とは、互いに同一の直線上に並べられている。さらに、主従動ギヤ５２の回転中心は副従動ギヤ６５の回転中心（回転軸６３の軸心）と一致しており、副従動ギヤ６５の回転中心及び副駆動ギヤ６４の回転中心（出力軸６１の軸心）も、上記同一の直線上に並べられている。このため、蒸気タービン６の出力軸４１とパワータービン４の出力軸６１との軸間距離Ｌは、主駆動ギヤ５１のピッチ円の半径（ｒ１）と、アイドルギヤ５３のピッチ円の直径（２・ｒ２）と、主従動ギヤ５３のピッチ円の半径（ｒ３）と、副従動ギヤ６５のピッチ円の半径（ｒ４）と、副駆動ギヤ６４のピッチ円の半径（ｒ５）との和に相当する（Ｌ＝ｒ１＋２・ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋ｒ５）。このように、蒸気タービン６の出力軸４１とパワータービン４の出力軸６１との軸間距離Ｌは、主減速機５０を構成する３個のギヤ５１〜５３のサイズと副減速機６２を構成する２個のギヤ６４，６５のサイズとを最大限に活用して大きくなる。言い換えると、ある軸間距離を確保しようとする場合に、ギヤのサイズが最小化されるので、ギヤの製造が容易になり且つギヤの製造コストを抑制することができる。
【００５１】
ただし、このような軸レイアウトは一例であり、蒸気タービン６の出力軸４１とパワータービン４の出力軸６１との軸間距離と、主減速機５０に設定されるべき減速比（概ねｒ３／ｒ１）と、副減速機６２に設定されるべき減速比（概ねｒ４／ｒ５）と、主減速機５０及び副減速機６２に入力される回転力に耐えるために最低限必要となるギヤのサイズとの間の関係に応じて、アイドル軸４５の軸心の位置が変更されてもよい。つまり、出力軸４１の軸心とアイドル軸４５の軸心とを結ぶ線と、回転軸４２の軸心とアイドル軸４５の軸心とを結ぶ線とが、Ｖ字を成していてもよい。また、副減速機６２にアイドルギヤを設けていてもよい。
【００５２】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る発電システム２００の全体構成を示す概念図である。図３に示すように、本実施形態に係る発電システム２００は、１機のエンジン１を備えた船舶に搭載され、１機の発電機２と、１台の蒸気タービン６と、２台のパワータービン４Ａ，４Ｂとを備えている。このため、排気系２０３が、１機のエンジン１からの排ガスを２台のパワータービン４Ａ，４Ｂそれぞれに供給可能に構成されており、動力伝達系２０７が、蒸気タービン６、第１パワータービン４Ａ及び第２パワータービン４Ｂの各回転力を１機の発電機２に入力可能に構成されている。なお、発電機２は、舶内パワータービン付き蒸気ターボ発電機であり、廃熱回収系５及び蒸気タービン６の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５３】
（排気系）
本実施形態に係る排気系２０３によれば、排気管１１から第１供給通路１２が分岐し、排ガスの一部が第１供給通路１２を介して第１パワータービン４Ａのガス入口に供給され得るようになっている。第１パワータービン４Ａのガス出口には、第１還流通路１３が接続され、第１還流通路１３は排気管１１に接続されている。第１パワータービン４Ａのガス出口より排出されたガスは、第１還流通路１３を介して排気管１１に戻される。第１供給通路１２及び第１還流通路１３には、開閉弁１４，１５が設けられている。
【００５４】
また、第１供給通路１２における開閉弁１４よりも上流側からは第２供給通路１６が分岐しており、排ガスの一部が第２供給通路１６を介して第２パワータービン４Ｂのガス入口に供給され得るようになっている。第２パワータービン４Ｂのガス出口には第２還流通路１７が接続され、第２還流通路１７は、第１還流通路１３における開閉弁１５よりも下流側に接続されている。第２パワータービン４Ｂのガス出口より排出されたガスは、第２還流通路１７を介して第１還流通路１３に戻される。第２供給通路１６及び第２還流通路１７にも、開閉弁１８，１９が設けられている。
【００５５】
第１パワータービン４Ａ及び第２パワータービン４Ｂは、第１実施形態のガスタービン４と同様のガスタービンである。開閉弁１４，１５，１８，１９は、状況に応じて開閉動作する。これにより、第１パワータービン４Ａ及び第２パワータービン４Ｂの両方が動作する状態、両方が停止する状態、一方が動作して他方が停止する状態の４つの状態からいずれかの状態が適宜選択される。
【００５６】
（動力伝達系）
本実施形態に係る動力伝達系２０７によれば、発電機２の入力軸が、軸線方向に互いに反対側に延在する第１入力軸部４４Ａと第２入力軸部４４Ｂとから成る。第１入力軸部４４Ａと第２入力軸部４４Ｂとは、同一軸線上に配置され、同期して回転する。
【００５７】
発電機２から見て図３中右側の構成は、第１実施形態に係る動力伝達系７と同一となっている。すなわち、第１入力軸４４Ａは、第１実施形態に係る入力軸４４と同様であり、発電機２から右側に延在し、カップリング４３及び回転軸４２を介して主減速機５０の主駆動ギヤ５２に接続されている。蒸気タービン６の回転力は、主減速機５０を介して第１入力軸部４４Ａに伝達される。本実施形態に係る第１パワータービン４Ａは、第１実施形態に係るパワータービン４から置き換えられたものとなっている。第１パワータービン４Ａの出力軸６１は、第１副減速機６２の第１副駆動ギヤ６４及び第１副従動ギヤ６５、第１回転軸６３及び第１ＳＳＳクラッチ６６を介して主減速機５０の主従動ギヤ５２に接続されている。第１副減速機６２、第１副駆動ギヤ６４、第１副従動ギヤ６５、第１回転軸６３及び第１ＳＳＳクラッチ６６には、便宜的に序数を付しているが、第１実施形態に係る副減速機、副駆動ギヤ及び副従動ギヤ、回転軸及びＳＳＳクラッチと同一である。
【００５８】
第２入力軸部４４Ｂは、発電機２から左側に延在している。第２パワータービン４Ｂは、発電機２を基準にして第２入力軸部４４Ｂと軸線方向に同じ側に配置され、すなわち、発電機２を基準にして蒸気タービン６及び第１パワータービン４Ａと軸線方向に反対側に配置されている。
【００５９】
第２パワータービン４Ｂの出力軸７１は、第２入力軸部４４Ｂと平行に配置されている。出力軸７１は、第２副減速機７２を介して第２回転軸７３と接続されている。第２副減速機７２は、出力軸７１を固定した第２副駆動ギヤ７４と、回転軸７３を固定した第２副従動ギヤ７５とを有する減速ギヤ列である。これら２個のギヤ７４，７５は、いずれも外歯を有する歯車であり、第２副駆動ギヤ７４の歯数は第２副従動ギヤ７５の歯数よりも少ない。第２副駆動ギヤ７４と第２副従動ギヤ７５とは半径方向に並んで互いに噛合している。第２回転軸７３は、第２入力軸部４４Ｂと同軸上に配置されており、第２ＳＳＳクラッチ７６を介して第２入力軸部４４Ｂに接続されている。
【００６０】
上記構成によれば、第２パワータービン４Ｂが動作しているときには、第２パワータービン４Ｂの回転力は、第２副駆動ギヤ７４、第２副従動ギヤ７５、第２回転軸７３及び第２ＳＳＳクラッチ７６をこの順に介して第２入力軸部４４Ｂに入力される。第２パワータービン４Ｂが停止しているときには、第１入力軸部４４Ａ及び第２入力軸部４４Ｂの回転数と第２回転軸７３の回転数との差が顕著となるので第２ＳＳＳクラッチ７６が断となり、発電機２と第２副減速機７２との間の動力伝達経路が切断される。このため、蒸気タービン６の回転力によって第２副減速機７２を構成するギヤが空回りすることはない。
【００６１】
また、第２パワータービン４Ｂの出力軸は、第２副減速機７２を基準にして第２回転軸７３と軸線方向に反対側に延在している。このため、第２パワータービン４Ｂが発電機２と干渉することもない。発電機２から見て右側に配置されているのは、第２パワータービン４Ｂに関連する構成のみであるため、第２パワータービン４Ｂの出力軸７１、回転軸７３及び第２入力軸部４４Ｂをなるべく短く構成することができる。したがって、システム全体の構成が半径方向に大型化するのを良好に抑制して軸線方向にコンパクトにすることができ、また、発電機２と第２パワータービン４Ｂとの間の軸支持構造が複雑化するのを抑制することができる。
【００６２】
なお、第１パワータービン４Ａの出力軸６１と、第２パワータービン４Ｂの出力軸７１とは、入力軸部４４Ａ，４４Ｂに対して２個のギヤ列を介して接続されており、同一の方向に回転することとなる。このため、第１パワータービン４Ａと第２パワータービン４Ｂの構成を共通化することができ、発電システム２００の製造を容易に行うことができるようになる。
【００６３】
［第３実施形態］
ここで、代表的な荷役運搬船であるコンテナ船においては、単位距離単位コンテナ当たりの輸送コストを抑制するため、高速航行性と可載容量の増大化とが常に要求されている。近年、アジア諸国の経済発展に伴って、オーバーパナマックス又はオーバースエズマックスの船体を有するコンテナ船を用いた貨物輸送が現実的なものとなってきており、可載容量の増大化が船体の巨大化により達成されようとしている。このように船体を巨大化して可載容量を増大しようとする場合に、主機が１機であると、高速航行性を担保することが極めて困難となる。そこで、コンテナ船の推進システムには、２機の主機に個別に推進軸を設けたもの（いわゆる２機２軸型）が採用されていくものと想定される。本発明の第３実施形態に係る発電システムは、このような２機２軸型の推進システムを搭載した船舶であって、特に、貨物積載用のスペースの確保を本来的な目的とする荷役運搬船に好適に適用される。
【００６４】
図４は本発明の第３実施形態に係る発電システム３００の全体構成を示す概念図である。図４に示すように、本実施形態に係る発電システム３００は、２機のエンジン１Ａ，１Ｂを備える船舶に搭載され、１機の発電機２と、１台の蒸気タービン６と、２台のパワータービン４Ａ，４Ｂとを備えている。発電機２は、舶内パワータービン付き蒸気ターボ発電機である。
【００６５】
各エンジン１Ａ，１Ｂには、排気系３Ａ，３Ｂが個別に設けられている。各排気系３Ａ，３Ｂは、第１実施形態の排気系３と同様に構成されている。つまり、各排気系３Ａ，３Ｂは、対応するパワータービン４Ａ，４Ｂにそれぞれ排ガスを供給する。廃熱回収系３０５は、両方のエンジン１Ａ，１Ｂからの排ガスの熱を回収し、回収された熱で蒸気を生成し、生成された蒸気で蒸気タービン６を駆動する。なお、一方の排気系３Ａと他方の排気系３Ｂとを接続する接続ラインを設けてもよい。この場合、両方のエンジンの負荷が低下したときに、一つ一つのエンジンからの排ガスによっては１台のパワータービンが動作し得ない状況において、２機のエンジンからの排ガスを合流させて１台のパワータービンを駆動することができるようになる。そのとき、片方のパワータービンは停止させる必要があるし、各エンジンが対応する１台のパワータービンを動作させることを可能にする必要があるので、接続ライン２０は、一方の供給通路１２Ａにおける開閉弁１４Ａの下流側と、他方の供給通路１２Ｂにおける開閉弁１４Ｂよりも下流側とを接続するようにし、接続ライン２０上にも開閉弁２０Ｖを設けることが好ましい。
【００６６】
動力伝達系２０７は、第２実施形態と同様であり、蒸気タービン６、第１パワータービン４Ａ及び第２パワータービン４Ｂの回転力を１機の発電機２に入力可能に構成されている。したがって、第２実施形態と同様、第１パワータービン４Ａ及び第２パワータービン４Ｂが停止しても、空回りするギヤをなくすことができる。また、システム全体の構成が軸線方向にコンパクトになり、軸支持構造が複雑化するのを抑制することができる。このようにコンパクトな構成の発電システム３００を提供することができるので、荷役運搬船に適用されると非常に有益である。
【００６７】
（廃熱回収系）
廃熱回収系３０５は、主として、第１排ガスエコノマイザ２１Ａ、第２排ガスエコノマイザ２１Ｂ、高圧ドラム２２、低圧ドラム２３、高圧循環水系統３２４、蒸気系統３２５、低圧循環水系統３２６及び混気系統２７を備えている。高圧ドラム２２、低圧ドラム２３及び混気系統２７は、第１実施形態と同様である。
【００６８】
第１及び第２排ガスエコノマイザ２１Ａ，２１Ｂは、第１実施形態に係る排ガスエコノマイザ２１と同様に構成されている。第１排ガスエコノマイザ２１Ａは、上流側から順に、第１エンジン１Ａの排気管１１Ａに接続された第１入口管３１Ａ、第１過熱器３６Ａ、第１高圧蒸発器３２Ａ、第１中間管３３Ａ、第１低圧蒸発器３４Ａ、第１出口管３５Ａを有している。第２排ガスエコノマイザ２１Ｂは、上流側から順に、第２エンジン１Ｂの排気管１１Ｂに接続された第２入口管３１Ｂ、第２過熱器３６Ｂ、第２高圧蒸発器３２Ｂ、第２中間管３３Ｂ、第２低圧蒸発器３４Ｂ、第２出口管３５Ｂを有している。第１エンジン１Ａからの排ガスは、第１排ガスエコノマイザ２１Ａを通過して排気出口に導かれ、第２エンジン１Ｂからの排ガスは、第２排ガスエコノマイザ２１Ｂを通過して排気出口に導かれる。
【００６９】
高圧循環水系統３２４は、高圧ドラム２２を第１排ガスエコノマイザ２１Ａの第１高圧蒸発器３２Ａに接続するライン２４ａと、第１高圧蒸発器３２Ａを高圧ドラム２２に接続するライン２４ｂと、ライン２４ａから分岐して第２排ガスエコノマイザ２１Ｂの第２高圧蒸発器３２Ｂに接続されたライン２４ｃと、及び第２高圧蒸発器３２Ｂをライン２４ｂに接続するライン２４ｄとを有している。このように、高圧ドラム２２の高圧循環水系統３２４は、第１高圧蒸発器３２Ａ及び第２高圧蒸発器３２Ｂを高圧ドラム２２に並列接続している。
【００７０】
蒸気系統３２５は、高圧ドラム２２から延びるライン２５ａと、ライン２５ｂから分岐した２５ｂと、ライン２５ａ，２５ｂが集合して成るライン２５ｃとを有し、ライン２５ｃが蒸気タービン６の蒸気入口に接続されている。ライン２５ａ，２５ｂにはそれぞれ、第１過熱器３６Ａ及び第２過熱器３６Ｂが並列接続されており、蒸気系統３２５は、ライン２５ａを流れる蒸気を第１過熱器３６Ａを経由させるか否かを制御する弁ユニット２５ＶＡと、ライン２５ｂを流れる蒸気を第２過熱器３６Ｂを経由させるか否かを制御する弁ユニット２５ＶＢとを有している。
【００７１】
ライン２４ａ，２４ｃの分岐点よりも高圧ドラム２２側に設けられたポンプ２４Ｐが動作すると、高圧ドラム２２内の循環水の一部がライン２４ａを介して第１高圧蒸発器３２Ａへと送られ、送られた循環水は第１高圧蒸発器３２Ａ内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２４ｂを介して高圧ドラム２２に戻される。また、高圧ドラム２２内の循環水の一部がライン２４ｃを介して第２高圧蒸発器３２Ｂへと送られ、送られた循環水は第２高圧蒸発器３２Ｂ内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２４ｄ及びライン２４ｃを介して高圧ドラム２２に戻される。戻された循環水は、高圧ドラム２２内で蒸気と液体とに分離される。
【００７２】
高圧ドラム２２内の蒸気の一部は、ライン２５ａ及びライン２５ｃをこの順で介して蒸気タービン６の蒸気入口に供給される。また、蒸気の一部は、ライン２５ｂ及びライン２５ｃをこの順で介して蒸気タービン６の蒸気入口に供給される。蒸気タービン６に要求される回転力に応じて弁ユニット２５ＶＡ，２５ＶＢを動作させることにより、ライン２５ａを流れる蒸気を第１過熱器３６Ａで加熱することができ、また、ライン２５ｂを流れる蒸気を第２過熱器３６Ｂで加熱することができる。
【００７３】
また、低圧循環水系統３２６は、第１低圧蒸発器３４Ａに接続するライン２６ａと、第１低圧蒸発器３４Ａを低圧ドラム２３に接続するライン２６ｂと、ライン２６ａから分岐して第２排ガスエコノマイザ２１Ｂの第２低圧蒸発器３４Ｂに接続されたライン２６ｃと、第２低圧蒸発器３４Ｂをライン２６ｂに接続するライン２６ｄとを有している。このように、低圧ドラム２３の低圧循環水系統３２６は、第１低圧蒸発器３４Ａ及び第２低圧蒸発器３４Ｂを低圧ドラム２３に並列接続している。
【００７４】
ライン２６ａ，２６ｃの分岐点よりも低圧ドラム２３側に設けられたポンプ２６Ｐが動作すると、低圧ドラム２３内の循環水の一部がライン２６ａを介して第１低圧蒸発器３４Ａへと送られ、送られた循環水は第１低圧蒸発器３４Ａ内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２６ｂを介して低圧ドラム２３に戻される。また、低圧ドラム２３内の循環水の一部がライン２６ｃを介して第２低圧蒸発器３４Ｂへと送られ、送られた循環水は第２低圧蒸発器３４Ｂ内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２６ｄ及びライン２６ｃを介して低圧ドラム２３に戻される。戻された循環水は、低圧ドラム２３内で蒸気と液体とに分離される。低圧ドラム２３内の蒸気は、ライン２７ａを介して蒸気タービン６の混気入口に供給される。
【００７５】
このように本実施形態においては、２機のエンジン１Ａ，１Ｂそれぞれからの排ガスの熱が２つの排ガスエコノマイザにより個別に回収される。そして、２つの排ガスエコノマイザが、高圧循環水系統を介して単一の高圧ドラムに並列接続され、低圧循環水系統を介して単一の低圧ドラムに並列接続されている。この構成により、２つの排ガスエコノマイザに個別に高圧ドラム及び低圧ドラムのセットを設ける場合と比較して、廃熱回収系３０５の構成をコンパクトにすることができる。
【００７６】
［第４実施形態］
図５は、本発明の第４実施形態に係る発電システム４００の動力伝達系４０７の構成を示す概念図である。図５に示すように、本実施形態に係る発電システム４００は、１機の発電機２と、１台の蒸気タービン６と、２台のパワータービン４Ａ，４Ｂとを備えている。発電機２は、舶内パワータービン付き蒸気ターボ発電機である。排気系及び廃熱回収系には、第２実施形態が適用されてもよく、第３実施形態が適用されてもよい。本実施形態に係る動力伝達系４０７は、第２及び第３実施形態に係る動力伝達系２０７を変更したものであって、エンジンの数、排気系の構成及び廃熱回収系の構成に関わらず、１機の発電機２、１台の蒸気タービン６及び２台のパワータービン４Ａ，４Ｂを備えたシステムに好適に適用される。
【００７７】
（動力伝達系）
本実施形態に係る動力伝達系４０７によれば、発電機２の入力軸が、第２実施形態と同様の第１入力軸部４４Ａ及び第２入力軸部４４Ｂを有している。第１入力軸部４４Ａは発電機から見て図５中右側に延在し、第２入力軸部４４Ｂは発電機２から見て図５中左側に延在している。
【００７８】
第２及び第３実施形態においては、蒸気タービン６の出力軸４１が、第１入力軸部４４Ａから見て図中上側に配置されていたが、本実施形態においては、蒸気タービン６の出力軸４１が第１入力軸部４４Ａから見て図中下側に配置されている。つまり、主減速機４５２は、図中下側から上側に向かって主駆動ギヤ４５１、アイドルギヤ４５３及び主従動ギヤ４５２をこの順で並べるようにして構成されている。これに伴って、第１副減速機４６２も、第１副駆動ギヤ４６４が第１副従動ギヤ４６５に対して上側に配置されている。さらに、第２副減速機４７２も、第１副減速機４６２と同様にして、第２副駆動ギヤ４７４が第２副従動ギヤ４７５に対して上側に配置されている。
【００７９】
このように、発電機２の第１入力軸部４４Ａ及び第２入力軸部４４Ｂから見て、蒸気タービン６の出力軸４１、第１パワータービン４Ａの出力軸６１、第２パワータービン４Ｂの出力軸７１をどのように配置するのかについては、適宜変更可能である。第４実施形態に係る動力伝達系４０７によっても、第２及び第３実施形態に係る動力伝達系２０７と同様の作用効果が得られる。
【００８０】
［第５実施形態］
図６は、本発明の第５実施形態に係る発電システム５００の動力伝達系５０７の構成を示す概念図である。図６に示すように、本実施形態に係る発電システム５００は、１機の発電機２と、１台の蒸気タービン６Ａと、３台のパワータービン４Ａ，４Ｂ，４Ｃとを備えている。発電機２は、舶内パワータービン付き蒸気ターボ発電機である。本実施形態に係る動力伝達系５０７は、このようなシステムに対して好適に適用される。
【００８１】
つまり、本実施形態に係る発電システム５００は、エンジンの数、排気系の構成及び廃熱回収系の構成を適宜選択可能である。例えば、発電システム５００が１機のエンジンを備える船舶に搭載される場合、当該１機のエンジンに対応する排気系に３つのパワータービンが並列接続されていてもよい。発電システム５００が２機のエンジンを備える船舶に搭載される場合、一方のエンジンに対応する排気系に２つのパワータービンが並列接続され、他方のエンジンに対応する排気系に残り１つのパワータービンが接続されていてもよい。発電システム５００が３機のエンジンを備える船舶に搭載される場合、各エンジンに対応する排気系に１つのパワータービンが接続されていてもよい。また、発電システム５００が３機のエンジンを備える船舶に搭載される場合、廃熱回収系は、１個の高圧ドラムに３個の排ガスエコノマイザを並列接続し、１個の低圧ドラムに３個の排ガスエコノマイザを並列接続した構成であってもよい。
【００８２】
（動力伝達系）
本実施形態に係る動力伝達系５０７によれば、発電機２の入力軸が、第２〜第４実施形態と同様にして、第１入力軸部４４Ａ及び第２入力軸部４４Ｂとから成り、第１入力軸部４４Ａ及び第２入力軸部４４Ｂが、発電機２を基準にして軸線方向に互いに反対側に延在し、同軸上に配置され、同期して回転する。
【００８３】
第２パワータービン４Ｂの出力軸７１は、第４実施形態と同様にして、第２副減速機４７２、第２回転軸７３、第２ＳＳＳクラッチ７６及びカップリング７７を介して第２入力軸部４４Ｂに連結されている。
【００８４】
蒸気タービン６Ａの出力軸４１と発電機２の第１入力軸部４４Ａとは、互いに平行に配置されている。蒸気タービン６Ａの出力軸４１は、主減速機５５０、回転軸４２及びカップリング４３を介して第１入力軸部４４Ａに接続されている。主減速機５５０は、出力軸４１を固定した主駆動ギヤ５５１と、回転軸４２を固定した主従動ギヤ５５２と、主駆動ギヤ５５１と主従動ギヤ５５２との間に介在する２個のアイドルギヤ５５３，５５４とを有する減速ギヤ列である。これら主減速機５５０を構成する４個のギヤはいずれも外歯を有する歯車であり、主駆動ギヤ５５１の歯数は主従動ギヤ５５２の歯数よりも少ない。アイドルギヤ５５３は、主駆動ギヤ５５１及びアイドルギヤ５５４の間に介在してこれらギヤ５５１，５５４と噛合し、アイドルギヤ５５４は、アイドルギヤ５５３と主従動ギヤの間に介在してこれらギヤ５５４，５５２と噛合している。これにより、蒸気タービン６Ａの回転力は、主駆動ギヤ５５１、アイドルギヤ５５３、アイドルギヤ５５４、主従動ギヤ５５２、回転軸４２及びカップリング４３をこの順で介して、第１入力軸部４４Ａに入力される。
【００８５】
第１パワータービン４Ａの出力軸６１は、蒸気タービン６Ａの出力軸４１と平行に配置されており、第１副減速機４６２、第１回転軸６３、第１ＳＳＳクラッチ６６を介して主減速機５５０の主従動ギヤ５５２に接続されている。第１副減速機４６２は、第４実施形態と同様に構成されている。
【００８６】
第３パワータービン４Ｃの出力軸８１は、蒸気タービン６Ａの出力軸４１、第１及び第２パワータービン４Ａ，４Ｂの出力軸６１，７１、第１及び第２入力軸部４４Ａ，４４Ｂ、及び第３回転軸８３と平行に配置されている。第３パワータービン４Ｃの出力軸８１は、第３副減速機を介して第３回転軸８３と接続されている。第３副減速機８２は、出力軸８１を固定した第３副駆動ギヤ８４と、第３回転軸８３を固定した第３副従動ギヤ８５とを有した減速ギヤ列である。これら２個のギヤ８４，８５はいずれも外歯を有する歯車であり、第３副駆動ギヤ８４の歯数が第３副従動ギヤ８５の歯数よりも少なく、副駆動ギヤ８４と副従動ギヤ８５とは半径方向に並んで互いに噛合している。第３回転軸８３は、第３ＳＳＳクラッチ８６を介して主減速機５５０の主駆動ギヤ５５１に接続されている。
【００８７】
第３パワータービン４Ｃが動作しているときには、第３パワータービン４Ｃの回転力は、第３副駆動ギヤ８４、第３副従動ギヤ８５、第３回転軸８３及び第３ＳＳＳクラッチ８６をこの順に介し、主駆動ギヤ５５１に伝達され、これ以降は、蒸気タービン６Ａと同様にして発電機２の第１入力軸部４４Ａへと伝達される。第３パワータービン４Ｃが停止しているときであっても、主駆動ギヤ５５１は、蒸気タービン６Ａの回転力を発電機２に伝達するために寄与するギヤであるので、主減速機５５０に空回りするギヤは存在しない。また、第３パワータービン４Ｃが停止しているときには、主駆動ギヤ５５１の回転数と第３副従動ギヤ８５の回転数との差が顕著となるので、第３ＳＳＳクラッチ８６が断となり、主駆動ギヤ５５１と第３副減速機８２との間で動力伝達経路が切断される。このため、蒸気タービン６Ａの回転力によって第３副減速機８２を構成するギヤが空回りすることもない。
【００８８】
そして、第３回転軸８３と蒸気タービン６Ａの出力軸４１とは、主減速機５５０を基準にして軸線方向に互いに反対側に延在しており、第３パワータービン４Ｃの出力軸と第３回転軸８３とは、第３副減速機８２を基準にして軸線方向に互いに反対側に延在している。したがって、第３パワータービン４Ｃは、主減速機を基準にして蒸気タービン６Ａ及び第１パワータービン４Ａと軸線方向に反対側に配置されるので、これらタービン６Ａ，４Ａとの干渉を良好に防止することができる。
【００８９】
その一方、第３パワータービン４Ｃ及び発電機２は、主減速機５５０を基準にして軸線方向に互いに同じ側に配置される。すなわち、第３パワータービン４Ｃ及び発電機２は、主減速機５５０及び第３副減速機８２の半径方向に並ぶようにして配置される。
【００９０】
本実施形態に係る主減速機５５０は、発電機２の第１入力軸部４４Ａが接続される主従動ギヤ５５２と、第３パワータービン４Ｃの出力軸８１が接続される主駆動ギヤ５５１との間に介在する２個のアイドルギヤ５５３，５５４を有している。このため、主駆動ギヤ５５１と主従動ギヤ５５２とは、その分半径方向に互いに離れて配置される。そして、第３副減速機８２の第３副従動ギヤ８５は、主駆動ギヤ５５１と同軸上に配置されている一方、第３副駆動ギヤ８４は、第３副従動ギヤ８５及び主駆動ギヤ５５１から見て主従動ギヤ５５２から遠ざかるようにして配置されている。これら２個のアイドルギヤ５５３，５５４及び第３副減速機８２により、発電機２と第３パワータービン４Ｃとを主減速機５５０及び第３副減速機８２の半径方向に互いに離して配置することができ、当該半径方向に無理なく並べることができる。すると、第３パワータービン４Ｃを発電機２から軸線方向に逃がすべく第３パワータービン４Ｃの出力軸８１又は発電機２の第１入力軸部４４Ａを長大なものとする必要がなくなり、主減速機５５０と発電機２との間の軸支持構造、及び主減速機５５０と第３パワータービン４Ｃとの間の軸支持構造が複雑化するのを抑制することができる。このように、パワータービンを発電機と半径方向に並べて設けるときには、主減速機５５０に複数のアイドルギヤを設けると、パワータービンと発電機との間の半径方向の間隔を容易に確保することができるので有益である。
【００９１】
［他の実施形態］
これまで本発明に係る実施形態について説明したが、上記の構成は本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば、２台のパワータービンを備えるシステムを提供するにあたって、第５実施形態に係る動力伝達系から発電機の左側に示される構造が省略されてもよい。主減速機には、３個以上のアイドルギヤが設けられていてもよく、副減速機にアイドルギヤが設けられていてもよい。
【００９２】
さらに、主タービンを蒸気タービンとし、副タービンをパワータービンとしたが、この関係は逆であってもよい。主機に舶用ディーゼルエンジンを採用する場合を例示したが、ガスタービンが採用されても本発明を好適に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、複数のタービンの回転力が歯車列を介して発電機に伝達され、システム稼働時にタービンの一部を停止させることもある発電システムにおいて、ハンマリングを防止し、発電効率を向上し且つシステム全体の大型化を抑制することができるという作用効果を奏し、舶用発電システムとして船舶に搭載されると有益である。
【符号の説明】
【００９４】
１００，２００，３００，４００，５００  発電システム
１（１Ａ，１Ｂ）  舶用ディーゼルエンジン
２  発電機
３（３Ａ，３Ｂ），２０３  排気系
４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）  パワータービン（副タービン）
５，３０５  廃熱回収系
６  蒸気タービン（主タービン）
７  動力伝達系
２１（２１Ａ，２１Ｂ）  排ガスエコノマイザ
４１  蒸気タービンの出力軸
４４（４４Ａ，４４Ｂ）  発電機の入力軸
５０，４５０，５５０  主減速機
５１，４５１，５５１  駆動ギヤ
５２，４５２，５５２  従動ギヤ
５３，４５３，５５３，５５４  アイドルギヤ
６１，７１，８１  パワータービンの出力軸
６２，７２，８２  副減速機
６６，７６，８６  ＳＳＳクラッチ
【図１】
0005592752.tif 000002
【図２】
0005592752.tif 000003
【図３】
0005592752.tif 000004
【図４】
0005592752.tif 000005
【図５】
0005592752.tif 000006
【図６】
0005592752.tif 000007