(57)【要約】【課題】主機に供給される燃料油を加熱するボイラ熱サイクルの熱効率を向上させる。【解決手段】船舶は、主機１２に供給される燃料油を加熱する燃料ヒータ１５を有し、燃料ヒータ１５にはボイラ１８により発生された蒸気が供給される。ボイラ１８にはカスケードタンク２２内の復水が供給される。燃料ヒータ１５から排出された高温ドレンは、ドレンクーラ３３により冷却されてカスケードタンク２２に供給されるとともに、バイパス管３４によりドレンクーラ３３を通らずに高温ドレンのままでカスケードタンク２２に供給される。低温ドレン供給管３２に供給される低温ドレンと、バイパス管３４に供給される高温ドレンの割合は、三方弁３５により調整され、復水の温度が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶推進用のプロペラを駆動する主機に供給される燃料油を加熱するための船舶のボイラ給水温度制御システムであって、
燃料タンクから燃料供給管により前記主機に供給される燃料油を加熱する燃料ヒータに蒸気を供給するボイラと、
前記ボイラに供給される復水を収容するカスケードタンクと、
前記燃料ヒータからの高温ドレンを排出する高温ドレン排出管に連通する主管に接続され前記高温ドレンを冷却するドレンクーラと、
前記ドレンクーラと前記カスケードタンクとの間に接続され、前記ドレンクーラで冷却されたドレンを前記カスケードタンクに案内する低温ドレン供給管と、
前記燃料ヒータから排出された高温ドレンを前記カスケードタンクに直接案内するバイパス管と、
前記バイパス管と前記低温ドレン供給管により前記カスケードタンクに案内される高温ドレンと低温ドレンとの割合を制御する復水流量調整装置と、を有する船舶のボイラ給水温度制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の船舶のボイラ給水温度制御システムにおいて、前記復水流量調整装置は、前記燃料ヒータの高温ドレン排出口に接続される流入口と、前記主管が接続される第１の流出口と、前記バイパス管が接続される第２の流出口とを有し、前記流入口と前記第１の流出口との連通開度、および前記流入口と前記第２の流出口との連通開度を変化させる三方弁である、船舶のボイラ給水温度制御システム。
【請求項３】
請求項１記載の船舶のボイラ給水温度制御システムにおいて、前記復水流量調整装置は、前記主管と、前記バイパス管との一方に設けられ、一方を流れる高温ドレンの流量を変化させる二方弁である、船舶のボイラ給水温度制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶のボイラ給水温度制御システムにおいて、前記カスケードタンク内の復水の温度を検出する温度センサと、当該温度センサからの検出信号に基づいて、前記ドレンクーラに供給される高温ドレンと前記カスケードタンクに直接供給される高温ドレンとの割合を変化させて、前記カスケードタンク内の復水の温度を制御する温度制御装置とを有する、船舶のボイラ給水温度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に蒸気源として搭載されたボイラへの給水温度制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の推進駆動源である主機として船舶に搭載される大型のディーゼルエンジンの燃料油としては、主にＣ重油が使用されている。燃料油として使用される重油は、ガソリンや軽油よりも沸点が高く、重粘質であり、燃料タンクから燃料供給管によりエンジンつまり主機に供給される燃料油は、主機に供給されるまでに、予め加熱して粘度を低下させるようにしている。
【０００３】
燃料油を加熱するために、船舶には燃料ヒータが搭載されている。燃料ヒータは清水をボイラにより加熱して得られる蒸気を加熱源とする熱交換装置であり、ボイラはバーナーにより重油を燃焼させて蒸気を発生させる。燃料ヒータに供給された蒸気は燃料油を加熱した後に凝縮し高温のドレンとなり、ドレンクーラにより冷却されてカスケードタンクに戻され、ボイラに循環供給される。このように、船舶には、主機に供給される燃料油を加熱するために、燃料加熱装置が搭載されており、燃料加熱装置は蒸気を発生させるためのボイラが設けられたボイラ熱サイクルを構成している。
【０００４】
主機のウォータジャケットやエアークーラを冷却するために、特許文献１に記載されるように、清水循環冷却システムが船舶に搭載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３７４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、大型のディーゼルエンジンを主機とする船舶においては、主機に供給される燃料油を加熱するために、燃料油がボイラの燃料として使用されているので、ボイラ熱サイクルを含めて主機の燃費を低減するには、ボイラが設けられたボイラ熱サイクルの燃料消費量を低減する必要がある。これまでは、主機の燃費を低減するために種々の研究がなされているが、ボイラ熱サイクルの燃費低減には考慮がなされていなかった。そこで、燃料油を加熱するためのボイラ熱サイクルの燃費を向上させるために種々の研究がなされた。
【０００７】
燃料ヒータに供給された蒸気は燃料油の加熱に使用した後に凝縮されて、高温のドレンとなり、ドレンクーラにより３０〜４０℃に冷却されてカスケードタンクに供給される。ドレンクーラは海水等を冷却水とする熱交換装置である。従来のボイラにおいては、３０〜４０℃の給水を加熱して蒸気を発生させているが、ドレンクーラでは復水の温度を制御することができないだけでなく、復水の温度とボイラで発生させる蒸気の温度との温度差が大きい。このため、ボイラを有するボイラ熱サイクルの燃料低減には限度があった。
【０００８】
本発明の目的は、主機に供給される燃料油を加熱するボイラ熱サイクルの熱効率を向上させて、この熱サイクルを含めた主機の燃費を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この船舶のボイラ給水温度制御システムは、船舶推進用のプロペラを駆動する主機に供給される燃料油を加熱するための船舶のボイラ給水温度制御システムであって、燃料タンクから燃料供給管により前記主機に供給される燃料油を加熱する燃料ヒータに蒸気を供給するボイラと、前記ボイラに供給される復水を収容するカスケードタンクと、前記燃料ヒータからの高温ドレンを排出する高温ドレン排出管に連通する主管に接続され前記高温ドレンを冷却するドレンクーラと、前記ドレンクーラと前記カスケードタンクとの間に接続され、前記ドレンクーラで冷却されたドレンを前記カスケードタンクに案内する低温ドレン供給管と、前記燃料ヒータから排出された高温ドレンを前記カスケードタンクに直接案内するバイパス管と、前記バイパス管と前記低温ドレン供給管により前記カスケードタンクに案内される高温ドレンと低温ドレンとの割合を制御する復水流量調整装置と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
主機に供給される燃料油を加熱する燃料ヒータには、カスケードタンクに収容された復水をボイラにより加熱して発生する蒸気が供給される。燃料ヒータから排出される高温ドレンは、カスケードタンク内の水温を高温に保つためにドレンクーラに供給される高温ドレンと、直接カスケードタンクに戻される高温ドレンとに分岐される。このように、カスケードタンク内の復水には、燃料ヒータから排出された高温ドレンとドレンクーラにより冷却されたドレンとを注入し、カスケードタンク内の水温を高温に保つように制御する。これにより、復水を加熱して蒸気を発生させるボイラサイクルの熱効率を高めることができる。
【００１１】
さらに、ボイラに供給される復水の温度を高めることで、復水に含まれる溶存酸素量を低減することができ、ボイラの内部腐食を低減することができるので、ボイラの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】船舶のボイラ給水温度制御システムを含めたボイラサイクル全体図である。
【図２】変形例である船舶のボイラ給水温度制御システムを含めたボイラサイクルの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。船舶の船体には、図１に示されるように、船舶推進用のプロペラ１１を駆動するための主機１２が搭載されており、この主機１２は重油を燃料油とするディーゼルエンジンにより構成される。燃料油を収容する燃料タンク１３は燃料供給管１４により主機１２に接続されており、この燃料供給管１４を介して燃料油は主機１２に供給される。
【００１４】
燃料タンク１３から主機１２に供給される燃料油を加熱するために、船舶には燃料ヒータ１５が設けられている。この燃料ヒータ１５は燃料供給管１４に設けられた熱交換部１６が組み込まれるヒータ本体１７を有し、このヒータ本体１７内に供給される蒸気により燃料供給管１４内を流れて主機１２に供給される燃料が加熱される。蒸気を発生させるボイラ１８が船舶に搭載されており、このボイラ１８は燃料油を燃焼させて復水を加熱して蒸気を発生させるバーナーを有している。発生した蒸気を燃料ヒータ１５に供給するために、ボイラ１８の蒸気吐出口１８ａと燃料ヒータ１５の蒸気流入口１５ａとの間には、蒸気供給管２１が接続されている。
【００１５】
ボイラ１８に供給される復水を収容するカスケードタンク２２が船舶に搭載されており、このカスケードタンク２２内の復水Ｗをボイラ１８に供給するために、カスケードタンク２２の復水吐出口２２ａとボイラ１８の復水流入口１８ｂとの間には、復水吐出管２３が接続されている。カスケードタンク２２内の復水Ｗは、復水吐出管２３に設けられた給水ポンプ２４によりボイラ１８に供給される。
【００１６】
ボイラ１８に加えられる熱源として主機１２の排気ガスを利用するために、排気管２５が供給される排熱回収ボイラ２６が船舶に設けられている。排熱回収ボイラ２６は、ボイラ１８内の復水が循環して流れる熱交換部２７を有し、熱交換部２７は排熱回収ボイラ本体２８内に組み込まれており、排熱回収ボイラ本体２８内に供給される排気ガスにより熱交換部２７内を流れる復水が加熱される。ボイラ１８は、船舶が航行しているときには、バーナーの燃焼ガスの熱エネルギーと、主機１２の排気ガスを利用して排気ガスの熱エネルギーとのいずれか一方または双方により蒸気を発生することができる。これに対して、船舶が港に停泊して出港の準備をしているとき等のように、主機１２の運転が停止されているときには、排気ガスを利用できないので、バーナーのみを熱源として蒸気を発生させることになる。
【００１７】
燃料ヒータ１５の高温ドレン排出口１５ｂには高温ドレン排出管３１が接続されており、この高温ドレン排出管３１とカスケードタンク２２の低温ドレン注入口２２ｂとの間には、低温ドレン供給管３２が接続されている。この低温ドレン供給管３２には高温ドレン排出口１５ｂから排出された高温ドレンを冷却してするためのドレンクーラ３３が設けられている。このドレンクーラ３３により、高温ドレンは冷却されてカスケードタンク２２に供給される。
【００１８】
燃料ヒータ１５から排出された高温ドレンを、ドレンクーラ３３を介することなく、迂回させてカスケードタンク２２に直接案内するために、高温ドレン排出管３１にはバイパス管３４が接続されており、高温ドレン排出管３１の下流端は主管４２とバイパス管３４とに分岐されている。このバイパス管３４はカスケードタンク２２の高温ドレン注入口２２ｃに接続されている。このように、燃料ヒータ１５とカスケードタンク２２との間には、燃料ヒータ１５から排出された高温ドレンをドレンクーラ３３により冷却してカスケードタンク２２に供給する主管４２と、ドレンクーラ３３に供給することなく迂回させてカスケードタンク２２に高温ドレンを戻すバイパス管３４とが、高温ドレン排出管３１を介して接続されている。
【００１９】
高温ドレン注入口２２ｃと低温ドレン注入口２２ｂはカスケードタンク２２内の復水Ｗの液面よりも下方に設けられており、カスケードタンク２２内に注入されると、撹拌して復水の温度を変化させるとともに、カスケードタンク２２内の温度は全体的に均一温度に撹拌して調整される。
【００２０】
主管４２とバイパス管３４との分岐部には、復水流量調整装置として三方弁３５が設けられており、この三方弁３５は高温ドレン排出管３１により高温ドレン排出口１５ｂに接続される高温ドレン流入口３５ａと、主管４２が接続される第１の流出口３５ｂと、バイパス管３４が接続される第２の流出口３５ｃとを有している。この三方弁３５の弁軸を作動させることにより、三方弁３５は高温ドレン流入口３５ａと第１の流出口３５ｂとの連通開度と、高温ドレン流入口３５ａと第２の流出口３５ｃとの連通開度とを変化させる。それぞれの連通開度を変化させることにより、主管４２によりドレンクーラ３３に案内される高温ドレンと、バイパス管３４によりカスケードタンク２２に直接案内される高温ドレンとの割合が制御され、カスケードタンク２２内の温度が制御される。
【００２１】
カスケードタンク２２には内部の復水Ｗの温度を検出するための温度センサ３６が設けられており、この温度センサ３６の検出信号は温度制御手段としてのコントローラ３７に送られる。コントローラ３７は三方弁３５の弁軸を操作するバルブアクチュエータ３８に駆動信号を送り、ドレンクーラ３３に案内される高温ドレンとカスケードタンク２２に直接案内される高温ドレンとの割合を自動的に制御し、復水Ｗの温度を設定温度に調整する。コントローラ３７は、演算用のデータが格納されたメモリと、バルブアクチュエータ３８に送る信号を演算する演算部とを有しており、メモリには復水Ｗの設定温度と２つの流出口３５ｂ，３５ｃの開度割合との関係を示すデータが格納され、温度センサ３６の検出信号に基づいて演算部により流出口３５ｂ，３５ｃの開度割合が演算される。
【００２２】
復水吐出管２３には、この内部を流れる復水の温度を検出するための温度センサと、検出温度が設定値以上となったときに警報を発する警報センサとが組み込まれたセンサユニット３９が設けられている。上述したように、カスケードタンク２２内の温度を温度センサ３６により検出し、高温ドレンの流量を制御するようにしているが、センサユニット３９により検出される復水吐出管２３内の温度により高温ドレンの流量を制御するようにしても良い。
【００２３】
図１に示されるように、三方弁３５を用いて２つの流出口３５ｂ，３５ｃの開度割合を調整するようにしたので、主管４２とバイパス管３４とにそれぞれ開閉弁つまり二方弁を設ける形態に比して、１つの三方弁３５により復水の温度を制御することができる。ただし、二方弁を２つ設けるようにしても良く、その場合には主管４２とバイパス管３４とをそれぞれ燃料ヒータ１５の高温ドレン排出口１５ｂに直接接続するようにしても良い。
【００２４】
図２は変形例である船舶のボイラ給水温度制御システムを含めたボイラサイクルの全体図である。図２においては、図１に示されるボイラサイクルの全体図における部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【００２５】
この燃料油加熱装置においては、主管４２は高温ドレン排出管３１に直接接続されており、バイパス管３４にはこの中の流路を流れる高温ドレンの流量を変化させるための開閉弁つまり二方弁４１が復水流量調整装置として設けられている。この二方弁４１は、高温ドレン排出管３１を介して高温ドレン排出口１５ｂに接続される高温ドレン流入口４１ａと、バイパス管３４が接続される流出口４１ｂとを有し、バルブアクチュエータ３８にコントローラ３７から送られる駆動信号により、二方弁４１はドレンクーラ３３に案内される高温ドレンと、カスケードタンク２２に直接案内される高温ドレンとの割合を自動的に制御する。図２に示されるように、１つの二方弁４１を用いた形態においては、二方弁４１をバイパス管３４に代えて主管４２に設けるようにしても良く、二方弁４１はバイパス管３４と主管４２の一方に設けられる。
【００２６】
図１および図２に示されるように、燃料油をバーナーで燃焼させた熱エネルギーと、主機１２の排ガスの熱エネルギーと、これら双方を熱エネルギーとしてボイラ１８は、カスケードタンク２２から供給される復水Ｗを加熱し、１７０℃程度の蒸気を発生させる。発生した蒸気は燃料ヒータ１５に供給され、燃料タンク１３から燃料供給管１４により主機１２に供給される燃料油が加熱されて、燃料油の粘度が調整される。燃料油を加熱した蒸気は、凝縮し１００℃程度の温度の高温ドレンとなり高温ドレン排出口１５ｂから高温ドレン排出管３１に流出する。高温ドレン排出口１５ｂから流出した高温ドレンは、ドレンクーラ３３に案内される高温ドレンと、バイパス管３４によりカスケードタンク２２に直接案内される高温ドレンとに分岐される。
【００２７】
ドレンクーラ３３に案内された高温ドレンは、ドレンクーラ３３により３０〜４０℃のに冷却されてカスケードタンク２２内に戻され、バイパス管３４に案内された高温ドレンはカスケードタンク２２に直接供給される。このように、図示するボイラ給水温度制御システムは、燃料ヒータ１５から排出された高温ドレンをドレンクーラ３３で冷却してカスケードタンク２２に戻す流路と、高温ドレンのままでカスケードタンク２２に戻すバイパス流路とを有するボイラ熱サイクルとなっており、カスケードタンク２２内の復水Ｗには、ドレンクーラ３３により３０〜４０℃に冷却されたドレンと、バイパス管３４からの１００℃程度の高温ドレンがそのまま注入され、カスケードタンク２２内の復水Ｗは、高温に保たれる。したがって、カスケードタンク２２から給水ポンプ２４によりボイラ１８に供給された復水は、従来のドレンクーラ３３により冷却された復水よりも高い温度となっている。これにより、燃料ヒータ１５から排出された全ての高温ドレンをドレンクーラ３３により冷却する場合に比して、ボイラ１８により蒸気を発生させるための熱エネルギーを低減し、ボイラサイクルの熱効率を向上させることができる。
【００２８】
さらに、ボイラ１８に供給するためにカスケードタンク２２内に収容される復水の温度つまり給水温度を高い温度に保つことができるので、復水に溶け込む酸素量つまり溶存酸素量を減少させることができる。復水の溶存酸素量を低減することができると、ボイラ１８の内部腐食を低減することができるので、ボイラ１８の耐久性を高めることができる。
【００２９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示するボイラ熱サイクルは１台の燃料ヒータ１５を有しているが、複数の燃料ヒータを備えたボイラ熱サイクルとしても良い。また、ボイラ熱サイクルは、清水を循環させるようにしているが、カスケードタンク２２内の温水を、主機１２の潤滑油の加熱源等の他の熱源としてカスケードタンク２２から供給するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１１    プロペラ
１２    主機
１３    燃料タンク
１４    燃料供給管
１５    燃料ヒータ
１５ａ    蒸気流入口
１５ｂ    高温ドレン排出口
１６    熱交換部
１７    ヒータ本体
１８    ボイラ
１８ａ    蒸気吐出口
１８ｂ    復水流入口
２１    蒸気供給管
２２    カスケードタンク
２２ａ    復水吐出口
２２ｂ    低温ドレン注入口
２２ｃ    高温ドレン注入口
２３    復水吐出管
２４    給水ポンプ
２５    排気管
２６    排熱回収ボイラ
２７    熱交換部
２８    排熱回収ボイラ本体
３１    高温ドレン排出管
３２    低温ドレン供給管
３３    ドレンクーラ
３４    バイパス管
３５    三方弁
３５ａ    高温ドレン流入口
３５ｂ    第１の流出口
３５ｃ    第２の流出口
３６    温度センサ
３７    コントローラ
３８    バルブアクチュエータ
３９    センサユニット
４１    二方弁
４２    主管
【図１】
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【図２】
2014163632.tif 000004