(57)【要約】【課題】排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立できるコンポジットボイラを提供する。【解決手段】主機排ガスを上下方向へ流す複数の主機煙管３７と、油焚部３３に設けられた火炉４７と、油焚排ガスを上下方向へ流す複数の油焚煙管４１と、ドラム３０とを備えたコンポジットボイラであって、ドラム３０内を、低圧蒸気発生水室３１と高圧蒸気発生水室３２とに仕切ると共に複数の主機煙管３７に対して略平行な鉛直仕切壁３４を設け、低圧蒸気発生水室３１が、低圧蒸気を収容可能な低圧蒸気室３８と、この低圧蒸気室３８から低圧蒸気を導出可能な低圧蒸気導出部３９とを備え、高圧蒸気発生水室３２が、低圧蒸気よりも圧力が高い高圧蒸気を収容可能な高圧蒸気室４４と、この高圧蒸気室４４から高圧蒸気を導出可能な高圧蒸気導出部４５とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主機排ガスを排ガス入口煙室から排ガス出口煙室に亙って上下方向へ流す複数の主機煙管と、油焚部に設けられた火炉と、油焚排ガスを前記火炉から上下方向へ流す複数の油焚煙管と、少なくとも前記複数の主機煙管と火炉と複数の油焚煙管とを内部に収容したドラムとを備えたコンポジットボイラにおいて、
前記ドラム内を、前記複数の主機煙管が配設された低圧蒸気発生水室と、前記火炉と複数の油焚煙管とが配設された高圧蒸気発生水室とに仕切ると共に前記複数の主機煙管に対して略平行な仕切壁を設け、
前記低圧蒸気発生水室が、前記主機煙管と水の熱交換によって発生した低圧蒸気を収容可能な低圧蒸気室と、この低圧蒸気室から低圧蒸気を導出可能な低圧蒸気導出部とを備え、
前記高圧蒸気発生水室が、少なくとも前記油焚煙管と水の熱交換によって発生した高圧蒸気であって前記低圧蒸気よりも圧力が高い高圧蒸気を収容可能な高圧蒸気室と、この高圧蒸気室から高圧蒸気を導出可能な高圧蒸気導出部とを備えたことを特徴とするコンポジットボイラ。
【請求項２】
前記複数の主機煙管のうち一部の主機煙管が、前記高圧蒸気発生水室の内部に配設されたことを特徴とする請求項１に記載のコンポジットボイラ。
【請求項３】
前記高圧蒸気発生水室が、前記複数の主機煙管のうち前記一部の主機煙管と連通された高圧側排ガス出口煙室を備え、
前記低圧蒸気発生水室が、前記複数の主機煙管のうち前記一部の主機煙管を除いた残部の主機煙管と連通された低圧側排ガス出口煙室を備え、
前記高圧側排ガス出口煙室から排出される主機排ガスを前記低圧側排ガス出口煙室から排出される主機排ガスに合流させる排ガス合流部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のコンポジットボイラ。
【請求項４】
前記排ガス合流部に前記高圧側排ガス出口煙室から排出された主機排ガスの流量を調整可能な流量調整手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のコンポジットボイラ。
【請求項５】
前記高圧蒸気は主機関燃料油加熱器の加熱媒体であって、その蒸気圧が０．６〜０．７ＭＰａＧに設定され、前記低圧蒸気は主機関燃料油加熱器以外の加熱装置の加熱媒体であって、その蒸気圧が０．３〜０．４ＭＰａＧに設定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコンポジットボイラ。
【請求項６】
主機排ガスを排ガス入口煙室から排ガス出口煙室に亙って上下方向へ流す複数の主機煙管と、油焚部に設けられた火炉と、油焚排ガスを前記火炉から上下方向へ流す複数の油焚煙管と、少なくとも前記複数の主機煙管と火炉と複数の油焚煙管とを内部に収容したドラムとを備えたコンポジットボイラにおいて、
前記ドラム内を、少なくとも低圧蒸気発生水室と、高圧蒸気発生水室とに仕切ると共に前記複数の主機煙管に対して略直交した仕切壁を設け、
前記低圧蒸気発生水室が、前記主機煙管と水の熱交換によって発生した低圧蒸気を収容可能な低圧蒸気室と、この低圧蒸気室から低圧蒸気を導出可能な低圧蒸気導出部とを備え、
前記高圧蒸気発生水室が、前記主機煙管及び油焚煙管と水の熱交換によって発生した高圧蒸気であって前記低圧蒸気よりも圧力が高い高圧蒸気を収容可能な高圧蒸気室と、この高圧蒸気室から高圧蒸気を導出可能な高圧蒸気導出部とを備えたことを特徴とするコンポジットボイラ。
【請求項７】
前記高圧蒸気発生水室は、前記低圧蒸気発生水室よりも前記排ガス入口煙室に近接した位置に配設されたことを特徴とする請求項６に記載のコンポジットボイラ。
【請求項８】
前記高圧蒸気導出部から導出された高圧蒸気の一部を前記低圧蒸気導出部から導出された低圧蒸気にバイパスさせる蒸気バイパス通路を設け、この蒸気バイパス通路に高圧蒸気を減圧する減圧手段を設けたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のコンポジットボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主機排ガスを上下方向へ流す主機煙管と油焚排ガスを上下方向へ流す油焚煙管とをドラム内に収容したコンポジットボイラに関し、特に単一のドラム内から異なる蒸気圧の蒸気を発生可能なコンポジットボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、主機関としてディーゼルエンジンを搭載した船舶には、省エネルギー化を狙いとした廃熱回収システムが装備されている。この廃熱回収システムは、主機関の排ガス熱量を排ガスエコノマイザで回収することによって蒸気を生成し、この生成された蒸気を発電用機関の蒸気タービンを駆動する動力媒体や船内の厨房や暖房等各種加熱装置の加熱媒体として用いている。
【０００３】
大型コンテナ船や原油輸送船等の大型船舶に搭載された大型の廃熱回収システムでは、排ガスエコノマイザの装置自体を小型化可能な水管式排ガスエコノマイザが主流である。この廃熱回収システムは、補助ボイラのドラム又は独立したドラムと排ガスエコノマイザとの間を給排水配管によって水・蒸気循環回路を形成し、補助ボイラのドラム又は独立したドラムを気水分離器とし、排ガスエコノマイザ本体には蒸気を生成する熱交換器のみを設けることによって、排ガスエコノマイザ本体から気水分離機能を省略している。
【０００４】
近年、推進性能やディーゼルエンジン性能の向上が著しいため、同じ輸送能力を備えた船舶であっても、従前に比べてエンジン出力が小さく、しかも、エンジンから排出される主機排ガス温度が低下する傾向にある。それ故、特に主機出力１０，０００〜２０，０００ｋＷ以下のばら積み専用船等の小型船舶では、船内の各種加熱器を機能させるために必要な船内必要蒸気量を排ガス熱量の回収によって十分に確保することが難しくなっている。
これは、以下に説明するように、船舶として主要な推進機能を確保するためには０．６〜０．７ＭＰａＧの蒸気圧が必要であることから、主機関の排ガス系に装備された排ガスエコノマイザが少なくとも０．６〜０．７ＭＰａＧの蒸気圧の蒸気を発生するように設計されていることが主な要因の１つである。
【０００５】
低硫黄燃料であるＡ重油或いは軽油等が高価であるため、一般にディーゼルエンジンでは、廉価な残渣油（Ｃ重油）が燃料油として使用されている。
この残渣油を燃料油に使用する場合には、燃料油供給装置によって供給される残渣油を主機関（燃焼室）内へ噴霧可能な粘度（１０〜１５ｃＳｔ）にするため、例えば、５０℃における残渣油の粘度を３８０〜７００ｃＳｔとした場合、残渣油の温度を１３５〜１５０℃程度に加熱する必要がある。即ち、残渣油を上記要求に応じた目標温度まで加熱するため、燃料油加熱器は、加熱蒸気温度において上記残渣油の目標温度（例えば、１５０℃）よりも約１５℃以上高い温度の蒸気を生成しなければならない。この１６５℃の飽和蒸気温度に対応した蒸気圧が０．６ＭＰａＧである。
【０００６】
一方、燃料油加熱用以外の加熱装置、例えば船内暖房や清浄機等の各種加熱装置は、主機関燃料油加熱器に比べて低い加熱媒体温度で利用することができるため、０．２〜０．３ＭＰａＧの蒸気圧でそれらの主要機能を確保することが可能である。
しかし、上記のように、排ガスエコノマイザは、０．６〜０．７ＭＰａＧの蒸気圧の蒸気を発生するように設定されているため、蒸気の圧力を上記設定圧力まで昇圧した後、一部の蒸気系統では設備の材料費を小さくするため、０．４ＭＰａＧ以下まで減圧させてから各種加熱装置に供給している。即ち、高い蒸気圧が必要とされていないにも拘わらず、燃料油加熱用以外の加熱装置に供給するための蒸気として０．６〜０．７ＭＰａＧまで一率に昇圧されているため、排ガスエコノマイザの熱回収効率が低下し、結果的に船内必要蒸気量を賄うための排ガス熱量が不足するという事態を招いている。
【０００７】
そこで、排ガス熱量の熱回収効率を高くするため、排ガス通路に蒸気生成機構を直列状に複数設置し、複数圧力の蒸気を生成可能にした種々の技術が提案されている。
特許文献１の水管式廃熱回収システムは、発電機を駆動する蒸気タービンと、蒸気を生成する補助ボイラと、ディーゼル主機関の排ガスから熱量を回収して高圧蒸気を生成する高圧蒸気生成手段と、高圧蒸気生成手段よりも下流側に配設され低圧蒸気を生成する低圧蒸気生成手段と、蒸気を蒸気タービン入口に導入する蒸気供給ラインと、高圧気水分離器を備え且つ高圧蒸気を蒸気タービン上段に導入する高圧蒸気ラインと、低圧気水分離器を備え且つ低圧蒸気を蒸気タービン下段に導入する低圧蒸気ラインとを備え、高圧蒸気及び低圧蒸気が増減したとき、蒸気供給ラインからの供給蒸気量を減増制御している。
【０００８】
特許文献２の水管式蒸気システムは、排ガス通路に設置され且つ排ガスによって高圧蒸気を生成する上流缶体と、この上流缶体よりも下流側に流れた排ガスによって中圧蒸気を生成する中流缶体と、この中流缶体よりも下流側に流れた排ガスによって低圧蒸気を生成する下流缶体と、各缶体の夫々に対応して設けられた気水分離器と、高圧蒸気によって低圧蒸気を昇圧する昇圧機構とを備えている。
【０００９】
大型ボイラを必要としない小型のばら積み専用船等では、省スペース化や設備費軽減のためにコンポジットボイラ（排ガス加熱併用補助ボイラ）が広く採用されている。
このコンポジットボイラは、排ガス入口煙室（主機排ガス導入部）と、複数の主機煙管と、油焚部と、複数の油焚煙管等をドラム内に収容し、単一装置内に補助ボイラ機能と排ガスエコノマイザ機能とを合わせ持った自然循環式排ガスエコノマイザを構成している。それ故、航海中には、主機排ガスの廃熱を回収して蒸気を生成することができ、停泊中には、油焚部のバーナによって燃料油を焚いて主機関の運転とは独立して蒸気を生成することができる。更に、主機関が減速（低負荷）中であって船内必要蒸気量が不足した場合には、追焚きして不足した蒸気を増量することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１３３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び特許文献２に開示された水管式廃熱回収システムは、このシステム中で複数圧力の蒸気を生成することができるため、不必要な昇圧行程を省略しつつ、必要量の高圧蒸気を生成することができ、排ガス熱量の熱回収効率の向上が可能である。
一方、構造上、特許文献１，２の技術は、複数圧力の蒸気を生成する複数の蒸気生成手段（蒸気生成機構）に対応した気水分離器を夫々の蒸気圧に対応して設ける必要があり、更に、各蒸気圧に対応した蒸気生成手段と気水分離器とを夫々連通するための配管系統も別途設置が必要である。それ故、設備の大型化に伴って製作費が高価になり、設備が占有する設置領域によってスペース的に不利になる虞がある。
【００１２】
船内スペースに余裕のある大型船舶の場合、排出される排ガス量が多いため、船内必要蒸気量を排ガス熱量の回収によって確保することも可能であり、また、特許文献１，２のような大型の廃熱回収システムを採用することも不可能ではない。
しかし、仕様によっては大型船舶であってもスペース的に厳しい場合も多く、このような船舶では、大型の廃熱回収システムの採用は容易ではない。また、中小型船舶では、船内必要蒸気量を賄う排ガス熱量の確保が難しく、また、スペース上の制約が多いため、大型の廃熱回収システムの採用も困難である。
【００１３】
煙管式コンポジットボイラでは、複数の煙管や油焚部等が単一ドラム内に収容され、このドラムが気水分離機能を一体的に備えているため、省スペース化の点で有利である。しかし、排ガス熱量の熱回収効率の向上を狙いとして複数圧力の蒸気を生成する場合、生成された複数蒸気圧に対応したコンポジットボイラを複数設置し、これら複数のコンポジットボイラ毎に配管系統を設ける必要があるため、特許文献１，２の技術と同様に製作費の抑制及び省スペース化の面で解決すべき課題が残る。
【００１４】
本発明の目的は、排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立可能なコンポジットボイラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１のコンポジットボイラは、主機排ガスを排ガス入口煙室から排ガス出口煙室に亙って上下方向へ流す複数の主機煙管と、油焚部に設けられた火炉と、油焚排ガスを前記火炉から上下方向へ流す複数の油焚煙管と、少なくとも前記複数の主機煙管と火炉と複数の油焚煙管とを内部に収容したドラムとを備えたコンポジットボイラにおいて、前記ドラム内を、前記複数の主機煙管が配設された低圧蒸気発生水室と、前記火炉と複数の油焚煙管とが配設された高圧蒸気発生水室とに仕切ると共に前記複数の主機煙管に対して略平行な仕切壁を設け、前記低圧蒸気発生水室が、前記主機煙管と水の熱交換によって発生した低圧蒸気を収容可能な低圧蒸気室と、この低圧蒸気室から低圧蒸気を導出可能な低圧蒸気導出部とを備え、前記高圧蒸気発生水室が、少なくとも前記油焚煙管と水の熱交換によって発生した高圧蒸気であって前記低圧蒸気よりも圧力が高い高圧蒸気を収容可能な高圧蒸気室と、この高圧蒸気室から高圧蒸気を導出可能な高圧蒸気導出部とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複数の主機煙管のうち一部の主機煙管が、前記高圧蒸気発生水室の内部に配設されたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記高圧蒸気発生水室が、前記複数の主機煙管のうち前記一部の主機煙管と連通された高圧側排ガス出口煙室を備え、前記低圧蒸気発生水室が、前記複数の主機煙管のうち前記一部の主機煙管を除いた残部の主機煙管と連通された低圧側排ガス出口煙室を備え、前記高圧側排ガス出口煙室から排出される主機排ガスを前記低圧側排ガス出口煙室から排出される主機排ガスに合流させる排ガス合流部を設けたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記排ガス合流部に前記高圧側排ガス出口煙室から排出された主機排ガスの流量を調整可能な流量調整手段を設けたことを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記高圧蒸気は主機関燃料油加熱器の加熱媒体であって、その蒸気圧が０．６〜０．７ＭＰａＧに設定され、前記低圧蒸気は主機関燃料油加熱器以外の加熱装置の加熱媒体であって、その蒸気圧が０．３〜０．４ＭＰａＧに設定されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６の発明は、主機排ガスを排ガス入口煙室から排ガス出口煙室に亙って上下方向へ流す複数の主機煙管と、油焚部に設けられた火炉と、油焚排ガスを前記火炉から上下方向へ流す複数の油焚煙管と、少なくとも前記複数の主機煙管と火炉と複数の油焚煙管とを内部に収容したドラムとを備えたコンポジットボイラにおいて、前記ドラム内を、少なくとも低圧蒸気発生水室と、高圧蒸気発生水室とに仕切ると共に前記複数の主機煙管に対して略直交した仕切壁を設け、前記低圧蒸気発生水室が、前記主機煙管と水の熱交換によって発生した低圧蒸気を収容可能な低圧蒸気室と、この低圧蒸気室から低圧蒸気を導出可能な低圧蒸気導出部とを備え、前記高圧蒸気発生水室が、前記主機煙管及び油焚煙管と水の熱交換によって発生した高圧蒸気であって前記低圧蒸気よりも圧力が高い高圧蒸気を収容可能な高圧蒸気室と、この高圧蒸気室から高圧蒸気を導出可能な高圧蒸気導出部とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記高圧蒸気発生水室は、前記低圧蒸気発生水室よりも前記排ガス入口煙室に近接した位置に配設されたことを特徴としている。
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れか１項の発明において、前記高圧蒸気導出部から導出された高圧蒸気の一部を前記低圧蒸気導出部から導出された低圧蒸気にバイパスさせる蒸気バイパス通路を設け、この蒸気バイパス通路に高圧蒸気を減圧する減圧手段を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、主機煙管に略平行な仕切壁によって単一ドラム内に低圧蒸気発生水室と高圧蒸気発生水室とを形成し、両蒸気発生水室に気水分離可能な蒸気室を夫々設けたため、コンポジットボイラの全高を抑えつつ、両蒸気発生水室に夫々対応した気水分離器や配管系統を省略することができる。
低圧蒸気発生水室が排ガスエコノマイザ機能と気水分離機能を備えると共に高圧蒸気発生水室が補助ボイラ機能と気水分離機能を備えるため、複数圧力の蒸気を簡単な構成で生成することができ、不必要な昇圧行程を省略しつつ、必要量の高圧蒸気を生成できる。
それ故、排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、主機排ガスの熱量の一部を高圧蒸気の生成に利用するため、一層排ガス熱量の有効利用ができる。即ち、燃料油を使用することなく、一部の排ガス熱量によって高圧蒸気を発生できる。
請求項３の発明によれば、主機排ガスの通路を共通化でき、一層省スペース化を図ることができる。
請求項４の発明によれば、簡単な構成で、高圧蒸気発生水室に供給する主機排ガスの熱量を調整することができる。
請求項５の発明によれば、必要蒸気量を排ガス熱量の回収によって得た蒸気量で賄うことができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、主機煙管に略直交した仕切壁によって単一ドラム内に低圧蒸気発生水室と高圧蒸気発生水室とを形成し、両蒸気発生水室に気水分離可能な蒸気室を夫々設けたため、コンポジットボイラのドラム径を抑えつつ、両蒸気発生水室に夫々対応した気水分離器や配管系統を省略することができる。
低圧蒸気発生水室が排ガスエコノマイザ機能と気水分離機能を備えると共に高圧蒸気発生水室が補助ボイラ機能と気水分離機能を備えるため、複数圧力の蒸気を簡単な構成で生成することができ、不必要な昇圧行程を省略しつつ、必要量の高圧蒸気を生成できる。
それ故、排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立することができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、両蒸気発生水室のうち、高圧蒸気発生水室に主機排ガスの熱量を優先的に供給することができ、効率的に高圧蒸気を生成できる。
請求項８の発明によれば、低圧蒸気が不足したとき、余剰高圧蒸気を燃料油加熱用以外の装置に供給することができ、エネルギー効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係る廃熱回収システムの全体構成を示す蒸気循環系統図である。
【図２】実施例１に係るコンポジットボイラの平面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】実施例１に係るコンポジットボイラの発生蒸気量の解析結果を示す表である。
【図６】実施例２に係るコンポジットボイラの平面図である。
【図７】図６のVII−VII線断面図である。
【図８】実施例３に係る図７相当図である。
【図９】実施例４に係るコンポジットボイラの平面図である。
【図１０】図９のX−X線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２５】
実施例１について、図１〜５に基づいて説明する
図１に示すように、本実施例の船舶は、主機関１と、廃熱回収システムＳ等を備えている。主機関１は、例えば、出力が７，０００ｋＷの２ストロークディーゼルエンジンの内燃機関であり、船舶の推進力を得るための主動力発生機構である。この主機関１は、過給機１ａによって過給された燃焼空気が燃焼室に供給され、給気と同時に主機関燃料油供給装置２から燃焼室へ燃料である残渣油（Ｃ重油）が供給され、噴霧される。
主機排ガスは、過給機１ａを駆動した後、廃熱回収システムＳへ供給される。
【００２６】
図１に示すように、廃熱回収システムＳは、低圧蒸気と高圧蒸気とを生成するコンポジットボイラ３と、余剰蒸気復水器兼ドレン冷却器４と、給水タンク５と、この給水タンク５からコンポジットボイラ３へ水を供給可能な給水ポンプ６等を備えている。
この廃熱回収システムＳは、加熱媒体である高圧蒸気を主機関燃料油加熱器７へ供給し、加熱媒体である低圧蒸気を主機関燃料油加熱器７以外の加熱装置、具体的には、燃料油タンク加熱装置８、清浄機燃料油加熱器９、清浄機潤滑油加熱器１０、暖房用加熱器１１、清水加熱器１２及びその他加熱装置１３等へ供給する。
【００２７】
まず、低圧蒸気系配管と高圧蒸気系配管とによって構成された廃熱回収システムＳの蒸気循環系統について簡単に説明する。
図１に示すように、低圧蒸気はコンポジットボイラ３から低圧蒸気通路２１を流れて各加熱器８〜１３へ供給され、高圧蒸気はコンポジットボイラ３から高圧蒸気通路２２を流れて主機関燃料油加熱器７へ供給される。各加熱器８〜１３は、低圧蒸気通路２１に対して並列接続されている。主機関燃料油加熱器７及び各加熱器８〜１３で加熱媒体として熱交換を終えた蒸気は、ドレン通路２３を流れて余剰蒸気復水器兼ドレン冷却器４へドレンされる。この余剰蒸気復水器兼ドレン冷却器４では、リリーフされた蒸気或いはドレンを海水によって冷却することにより復水又は冷却している。
【００２８】
余剰蒸気復水器兼ドレン冷却器４には、低圧蒸気通路２１と高圧蒸気通路２２から必要以上に圧力上昇した余剰蒸気が夫々リリーフ通路２４ａ，２４ｂを介してリリーフされる。リリーフ通路２４ａ，２４ｂの途中部には、リリーフ弁として余剰蒸気ダンプ弁２５ａ，２５ｂが夫々設けられている。これら余剰蒸気ダンプ弁２５ａ，２５ｂは、計画された常用蒸気圧（例えば、低圧側  ０．３〜０．４ＭＰａＧ，高圧側  ０．６〜０．７ＭＰａＧ）よりも少し高い蒸気圧（例えば、低圧側  ０．４〜０．５ＭＰａＧ，高圧側  ０．７〜０．８ＭＰａＧ）のときに余剰蒸気を下流側へ流すようにリリーフ圧力が夫々設定されている。
【００２９】
リターン通路２６ａは、余剰蒸気復水器兼ドレン冷却器４を給水タンク５に連通し、復水された水を給水タンク５へ還流している。リターン通路２６ｂは、給水タンク５を給水ポンプ６に連通し、給水タンク５に貯留された水を給水ポンプ６へ供給している。
給水ポンプ６から設定圧力で吐出された水は、給水通路２７を流れ、給水通路２７の途中部で低圧側給水通路２８と高圧側給水通路２９とに分岐される。これら低圧側給水通路２８と高圧側給水通路２９には、給水制御弁２８ａ，２９ａが夫々設置されている。
【００３０】
次に、コンポジットボイラ３について説明する。
図１〜図４に示すように、立型煙管式コンポジットボイラ３は、軸心（中心線）が上下方向に延びるように配置された円筒状のドラム３０と、設定圧力の蒸気を生成可能な低圧蒸気発生水室３１と、この低圧蒸気発生水室３１で生成された蒸気よりも高い圧力の蒸気を生成可能な高圧蒸気発生水室３２と、油焚部３３と、ドラム３０の内部を仕切る鉛直仕切壁３４等を一体的に備えている。
本実施例のコンポジットボイラ３は、排ガスと水とを熱交換させて低圧、例えば、０．３〜０．４ＭＰａＧの低圧蒸気と、高圧、例えば、０．６〜０．７ＭＰａＧの高圧蒸気とを生成するように構成されている。尚、蒸気圧が０．３ＭＰａＧのとき、飽和蒸気温度が１４４℃、蒸気圧が０．６ＭＰａＧのとき、飽和蒸気温度が１６５℃である。
【００３１】
ドラム３０は、コンポジットボイラ３の筺体として形成され、給水ポンプ６から供給された蒸気生成用の水を収容可能に構成されている。このドラム３０には、主機関１に連通された主機排ガス導入通路１４を介して主機関１から主機排ガスを導入可能な排ガス入口煙室３５が設けられ、この排ガス入口煙室３５によってドラム３０の下端部が形成されている。
【００３２】
図１，図３，図４に示すように、低圧蒸気発生水室３１は、ドラム３０の片側部と、鉛直仕切壁３４と、排ガス入口煙室３５と、低圧側排ガス出口煙室３６と、排ガス入口煙室３５から低圧側排ガス出口煙室３６に亙って主機排ガスの一部をドラム３０の軸心方向に略ストレート状に流す複数の低圧主機煙管３７と、これら複数の低圧主機煙管３７と水との熱交換によって発生した低圧蒸気を収容可能な低圧蒸気室３８と、この低圧蒸気室３８から低圧蒸気を低圧蒸気通路２１へ導出可能な低圧蒸気導出部３９等を備えている。この低圧蒸気発生水室３１の周壁下側部には、低圧側給水通路２８の下流端が接続されている。
【００３３】
鉛直仕切壁３４は、複数の低圧主機煙管３７と略平行状に設けられ、ドラム３０の内部を低圧蒸気発生水室３１と高圧蒸気発生水室３２に遮断している。
低圧側排ガス出口煙室３６には、主機排ガス導出通路１５が連通され、水と熱交換を終えた主機排ガスを低圧側排ガス出口煙室３６から外部へ排出している。
低圧蒸気室３８は、気液分離機能を有している。低圧蒸気発生水室３１の標準水位は、複数の低圧主機煙管３７を完全冷却するため、複数の低圧主機煙管３７よりも上方位置に設定される。それ故、コンポジットボイラ３の上壁と水面との間に形成された空間が低圧蒸気室３８に相当している。
【００３４】
図１，図３，図４に示すように、高圧蒸気発生水室３２は、ドラム３０の他側部と、油焚部３３と、油焚排ガス出口煙室４０と、火炉４７から油焚排ガス出口煙室４０に亙って油焚排ガスをドラム３０の軸心方向に略ストレート状に流す複数の油焚煙管４１と、鉛直仕切壁３４と、排ガス入口煙室３５と、高圧側排ガス出口煙室４２と、排ガス入口煙室３５から高圧側排ガス出口煙室４２に亙って主機排ガスの残部をドラム３０の軸心方向に略ストレート状に流す複数の高圧主機煙管４３と、複数の油焚煙管４１及び複数の高圧主機煙管４３と水との熱交換によって発生した高圧蒸気を収容可能な高圧蒸気室４４と、この高圧蒸気室４４から高圧蒸気を高圧蒸気通路２２へ導出可能な高圧蒸気導出部４５等を備えている。高圧蒸気発生水室３２の周壁下側部には、高圧側給水通路２９の下流端が接続されている。低圧主機煙管３７と高圧主機煙管４３の設置本数は、主機排ガスを流す配分量（例えば、低圧蒸気側：８０％，高圧蒸気側：２０％）によって設定されている。
【００３５】
図１，図３に示すように、油焚部３３は、ドラム３０の径方向外側へ突出した燃料油バーナ４６と、ドラム３０内において排ガス入口煙室３５の上壁に設置された火炉４７等を備えている。燃料油バーナ４６による燃焼は火炉４７内部で完結し、油焚排ガスは火炉４７から複数の油焚煙管４１を通って油焚排ガス出口煙室４０に流れる。
油焚排ガス出口煙室４０には、油焚排ガス導出通路１６が連通され、水と熱交換を終えた油焚排ガスを油焚排ガス出口煙室４０から外部へ排出している。
【００３６】
図１，図４に示すように、高圧側排ガス出口煙室４２には、排ガス合流通路４８（排ガス合流部）が連通されている。この排ガス合流通路４８は、高圧側排ガス出口煙室４２を主機排ガス導出通路１５に連通することによって、高圧側排ガス出口煙室４２の主機排ガスを低圧側排ガス出口煙室３６の主機排ガスに合流させて外部へ排出する。
高圧蒸気室４４は、気液分離機能を有している。高圧蒸気発生水室３２の標準水位は、複数の油焚煙管４１及び複数の高圧主機煙管４３を完全冷却するため、複数の油焚煙管４１及び複数の高圧主機煙管４３よりも上方位置に設定される。それ故、低圧蒸気室３８と同様に、コンポジットボイラ３の上壁と水面との間に形成された空間が高圧蒸気室４４に相当している。
【００３７】
図１に示すように、蒸気バイパス通路４９は、高圧蒸気通路２２を低圧蒸気通路２１に連通し、高圧蒸気導出部４５から導出された高圧蒸気の一部を低圧蒸気通路２１へバイパス可能に構成されている。蒸気バイパス通路４９の途中部には、設定圧力を任意に調節可能な減圧弁５０（減圧手段）が設置されている。
これにより、各加熱器８〜１３へ供給する低圧蒸気が不足した際、高圧蒸気を減圧して低圧蒸気量を補給することができる。
【００３８】
次に、図５に基づいて、コンポジットボイラ３の発生蒸気量に関する性能解析結果について説明する。
前提条件は、主機関１が出力７，０００ｋＷのディーゼルエンジン、給水温度が６０℃、低圧蒸気発生水室３１の設定蒸気圧が０．３ＭＰａＧ、高圧蒸気発生水室３２の設定蒸気圧が０．６ＭＰａＧとされ、主機排ガスの８０％を低圧蒸気発生水室３１に流し、残りの２０％を高圧蒸気発生水室３２に流したときの発生蒸気量を算出した。
【００３９】
図５に示すように、このコンポジットボイラ３は、１０６ｋｇ／ｈｒの高圧蒸気と７８４ｋｇ／ｈｒの低圧蒸気とを同時に生成することが可能である。
通常、上記と同条件の船舶では、航海中において主機関燃料油加熱器の蒸気消費量が約９０ｋｇ／ｈｒ、その他の加熱器の蒸気消費量が約５６０ｋｇ／ｈｒであり、全ての蒸気消費量を合計した船内必要蒸気量が約６５０ｋｇ／ｈｒとされる。これにより、このコンポジットボイラ３は、主機関燃料油加熱器及びその他の加熱器で必要とされる船内必要蒸気量を排ガス熱量の回収によって得た蒸気量で十分に賄えることが分かる。
ここで、低圧側蒸気発生部を持たない従来のコンポジットボイラでは、高圧側に１００％の排ガスを流すに等しいので５３１ｋｇ／ｈｒの蒸気しか発生できないため、必要蒸気量の全部を賄えないといえる。
【００４０】
このコンポジットボイラ３によれば、主機煙管３７，４３に略平行な鉛直仕切壁３４によって単一ドラム３０内に低圧蒸気発生水室３１と高圧蒸気発生水室３２とを形成し、両蒸気発生水室３１，３２に気水分離可能な蒸気室３８，４４を夫々設けたため、コンポジットボイラ３の全高を抑えつつ、両蒸気発生水室３１，３２に夫々対応した気水分離器や配管系統を省略することができる。低圧蒸気発生水室３１が排ガスエコノマイザ機能と気水分離機能を備えると共に高圧蒸気発生水室３２が補助ボイラ機能と気水分離機能を備えるため、複数圧力の蒸気を簡単な構成で生成することができ、不必要な昇圧行程を省略しつつ、必要量の高圧蒸気を生成できる。それ故、排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立することができる。
【００４１】
複数の主機煙管３７，４３のうち一部の主機煙管４３が、高圧蒸気発生水室３２の内部に配設されている。これにより、主機排ガスの熱量の一部を高圧蒸気の生成に利用するため、一層排ガス熱量の有効利用ができる。即ち、燃料油を使用することなく、一部の排ガス熱量によって高圧蒸気を発生できる。
高圧蒸気発生水室３２が、複数の主機煙管３７，４３のうち一部の主機煙管４３と連通された高圧側排ガス出口煙室４２を備え、低圧蒸気発生水室３１が、複数の主機煙管３７，４３のうち残部の主機煙管３７と連通された低圧側排ガス出口煙室３６を備え、高圧側排ガス出口煙室４２から排出される主機排ガスを低圧側排ガス出口煙室３６から排出される主機排ガスに合流させる排ガス合流通路４８を設けたため、主機排ガスの通路を共通化でき、一層省スペース化を図ることができる。
【００４２】
高圧蒸気導出部４５から導出された高圧蒸気の一部を低圧蒸気導出部３９から導出された低圧蒸気にバイパスさせる蒸気バイパス通路４９を設け、この蒸気バイパス通路４９に高圧蒸気を減圧する減圧弁５０を設けたため、低圧蒸気が不足したとき、余剰高圧蒸気を燃料油加熱用以外の加熱器８〜１３に供給することができ、エネルギー効率を向上できる。
また、高圧蒸気は主機関燃料油加熱器の加熱媒体であって、その蒸気圧が０．６〜０．７ＭＰａＧに設定され、低圧蒸気は主機関燃料油加熱器７以外の加熱器８〜１３の加熱媒体であって、その蒸気圧が０．３〜０．４ＭＰａＧに設定されているため、必要蒸気量を排ガス熱量の回収によって得た蒸気量で賄うことができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、実施例２に係るコンポジットボイラ３Ａについて図６、図７に基づいて説明する。尚、前記実施例１のコンポジットボイラ３と異なる構成についてのみ説明し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図７に示すように、コンポジットボイラ３Ａは、排ガス出口煙室として、主機排ガス出口煙室５１と、油焚排ガス出口煙室４０とを備え、複数の高圧主機煙管４３Ａが高圧蒸気発生水室３２内の鉛直仕切壁３４に近接した位置に配設されている。
主機排ガス出口煙室５１は、両蒸気発生水室３１，３２の上部を跨るように配設され、複数の低圧主機煙管３７を通る主機排ガスと複数の高圧主機煙管４３Ａを通る主機排ガスとを収容可能に構成されている。この主機排ガス出口煙室５１には、複数の低圧主機煙管３７と複数の高圧主機煙管４３Ａとの上端が連通され、その内部で低圧主機煙管３７を通る主機排ガスと高圧主機煙管４３Ａを通る主機排ガスが合流している。
【００４５】
図６、図７に示すように、主機排ガス出口煙室５１は、この主機排ガス出口煙室５１の上壁に一体形成された筒状の排ガス合流部５２を介して主機排ガス導出通路１５と連通されている。これにより、低圧主機煙管３７を通る主機排ガスと高圧主機煙管４３Ａを通る主機排ガスとの排ガス出口煙室を共通化でき、排ガス出口煙室よりも下流側の主機排ガス通路を共通にできるため、一層製作費の低減と省スペース化を図ることができる。
【実施例３】
【００４６】
次に、実施例３に係るコンポジットボイラ３Ｂについて図８に基づいて説明する。尚、前記実施例１のコンポジットボイラ３と異なる構成についてのみ説明し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図８に示すように、高圧側排ガス出口煙室４２には、排ガス合流通路４８Ａ（排ガス合流部）が連通されている。この排ガス合流通路４８Ａは、高圧側排ガス出口煙室４２を主機排ガス導出通路１５に連通することによって、高圧側排ガス出口煙室４２を流れる主機排ガスを低圧側排ガス出口煙室３６を流れる主機排ガスに合流させて外部へ排出する。
【００４８】
排ガス合流通路４８Ａの途中部には、高圧側排ガス出口煙室４２から排出された主機排ガスを流れる流量を調整可能な排ガス流量調整ダンパ５３（流量調整手段）が設けられている。排ガス流量調整ダンパ５３は、低圧蒸気生成要求が高いとき、或いは高圧蒸気生成要求が低いとき、排ガス合流通路４８Ａを遮断し、低圧蒸気生成要求が低いとき、或いは高圧蒸気生成要求が高いとき、排ガス合流通路４８Ａを開放する。
これにより、低圧主機煙管３７と高圧主機煙管４３とを流れる主機排ガスの流量配分が構造的に予め設定されている場合であっても、簡単な構成で、高圧蒸気発生水室３２に供給する主機排ガスの熱量を調整することができる。尚、排ガス流量調整ダンパ５３は、全閉（遮断）と全開（開放）の２段切替に限ることなく、蒸気圧の生成要求に応じて多段切替或いはリニアに開度調整しても良い。
【実施例４】
【００４９】
次に、実施例４に係るコンポジットボイラ３Ｃについて図９，図１０に基づいて説明する。尚、前記実施例１のコンポジットボイラ３と異なる構成についてのみ説明し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図９、図１０に示すように、コンポジットボイラ３Ｃは、軸心が上下方向に延びるように配置されたドラム３０Ａと、設定圧力の蒸気を生成可能な低圧蒸気発生水室６１と、この低圧蒸気発生水室６１で生成された蒸気よりも高い圧力の蒸気を生成可能な中圧蒸気発生水室７１と、この中圧蒸気発生水室７１で生成された蒸気よりも高い圧力の蒸気を生成可能な高圧蒸気発生水室８１と、油焚部３３Ａと、ドラム３０Ａの内部を仕切る水平仕切壁５４，５５等を一体的に備えている。
【００５１】
低圧蒸気発生水室６１は、ドラム３０Ａの上段部と、低圧側排ガス出口煙室６２と、ドラム３０Ａの軸心に略直交した水平仕切壁５４と、この水平仕切壁５４に対して略直交状に配置された複数の低圧主機煙管６３と、低圧側排ガス出口煙室６２の下壁と給水された水面との間に形成された低圧蒸気室６４と、この低圧蒸気室６４に対応して周壁上側部分に設けられた低圧蒸気導出部６５と、低圧蒸気発生水室６１の周壁下側部分に設けられた給水部（図示略）等を備えている。
【００５２】
低圧側排ガス出口煙室６２と水平仕切壁５４とが、低圧蒸気発生水室６１の上壁と下壁とを夫々形成している。低圧側排ガス出口煙室６２は、複数の低圧主機煙管６３から導入した主機排ガスを主機排ガス導出通路１５を介して外部へ排出している。
複数の低圧主機煙管６３は、複数の中圧主機煙管７３から中圧側排ガス出口煙室７２を介して導入された主機排ガスを上下方向に流すように構成されている。
低圧蒸気導出部６５には、低圧蒸気通路６６が連通されている。
【００５３】
中圧蒸気発生水室７１は、ドラム３０Ａの中段部と、中圧側排ガス出口煙室７２と、ドラム３０Ａの軸心に略直交した水平仕切壁５５と、この水平仕切壁５５に対して略直交状に配置された複数の中圧主機煙管７３と、仕切壁５４と給水された水面との間に形成された中圧蒸気室７４と、この中圧蒸気室７４に対応して周壁上側部分に設けられた中圧蒸気導出部７５と、中圧蒸気発生水室７１の周壁下側部分に設けられた給水部（図示略）等を備えている。
【００５４】
水平仕切壁５４と水平仕切壁５５とが、中圧蒸気発生水室７１の上壁と下壁とを夫々形成している。中圧側排ガス出口煙室７２は、低圧蒸気発生水室６１の排ガス入口煙室を兼ねるように構成され、複数の中圧主機煙管７３から導入した主機排ガスを低圧主機煙管６３に導出している。複数の中圧主機煙管７３は、複数の高圧主機煙管８３から高圧側排ガス出口煙室８２を介して導入された主機排ガスを上下方向に流すように構成されている。中圧蒸気導出部７５には、中圧蒸気通路７６が連通されている。
中圧蒸気通路７６の途中部には、中圧蒸気の一部を低圧蒸気通路６６にバイパスするバイパス通路７７が設けられ、このバイパス通路７７に中圧蒸気を減圧する減圧弁７７ａが配設されている。
【００５５】
高圧蒸気発生水室８１は、ドラム３０Ａの下段部と、高圧側排ガス出口煙室８２と、水平仕切壁５５に対して略直交状に配置された複数の高圧主機煙管８３と、水平仕切壁５５と給水された水面との間に形成された高圧蒸気室８４と、この高圧蒸気室８４に対応して周壁上側部分に設けられた高圧蒸気導出部８５と、排ガス入口煙室８６と、油焚部３３Ａと、油焚排ガス出口煙室４０Ａと、複数の油焚煙管４１Ａと、高圧蒸気発生水室８１の周壁下側部分に設けられた給水部（図示略）等を備えている。
【００５６】
水平仕切壁５５と排ガス入口煙室８６とが、高圧蒸気発生水室８１の上壁と下壁とを夫々形成している。高圧側排ガス出口煙室８２は、中圧蒸気発生水室７１の排ガス入口煙室を兼ねるように構成され、複数の高圧主機煙管８３から導入した主機排ガスを中圧主機煙管７３に導出している。複数の高圧主機煙管８３は、主機排ガス導入通路１４から排ガス入口煙室８６を介して導入された主機排ガスを上下方向に流すように構成されている。高圧蒸気導出部８５には、高圧蒸気通路８６が連通されている。
高圧蒸気通路８６の途中部には、高圧蒸気の一部を中圧蒸気通路７６にバイパスするバイパス通路８７が設けられ、このバイパス通路８７に高圧蒸気を減圧する減圧弁８７ａが配設されている。
【００５７】
図１０に示すように、油焚部３３Ａは、ドラム３０Ａから径方向外側へ突出した燃料油バーナ４６と、ドラム３０Ａ内において排ガス入口煙室８６の上壁に載置された火炉４７等を備えている。燃料油バーナ４６による燃焼は火炉４７内部で完結し、油焚排ガスは火炉４７から複数の油焚煙管４１Ａを通って油焚排ガス出口煙室４０Ａに流れる。
油焚排ガス出口煙室４０Ａには、油焚排ガス導出通路１６Ａが連通され、水と熱交換を終えた油焚排ガスを油焚排ガス出口煙室４０Ａから外部へ排出している。
【００５８】
以上により、主機煙管６３，７３，８３に略直交した水平仕切壁５４，５５によって単一ドラム内に低圧蒸気発生水室６１と中圧蒸気発生水室７１と高圧蒸気発生水室８１とを形成し、各蒸気発生水室６１，７１，８１に気水分離可能な各蒸気室６４，７４，８４を夫々設けたため、コンポジットボイラ３Ｃのドラム径を抑えつつ、蒸気発生水室６１，７１，８１に夫々対応した気水分離器や配管系統を省略することができる。
低中圧蒸気発生水室６１，７１が排ガスエコノマイザ機能と気水分離機能を備えると共に高圧蒸気発生水室８１が補助ボイラ機能と気水分離機能を備えるため、複数圧力の蒸気を簡単な構成で生成することができ、不必要な昇圧行程を省略しつつ、必要量の高圧蒸気を生成できる。それ故、排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立することができる。
【００５９】
高圧蒸気発生水室８１は、低中圧蒸気発生水室６１，７１よりも排ガス入口煙室８６に近接した位置に配設されたため、低中圧蒸気発生水室６１，７１よりも高圧蒸気発生水室８１に主機排ガスの熱量を優先的に供給することができ、効率的に高圧蒸気を生成できる。
【００６０】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例１〜３においては、鉛直仕切壁がドラム内をドラム軸心に対して平行に２分割した例を説明したが、３分割以上に分割しても良い。この場合、複数の平行な鉛直仕切壁によってドラム内を区分けしても良く、また、ドラム軸心から放射状、例えば、ドラム内をＹ字状に区分けすることも可能である。
【００６１】
２〕前記実施例４においては、２つの水平仕切壁がドラム内をドラム軸心に対して直交状に３分割した例を説明したが、単一の水平仕切壁によって２分割しても良く、また、３つ以上の水平仕切壁によって４分割以上に分割しても良い。また、蒸気発生水室毎に主機排ガス用排ガス出口煙室を設けた例を説明したが、少なくとも最も上側位置の蒸気発生水室に主機排ガス用排ガス出口煙室を設ければ良く、その他の蒸気発生水室の主機排ガス用排ガス出口煙室は省略しても良い。
【００６２】
３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、主機排ガスを上下方向へ流す主機煙管と油焚排ガスを上下方向へ流す油焚煙管とをドラム内に収容したコンポジットボイラに関し、単一のドラム内から異なる蒸気圧の蒸気を発生可能に構成したため、排ガス熱量の熱回収効率の向上を図りつつ、製作費の抑制と省スペース化とを両立できる。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ                  廃熱回収システム
１                  主機関
３，３Ａ，３Ｂ      コンポジットボイラ
，３Ｃ
３０，３０Ａ        ドラム
３１，６１          低圧蒸気発生水室
３２，８１          高圧蒸気発生水室
３３，３３Ａ        油焚部
３４                鉛直仕切壁
３５，８６          排ガス入口煙室
３６，６２          低圧側排ガス出口煙室
３７，６３          低圧主機煙管
３８，６４          低圧蒸気室
３９，６５          低圧蒸気導出部
４０，４０Ａ        油焚排ガス出口煙室
４１，４１Ａ        油焚煙管
４２，８２          高圧側排ガス出口煙室
４３，４３Ａ，８３  高圧主機煙管
４４，８４          高圧蒸気室
４５，８５          高圧蒸気導出部
４８，４８Ａ        排ガス合流通路
５１                主機排ガス出口煙室
５２                排ガス合流部
５３                排ガス流量調整ダンパ
５４，５５          水平仕切壁
【図１】
2014085035.tif 000003
【図２】
2014085035.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014085035.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014085035.tif 000008
【図７】
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【図８】
2014085035.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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