(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器の冷却海水の流量を海水冷却ポンプの回転数を制御し冷却清水の出口温度を追従して設定温度になるように回転制御し、ディーゼル機関の出力、発電機関等の出力、冷却海水温度、配管抵抗、熱交換器の効率等の変動要素を加味した制御することで省エネに反映するディーゼル機関の主冷却システムを提供する。【解決手段】ディーゼル機関２２、発電機関２３等の発熱体により加熱された冷却清水は、熱交換器２４の冷却清水出口の冷却清水量を一定として冷却清水温度を設定温度に一致するように熱交換器の冷却海水の流量を海水冷却ポンプ２７の回転数を制御することでディーゼル機関の出力、発電機関等の出力、冷却海水温度、配管抵抗、熱交換器の効率等の変動要素を加味した制御することで省エネに反映することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関、発電機関等の発熱体は冷却清水でもって冷却を行い、該発熱体により加熱した冷却清水は清水冷却ポンプにて熱交換器の冷却清水入口に供給され、該熱交換器を通り冷却海水と熱交換して冷却され、冷却清水出口から再び該発熱体に冷却清水を供給循環する冷却清水系統と、船外の海水を冷却海水ポンプにより該熱交換器の冷却海水入口に供給し、該熱交換器で冷却清水を冷却した後、冷却海水出口から出た海水は直接船外に排出される冷却海水系統とした主冷却システムにおいて、該熱交換器の該冷却清水出口付近に温度センサーを設け、該温度センサーとコントローラを接続し、該温度センサーを通過する冷却清水温度と設定温度が一致するように該コントローラにより該冷却海水ポンプの吐出量を該冷却海水ポンプの電動機の回転数を自動制御することを特徴とする主冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の主冷却システムにおいて、冷却海水ポンプの吐出側の配管に圧力を調整する弁を設け、最小水頭が保てることを特徴とする請求項１記載の主冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、ディーゼル機関に使用する主冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  船舶で使用されるディーゼル機関を冷却するのに清水が使用されているが、その清水は海水と熱交換して冷却に使用しているのが一般的である。【０００３】  従来の燃料油の主冷却システムの概略系統図を図１に示すようにディーゼル機関１０、発電機関１１等の発熱体の冷却は冷却清水系統と冷却海水系統から構成され、発熱体で加熱された冷却清水は熱交換器９で冷却海水と熱交換され冷却される。【０００４】  冷却海水系統は、海水をシーチェスト１から取り入れ冷却海水吸入管２を通り冷却海水ポンプ４を一定量で運転し該熱交換器９の冷却海水入口５に供給され該熱交換器９では冷却海水と冷却清水と熱交換した冷却海水は冷却海水出口６から冷却海水吐出管７を経由して船外貫通管８から海に戻される。【０００５】  冷却清水系統は、冷却清水を冷却清水ポンプ１２から一定量で運転し冷却清水管１３を通り該熱交換器９の冷却清水入口１４に接続し、一方、該管１３から分岐した冷却清水管１５は三方温度調整弁１６のｂポートに接続し、該熱交換器９に供給された冷却清水は冷却海水と熱交換した後、該熱交換器９の冷却清水出口１７から冷却清水管１８を通りｃポートに接続し、ａポートから温度調整された冷却清水は冷却清水管１９を通り発熱体であるディーゼル機関１０、発電機関１１等に供給した冷却清水は冷却清水管２０を通り該冷却清水ポンプ１２に戻る循環回路となっている。【０００６】  従来の主冷却システムの概略のヒートバランスの参考例である図２でもって説明すると、冷却清水系統では冷却清水は発熱体であるディーゼル機関５０及び発電機関５１等を冷却した後、冷却清水ポンプ４０（１００ｍ３／ｈ）に至り、該冷却清水ポンプ４０を出た冷却清水は二方に分岐され、一方は熱交換器４４の冷却清水入口４３に、もう一方の冷却水は三方温度調整弁４２のｂポートに接続され、熱交換器４４の冷却清水入口４３から入った冷却清水は熱交換し冷却された冷却水は冷却清水出口４７から三方温度調整弁４２のｃポートに接続され、ｂポートからの冷却水と混合されａポートに設けた温度センサー４５設定温度３６℃で該ディーゼル機関５０及び該発電機関５１等に供給される循環回路である。【０００７】  冷却海水系統は航海水域の温度を加味した冷却海水温度を３０℃として熱交換器４４の冷却海水入口４８の温度と、該熱交換器４４の冷却海水出口４９の温度を４０℃とした冷却清水系統の冷却能力から熱交換面積と海水流量が決められ、冷却能力は、冷却海水ポンプ４６の容量（１２０ｍ３／ｈ）と熱交換器４４の冷却海水入口４８の温度３０℃と冷却海水出口４９の温度４０℃で決まる。【０００８】  発熱体の冷却能力はディーゼル機関５０、発電機関５１等の出力、海水温度で大きく変動するが、従来の主冷却システムでは清水冷却系統の三方温度調整弁４２のａポートの設定温度は変動なく３６℃は維持されることからの冷却清水は二方に分岐し一方はから熱交換器４４の冷却清水入口４３の流量は該三方温度調整弁４２のｂポートに流れる量により変動することになる。【０００９】  冷却海水系統では、熱交換器４４の熱交換する能力が変化することは冷却海水ポンプ４６の吐出量は一定であれば冷却海水の該冷却海水入口４８の温度と該冷却海��出口４９の温度との温度差に変化が生じることになり、冷却海水容量に変更がないことは冷却海水ポンプ４６の電動機に電力量には変化がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許公開２０１０−２６９６４１  セントラル清水冷却システム
【特許文献２】特許公開２０１０−２５４２８１  船舶の機関冷却装置
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】商船機関部設計マニュアル配管系統  社団法人  日本舶用機関学会  機関研究委員会  昭和５３年１２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  従来の主冷却システムの概略のヒートバランスで説明したようにディーゼル機関、発電機関等の発熱体の出力変化及び海水温度に変化があった場合にも冷却海水ポンプの電動機電力には反映されないシステムである。【００１３】  ディーゼル機関、発電機関等の発熱体の出力変化及び海水温度に変化があった場合主冷却システムにおいて熱交換器の冷却清水と冷却海水との熱交換の授受は発熱体の出力変動は冷却海水の流量にも反映できる。【００１４】主冷却システムの能力は発熱体の最大出力時を考慮したもので、海水温度も航海時予想される最高温度で想定されていることから航海中の海水温度又は四季の温度変化も考慮に入れることで熱交換器の冷却海水入口の流量に反映すれば冷却海水ポンプの吐出量に反映し冷却海水ポンプの回転数を変えることで電動機の消費電力も減少することが可能である。【００１５】  内航船総トン数４９９型貨物船の例では、海水冷却ポンプの消費電力は航海中使用電力量の約１０．７％が消費されている。しかし、従来の主冷却システムでは該冷却海水ポンプはディーゼル機関の最大出力の１１０％時にも賄える容量で冷却海水ポンプが運転され、ディーゼル機関の出力、海水温度、ポンプの性能によって冷却海水ポンプ容量の変動がなく海水の入口温度と出口温度の差が生じるのみで省エネになっていない。【００１６】  該冷却海水ポンプの流量Ｑｆは１２０ｍ３／ｈで海水温度ｔ１は３０℃で海水出口温度ｔ２＝４０℃で計画すると冷却海水の冷却エネルギーはＨ（ｋｊ・ｈ）は、次の式で計算できる。
Ｈ（ｋｊ／ｈ）＝Ｑｆ×ｓｇ×ｓｈ×（ｔ２−ｔ１）
Ｑｆ：１２０ｍ３／ｈ
ｓｇ：９８０ｋｇ．ｍ３
ｓｈ：４．１８ｋｊ／ｋｇ．Ｋ
ｔ２：４０℃
ｔ１：３０℃
Ｈ＝１２０×９８０×４．１８×（４０−３０）＝４９１６０００ｋｊ／ｈ
Ｋｗ＝Ｈ／３６００＝１３６５ｋＷ／ｈとなる。【００１７】  この発明の着目点は、日本沿岸の海水温度を調査すると、鹿児島佐多岬沖、和歌山潮岬沖、千葉野島岬沖、北海道襟裳岬沖の海水温度２０１１年度の月平均温度は次のように変化している、
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【００１８】  前記式  Ｈ（ｋｊ／ｈ）＝Ｑｆ×ｓｇ×ｓｈ×（ｔ２−ｔ１）
から必要熱量を同じ４９１６０００ｋｊ／ｈで海水温度変化に伴い該冷却海水ポンプの流量Ｑｆポンプの必要量はＱｆ（ｍ３・ｈ）を計算したものが次に示すように冷却海水必要量である。【００１９】  この場合に年平均温度使用して冷却海水の冷却エネルギーＨ（ｋｊ・ｈ）を一定として冷却海水必要量を計算すると次の通りである。
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【００２０】  該冷却海水ポンプの流量Ｑｆポンプの必要量に対応した必要電力概算は効率は一定として計算したもので，各ポンプにより効率が異なるので正確な数字は困難であるが目安となる数字である。【００２１】該海水冷却ポンプの流量Ｑｆは１２０ｍ３／ｈで海水温度ｔ１は３０℃で海水出口温度ｔ２＝４０℃であるが海水温度が
３０℃であれば１２０ｍ３／ｈ  約１３．４ｋＷ／ｈ
２３℃であれば  ８０ｍ３／ｈ  約  ８．９ｋＷ／ｈ
２１℃であれば  ４８ｍ３／ｈ  約  ５．４ｋＷ／ｈ
１０℃であれば  ４０ｍ３／ｈ  約  ４．５ｋＷ／ｈ
となり、上記表で示すように海水温度の変化だけで見ても一年を通して見ると大きな数字となる。【００２２】  また、低温冷却水側においても、ディーゼル機関の出力についても１１０％出力で運転しているわけでもなく通常航海時は７０〜８５％と変化しているので発熱量も当然低減されているので海水冷却ポンプの流量も影響することになる。【００２３】  冷却清水系統の冷却能力及び海水温度を冷却海水ポンプの回転数に反映すれば熱交換器の海水流量が極端に少なくなれば当然熱交換の効率も悪くなることからこれらを計算上で求めるのは困難である。【００２４】  この主冷却システムのキーポイントは熱交換器の冷却清水出口温度を設定温度（３６℃）で冷却清水ポンプの流量を一定に保つことが出来れば良い。
従って、熱交換器の冷却清水出口に温度センサーを設け、この温度センサーを通過する冷却水の温度を設定温度になるように冷却海水ポンプの吐出量を電動機の回転数に反映した制御すればよい。【００２５】  ディーゼル機関、発電機関等の発熱体により加熱された冷却清水は熱交換器の冷却清水出口の冷却清水量を一定として冷却清水温度を設定温度に一致するように制御すればよい、よって、熱交換器の冷却海水の流量を海水冷却ポンプの回転数を制御し冷却清水の出口温度を追従して設定温度になるように回転制御することでディーゼル機関の出力、発電機関等の出力、冷却海水温度、配管抵抗、熱交換器の効率等の変動要素を加味した制御することで省エネに反映することを目的とする。
【課題を解決する為の手段】
【００２６】  上記目的を達成させるため、本発明によれば  ディーゼル機関、発電機関等の発熱体は冷却清水でもって冷却を行い、該発熱体により加熱した冷却清水は清水冷却ポンプにて熱交換器の冷却清水入口に供給され、該熱交換器を通り冷却海水と熱交換して冷却され、冷却清水出口から再び該発熱体に冷却清水を供給循環する冷却清水系統と、船外の海水を冷却海水ポンプにより該熱交換器の冷却海水入口に供給し、該熱交換器で冷却清水を冷却した後、冷却海水出口から出た海水は直接船外に排出される冷却海水系統とした主冷却システムにおいて、該熱交換器の該冷却清水出口付近に温度センサーを設け、該温度センサーとコントローラを接続し、該温度センサーを通過する冷却清水温度と設定温度が一致するように該コントローラにより該冷却海水ポンプの吐出量を該冷却海水ポンプの電動機の回転数を自動制御することを特徴とする
【００２７】  請求項２記載の発明は、請求項１に記載の主冷却システムにおいて、冷却海水ポンプの吐出側の配管に圧力を調整する弁を設け、最小水頭が保てることを特徴とする。
【００２８】  請求項１に記載の本発明によれば、従来の清冷却海水ポンプは最大出力時の吐出容量を一定で運転していたが船舶では航海中日々、場所により海水温度は変化している、さらに冷却清水系統ではディーゼル機関、発電機関等の出力により発熱量は変化している状況下で主冷却システムは熱交換器の冷却清水出口温度を設定温度に保つことにあり、発熱体の温度、熱交換器の効率、海水温度、ポンプ効率も含めたものが冷却海水量に集約されることから冷却清水出口温度を監視し、制御することが効率が集約されることで省エネも効率よく対応、発揮できる。
【００２９】  請求項２記載の発明は、請求項１に記載の燃料油の主システムにおいて、冷却海水ポンプは他の目的にも共用使用されることが多いために、船の高い場所に海水を供給する場合には海水流量が減少すると配管抵抗も減少することになり冷却海水ポンプの水頭も減少することで高い場所に海水を供給することが出来なくなる可能性がある。
【００３０】  その問題点を回避するために冷却海水ポンプの吐出側の配管に圧力を調整する弁を設け、最小水頭が保つことで、他の目的に供給することも可能となる。
【発明の効果】
【００３１】  本発明の主冷却システムでは、船外の海水温度に対応した海水量、ディーゼル機関、発電機関等の発熱体の出力に対応した冷却清水並びに熱交換効率も加味した制御が可能となり冷却海水ポンプの吐出量を対応することで電力の消費が減少することは発電機関の燃費にも及び省エネとなる。
【００３２】  例として取り上げた総トン数４９９総トンの貨物船ではディーゼル機関の航海速力時の出力は約１０００ｋＷである。海水温度が年平均で考慮すると冷却海水ポンプの電力消費量が８．９ｋＷとなれば約０．５％の省エネになる。
さらに、実航海時のディーゼル機関の出力は約７００％の出力であればさらに削減されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の実施形態に係る小型船舶の主冷却システムの概略系統図である
【図２】従来の実施形態に係る小型船舶の主冷却システムに対応した概略のヒートバランスの参考例である。
【図３】本発明の実施形態に係る小型船舶の主冷却システムの概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  本発明の実施形態に係る主冷却システムの概略系統を図２で説明すると、ディーゼル機関２２、発電機関２３等の発熱体の冷却は冷却清水を循環し、加熱された冷却清水は熱交換器２４で海水を循環して熱交換して冷却する主冷却システムにおいて、冷却海水系統は船外の海水をシーチェスト２５から取り入れ冷却海水吸入管２６を通り冷却海水ポンプ２７にて海水を該熱交換器２４の冷却海水入口２８に供給され、熱交換され加熱された海水は冷却海水出口２９から冷却海水吐出管３０にて船外貫通管３１より排出される。
【００３５】  冷却清水系統は冷却清水ポンプ３２にて一定量の冷却清水を吐出し、冷却清水管３３を通り該熱交換器２４の冷却清水入口３４に供給し、該熱交換器２４を通過し、該冷却清水出口３５から温度センサー３６を設けた冷却清水管３３は順次該ディーゼル機関２２、該発電機関２３等の発熱体を経由して冷却清水管３３を通り該冷却清水ポンプ３２に戻る回路となっている。
【００３６】  温度センサー３６からコントローラ３７に配線し、該温度センサー３６を通過する冷却清水の温度と設定温度が一致するように該コントローラ３７で該冷却海水ポンプ２７の吐出量を該冷却海水ポンプ２７の電動機３８の回転数を自動制御する。
【００３７】  該冷却海水系統において、冷却海水ポンプ２７の供給先が熱交換器２４のみならず冷房用冷却水等に供給する場合には水頭圧にして約０．０６ＭＰａが必要となる場合には該冷却海水吐出管３０に圧力センサーａ及び電動弁ｂを設け、圧力センサーａからコントローラｃに接続し、コントローラｃにより設定圧より低下した場合に該電動弁ｂを設定圧まで上昇するように自動開閉制御する請求項２の発明である。
【００３８】  上記系統では冷却清水系統で実際には高温冷却系統、低温冷却系統、空気冷却系統などが存在しているが本説明では発熱体として一括にまとめて説明している。
【符号の説明】
【００３９】２２    ディーゼル機関
２３    発電機関
２４    熱交換器
２５    シーチェスト
２６    冷却海水吸入管
２７    冷却海水ポンプ
２８    冷却海水入口
２９    冷却海水出口
３０    冷却海水吐出管
３１    船外貫通管
３２    冷却清水ポンプ
３３    冷却清水管
３４    冷却清水入口
３５    冷却清水出口
３６    温度センサー
３７    コントローラ
３８    電動機
ａ      圧力センサー
ｂ      電動弁
ｃ      コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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