(57)【要約】【課題】省エネルギー性に優れ、出力ないし効率を向上させたターボコンパウンドシステムを提供することを目的とする。【解決手段】複数の排気タービン過給機３，４と、パワータービン５と、排ガスエコノマイザ１１によって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン１０と、パワータービン５および蒸気タービン１０の回転軸に接続されたタービン発電機２５と、排気タービン過給機３，４、パワータービン５及び蒸気タービン１０の動作を制御する制御部とを備えたターボコンパウンドシステムにおいて、エンジン本体２の機関負荷が所定値以下である場合に、一方の排気タービン過給機３を停止させるとともに、エンジン本体２から抽気する排ガス量を減少させてパワータービン５の出力を減少させることを特徴とする。【選択図】図１
2011089488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動される複数の排気タービン過給機と、
これら排気タービン過給機の上流側から抽気された排ガスによって駆動されるパワータービンと、
該パワータービンの回転軸に接続され、前記エンジン本体の排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記パワータービンおよび前記蒸気タービンの回転軸に接続された発電機と、
前記排気タービン過給機、前記パワータービン及び前記蒸気タービンの動作を制御する制御部と、
を備えたターボコンパウンドシステムにおいて、
前記制御部は、前記エンジン本体の機関負荷が所定値以下である場合に、前記排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させるとともに、船内需要電力がターボコンパウンドシステムの可能な最大発電出力よりも小さいときには、前記エンジン本体から抽気する排ガス量を減少させて前記パワータービンの出力を減少させることを特徴とするターボコンパウンドシステム。
【請求項２】
前記制御部は、需要電力が減少した場合に、前記蒸気タービンの出力と前記需要電力との差分を補うように、前記パワータービンの出力を減少させることを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウンドシステム。
【請求項３】
エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動される複数の排気タービン過給機と、
これら排気タービン過給機の上流側から抽気された排ガスによって駆動されるパワータービンと、
該パワータービンの回転軸に接続され、前記エンジン本体の排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記パワータービンおよび前記蒸気タービンの回転軸に接続された発電機と、
前記排気タービン過給機、前記パワータービン及び前記蒸気タービンの動作を制御する制御部と、
を備えたターボコンパウンドシステムの運転方法において、
前記制御部は、前記エンジン本体の機関負荷が所定値以下である場合に、前記排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させるとともに、船内需要電力がターボコンパウンドシステムの可能な最大発電出力よりも小さいときには、前記エンジン本体から抽気する排ガス量を減少させて前記パワータービンの出力を減少させることを特徴とするターボコンパウンドシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用ディーゼル機関や陸上発電機用ディーゼル機関等を構成するエンジン本体から排出された排ガス（燃焼ガス）の排熱エネルギーを動力として回収するターボコンパウンドシステムおよびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンに対して複数の過給機を設け、負荷に応じて過給機の運転台数を切り替える運転方法が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１６６７１６号公報
【０００４】
一方、複数台の過給機に加えて、ディーゼルエンジンからの排ガスよって駆動されるパワータービン及び蒸気タービンをさらに搭載したターボコンパウンドシステムを構成し、排ガスエネルギーを発電出力として回収して省エネルギー性をさらに向上させる試みがなされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数台の過給機とパワータービン及び蒸気タービンとを搭載した場合に、省エネルギー性とエンジンの出力ないし効率の向上を両立させる運転システムや運転方法については検討されていない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、省エネルギー性に優れ、エンジンの出力ないし効率を向上させたターボコンパウンドシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のターボコンパウンドシステムおよびその運転方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボコンパウンドシステムは、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動される複数の排気タービン過給機と、これら排気タービン過給機の上流側から抽気された排ガスによって駆動されるパワータービンと、該パワータービンの回転軸に接続され、前記エンジン本体の排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記パワータービンおよび前記蒸気タービンの回転軸に接続された発電機と、前記排気タービン過給機、前記パワータービン及び前記蒸気タービンの動作を制御する制御部とを備えたターボコンパウンドシステムにおいて、前記制御部は、前記エンジン本体の機関負荷が所定値以下である場合に、前記排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させるとともに、船内需要電力がターボコンパウンドシステムの可能な最大発電出力よりも小さいときには、前記エンジン本体から抽気する排ガス量を減少させて前記パワータービンの出力を減少させることを特徴とする。
【０００８】
エンジン本体の機関負荷が所定値以下の低負荷領域にある場合には、排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させる。少なくとも１台の排気タービン過給機を停止させるので、その分だけ、他の排気タービン過給機に流入する排ガス流量が増加して、他の排気タービン過給機からエンジン本体へと供給される掃気圧力（過給空気（外気）の圧力）が上昇することとなる。これにより、エンジン本体の低負荷領域でも、パワータービンが起動可能となり排熱回収可能となる最低掃気圧力が得られるので、エンジン本体からの排熱エネルギーを動力（発電量）として有効に回収することができ、さらなる省エネルギー化を図ることができる。
さらに、船内需要電力がターボコンパウンドシステムの可能な最大発電出力よりも小さいときには、エンジン本体から抽気する排ガス量を減少させてパワータービンの出力を減少させるので、抽気する排ガス量を減少させることによって排気タービン過給機へと流れる排ガス量を増大させることで、掃気圧力を上昇させることができる。これにより、エンジン本体が低負荷であっても、掃気圧力を上昇させてエンジン本体の効率を向上させることができる。
また、上記のようにパワータービンの出力を減少させても、排ガスボイラによって熱回収する蒸気タービンによって発電できるので、必要な発電出力を確保することができる。
【０００９】
さらに、本発明のターボコンパウンドシステムでは、前記制御部は、需要電力が減少した場合に、前記蒸気タービンの出力と前記需要電力との差分を補うように、前記パワータービンの出力を減少させることを特徴とする。
【００１０】
需要電力が減少した場合に、蒸気タービンの出力と需要電力との差分を補うように、パワータービンの出力を減少させることとした。これにより、パワータービンの出力減少による掃気圧力の上昇が優先的に行われるので、エンジン本体の効率の向上を実現することができる。
また、需要電力が減少した場合であっても、蒸気タービンの出力と需要電力との差分を補うようにパワータービンの出力を減少させて、蒸気タービンよりもパワータービンを優先的に出力減少させるので、蒸気タービンの出力を過剰に減少させることを可及的に減らすことができる。これにより、蒸気タービンの出力を過剰に減少させることにより排ガスボイラで生成した蒸気が余剰となり、外部（例えばコンデンサ）へ放出することを回避でき、エンジン本体からの排熱を無駄なく有効に回収することができる。
【００１１】
また、本発明のターボコンパウンドシステムの運転方法は、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動される複数の排気タービン過給機と、これら排気タービン過給機の上流側から抽気された排ガスによって駆動されるパワータービンと、該パワータービンの回転軸に接続され、前記エンジン本体の排ガスを用いた排ガスボイラによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記パワータービンおよび前記蒸気タービンの回転軸に接続された発電機と、前記排気タービン過給機、前記パワータービン及び前記蒸気タービンの動作を制御する制御部とを備えたターボコンパウンドシステムの運転方法において、前記制御部は、前記エンジン本体の機関負荷が所定値以下である場合に、前記排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させるとともに、船内需要電力がターボコンパウンドシステムの可能な最大発電出力よりも小さいときには、前記エンジン本体から抽気する排ガス量を減少させて前記パワータービンの出力を減少させることを特徴とする。
【００１２】
エンジン本体の機関負荷が所定値以下の低負荷領域にある場合には、排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させる。少なくとも１台の排気タービン過給機を停止させるので、その分だけ、他の排気タービン過給機に流入する排ガス流量が増加して、他の排気タービン過給機からエンジン本体へと供給される掃気圧力（過給空気（外気）の圧力）が上昇することとなる。これにより、エンジン本体の低負荷領域でも、パワータービンが起動可能となり排熱回収可能となる最低掃気圧力が得られるので、エンジン本体からの排熱エネルギーを動力（発電量）として有効に回収することができ、さらなる省エネルギー化を図ることができる。
さらに、船内需要電力がターボコンパウンドシステムの可能な最大発電出力よりも小さいときには、エンジン本体から抽気する排ガス量を減少させてパワータービンの出力を減少させるので、抽気する排ガス量を減少させることによって排気タービン過給機へと流れる排ガス量を増大させることで、掃気圧力を上昇させることができる。これにより、エンジン本体が低負荷であっても、掃気圧力を上昇させてエンジン本体の効率を向上させることができる。
また、上記のようにパワータービンの出力を減少させても、排ガスボイラによって熱回収する蒸気タービンによって発電できるので、必要な発電出力を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のターボコンパウンドシステムおよびその運転方法によれば、以下の作用効果を奏する。
エンジン本体の機関負荷が所定値以下の低負荷領域にある場合に、排気タービン過給機のうちの少なくとも１台を停止させ、さらにエンジン本体から抽気する排ガス量を減少させてパワータービンの出力を減少させることとしたので、掃気圧力を上昇させた上でパワータービンの作動領域を大きくすることができ、省エネルギー性を向上させるだけでなく、エンジン本体の効率をも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のターボコンパウンドシステムの一実施形態を示した概略構成図である。
【図２】図１に示したタービン発電機を有する発電システムの制御装置を示した概略構成図である。
【図３】船内需要電力に対する負荷分担を示したグラフである。
【図４】本発明のターボコンパウンドシステム一実施形態の効果を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るターボコンパウンドシステムおよびその運転方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１は、ディーゼルエンジン本体（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）２と、第１排気タービン過給機（主排気タービン過給機）３と、第２排気タービン過給機（副排気タービン過給機）４と、パワータービン５と、蒸気タービン１０と、これらパワータービン５及び蒸気タービン１０に対して接続されたタービン発電機２５とを備えている。
【００１６】
ディーゼルエンジン本体（以下「エンジン本体」という。）２を構成するクランク軸（図示せず）には、プロペラ軸（図示せず）を介してスクリュープロペラ（図示せず）が直接的または間接的に取り付けられている。また、エンジン本体２には、シリンダライナ（図示せず）、シリンダカバー（図示せず）等からなるシリンダ部６が設けられており、各シリンダ部６内には、クランク軸と連結されたピストン（図示せず）が配置されている。さらに、各シリンダ部６の排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド７と接続されている。排気マニホールド７は、第１排気管Ｌ１を介して第１排気タービン過給機（以下「第１過給機」という。）３のタービン部３ａの入口側と接続され、第２排気管Ｌ２を介して第２排気タービン過給機（以下「第２過給機」という。）４のタービン部４ａの入口側と接続されているとともに、第３排気管Ｌ３を介してパワータービン５の入口側と接続されている。一方、各シリンダ部６の給気ポート（図示せず）は、給気マニホールド８と接続されており、給気マニホールド８は、第１給気管Ｌ４を介して第１過給機３のコンプレッサ部３ｂと接続され、第２給気管Ｌ５を介して第２過給機４のコンプレッサ部４ｂと接続されている。
【００１７】
第１過給機３は、第１排気管Ｌ１を介してエンジン本体２から導かれた排ガス（燃焼ガス）によって駆動されるタービン部３ａと、このタービン部３ａにより駆動されてエンジン本体２に外気を圧送するコンプレッサ部３ｂと、これらタービン部３ａとコンプレッサ部３ｂとの間に設けられてこれらを支持するケーシング（図示せず）とを主たる要素として構成されたものである。
ケーシングには、一端部をタービン部３ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部３ｂに突出させた回転軸３ｃが挿通されている。回転軸３ｃの一端部は、タービン部３ａを構成するタービン・ロータ（図示せず）のタービン・ディスク（図示せず）に取り付けられており、回転軸３ｃの他端部は、コンプレッサ部３ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず）のハブ（図示せず）に取り付けられている。
また、第１排気管Ｌ１の途中には、図示しない制御器によって開閉される第１バルブＶ１が接続されている。また、コンプレッサ３ｂの出口側には、図示しない制御器によって開閉される第３バルブＶ３が接続されている。
【００１８】
第２過給機４は、第２排気管Ｌ２を介してエンジン本体２から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部４ａと、このタービン部４ａにより駆動されてエンジン本体２に外気を圧送するコンプレッサ部４ｂと、これらタービン部４ａとコンプレッサ部４ｂとの間に設けられてこれらを支持するケーシング（図示せず）とを主たる要素として構成されたものである。
ケーシングには、一端部をタービン部４ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部４ｂに突出させた回転軸４ｃが挿通されている。回転軸４ｃの一端部は、タービン部４ａを構成するタービン・ロータ（図示せず）のタービン・ディスク（図示せず）に取り付けられており、回転軸４ｃの他端部は、コンプレッサ部４ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず）のハブ（図示せず）に取り付けられている。
【００１９】
コンプレッサ部３ｂ，４ｂの入口側に接続された第１給気管Ｌ４および第２給気管Ｌ５の途中には、消音器（図示せず）がそれぞれ配置されており、この消音器を通過した外気が、コンプレッサ部３ｂ，４ｂにそれぞれ導かれるようになっている。また、コンプレッサ部３ｂ，４ｂの出口側に接続された第１給気管Ｌ４および第２給気管Ｌ５の途中には、空気冷却器（インタークーラ）９や図示しないサージタンク等が接続されており、コンプレッサ部３ｂ，４ｂを通過した外気は、これら空気冷却器９やサージタンク等を通過した後、エンジン本体２の給気マニホールド８に供給されるようになっている。
【００２０】
パワータービン５は、第３排気管Ｌ３を介して排気マニホールド７から抽気された排ガスによって回転駆動されるようになっており、また、蒸気タービン１０は、排ガスエコノマイザ１１によって生成された蒸気が供給されて回転駆動されるようになっている。
この排ガスエコノマイザ１１には、第１過給機３のタービン部３ａおよび第２過給機４のタービン部４ａからの排ガスが第６排気管Ｌ６を介して導入される。さらに、排ガスエコノマイザ１１には、パワータービン５の出口側から第７排気管Ｌ７を介して排出される排ガスが導入される。排ガスエコノマイザ１１の熱交換部２１では、導入された排ガスの熱によって給水管２３から供給された水が加熱・蒸発されて蒸気が発生する。熱交換部２１で生成された蒸気は第１蒸気管Ｊ１を介して蒸気タービン１０に導入され、また、この蒸気タービン１０で仕事を終えた蒸気は第２蒸気管Ｊ２によって排出されて図示しないコンデンサ（復水器）に導かれる。
【００２１】
パワータービン５と蒸気タービン１０とは直列に結合されてタービン発電機２５を駆動するようになっている。蒸気タービン１０の回転軸２９は図示しない減速機およびカップリングを介してタービン発電機２５に接続され、また、パワータービン５の回転軸２７は図示しない減速機およびクラッチ３１を介して蒸気タービン１０の回転軸２９と連結されている。クラッチ３１としては、所定の回転数にて嵌脱されるクラッチが用いられ、例えばSSS（Synchro-Self-Shifting）クラッチが好適に用いられる。
【００２２】
また、第３排気管Ｌ３には、パワータービン５に導入するガス量を制御する排ガス量調整弁３３と、非常時にパワータービン５への排ガスの供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁３５とが設けられている。また、非常停止用緊急遮断弁３５が遮断したときに、各過給機３，４のタービン部３ａ，４ａへの過過給（エンジンの最適運転圧力を超えての過給）を防止するためにバイパス弁３４が第７排気管Ｌ７との間に設けられている。
【００２３】
さらに、第１蒸気管Ｊ１には、蒸気タービン１０に導入する蒸気量を制御する蒸気量調整弁３７と、非常時に蒸気タービン１０への蒸気の供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁３９とが設置されている。
上述の排ガス量調整弁３３および蒸気量調整弁３７は、図２を用いて説明するタービン発電機制御装置４３によって、その開度が制御される。
以上のようにタービン発電機２５は、エンジン本体２の排ガス（燃焼ガス）の排気エネルギーを動力として駆動されるようになっている。
【００２４】
図２には、図１に示したタービン発電機２５を有する発電システムの制御装置の概略構成が示されている。
なお、図２に示したタービン発電機制御装置４３は、第１過給機３及び第２過給機４を制御する船内制御装置の一部を構成する。
【００２５】
発電システムは、タービン発電機２５に加え、船内に別途設置された複数（本実施形態では２台）のディーゼルエンジン発電機６０を備えている。
タービン発電機制御装置４３には、タービン発電機２５の出力電力を検出する電力センサ４５からの信号が入力され、タービン発電機２５の回転速度として蒸気タービン１０の回転軸２９の回転速度を検出する回転センサ４９からの信号が入力されている。また、タービン発電機制御装置４３には、ディーゼルエンジン発電機６０からの出力信号と、船内消費電力を検出する船内消費電力センサ５１からの信号とが入力されている。
【００２６】
また、タービン発電機制御装置４３は、負荷分担制御部５３と、パワータービン用ガバナー部５５と、蒸気タービン用ガバナー部５７と、ディーゼルエンジン発電機６０用ガバナー部（図示せず）とを備えている。
【００２７】
負荷分担制御部５３では、図３に示すように、船内需要電力に応じて、パワータービン５、蒸気タービン１０及びディーゼルエンジン発電機６０の負荷分担を決定する。
図３の横軸は、船内需要電力の定格１００％に対する百分率を示している。また、縦軸方向には、下からパワータービン（ＰＴ）５，蒸気タービン（ＳＴ）１０，第１ディーゼルエンジン発電機（ＤＧ１）６０、第２ディーゼルエンジン発電機（ＤＧ２）６０が並べられており、それぞれの欄の縦方向は出力を意味する。なお、以下説明する出力制御は一例であり、本実施形態ではパワータービン５、蒸気タービン１０、ディーゼルエンジン発電機６０の出力がほぼ同等の能力を有する構成を想定しているが、設定出力が異なるシステムにおいては、船内需要電力の制御基準を適宜変更し、負荷分担の最適化を図ることになる。
【００２８】
船内需要電力が０〜２５％の場合、パワータービン５の出力を最小に抑えつつ、船内需要電力の増大に応じて蒸気タービン１０の出力が漸次増大され、或いは、船内需要電力の減少に応じて蒸気タービン１０の出力が漸次減少されるようになっている。このように、優先的に蒸気タービン１０を用いることとして、余剰蒸気の生成およびダンプ（大気への放出）を廃止している。
船内需要電力が２５〜５０％の場合、船内需要電力の増大に応じて蒸気タービン１０及びパワータービン５の出力が漸次増大され、或いは、船内需要電力の減少に応じて蒸気タービン１０及びパワータービン５の出力が漸次減少されるようになっている。この場合、パワータービン５の出力は、船内需要電力と蒸気タービン１０の出力との差分を補うように増大ないし減少するようになっており、余剰蒸気の生成およびダンプ（コンデンサへの放出）を廃止している。また、船内需要電力を補うように、第１ディーゼルエンジン発電機６０が最小出力で立ち上がる。
船内需要電力が５０〜７５％の場合、蒸気タービン１０及びパワータービン５は定格出力を一定に出力する。船内需要電力の増大に応じて第１ディーゼルエンジン発電機６０の出力が漸次増大され、或いは、船内需要電力の減少に応じて第１ディーゼルエンジン発電機６０の出力が漸次減少されるようになっている。
船内需要電力が７５〜１００％の場合、蒸気タービン１０及びパワータービン５並びに第１ディーゼルエンジン発電機６０は定格出力を一定に出力する。船内需要電力の増大に応じて第２ディーゼルエンジン発電機６０の出力が漸次増大され、或いは、船内需要電力の減少に応じて第２ディーゼルエンジン発電機６０の出力が漸次減少されるようになっている。
【００２９】
図３に示したように決定された負荷率に応じた出力信号が、図２に示したように、負荷分担制御部５３からパワータービン用ガバナー部５５、蒸気タービン用ガバナー部５７、及びディーゼルエンジン発電機６０用ガバナー部にそれぞれ出力される。
【００３０】
パワータービン用ガバナー部５５は、負荷分担制御部５３から指示されたパワータービン５の出力に応じて、設定されている回転数ドループ制御（比例制御）による制御関数に基づいて、タービン発電機２５の回転速度変動に対して目標回転速度に安定させるように、回転センサ４９で検出される実回転速度との偏差を基に制御信号が算出される。そして、該制御信号が排ガス量調整弁３３に出力され、排ガス量調整弁３３の開度が制御されてパワータービン５に供給される排ガス流量が制御される。この回転数ドループ制御関数とは、回転速度目標値と実際に制御された現在の回転速度との偏差に比例ゲインをかけることにより制御量を演算する関数である。
【００３１】
また、蒸気タービン用ガバナー部５７においても、パワータービン用ガバナー部５５と同様に、負荷分担制御部５３から指示された蒸気タービン１０の出力負担割合に応じて、設定されている回転数ドループ制御（比例制御）による制御関数に基づいて、タービン発電機２５の回転速度変動に対して目標回転速度に安定させるように、回転センサ４９で検出される実回転速度との偏差を基に制御信号が算出される。そして、該制御信号が蒸気量調整弁３７に出力され、該蒸気量調整弁３７の開度が制御されて蒸気タービン１０に供給される蒸気量が制御されるようになっている。
【００３２】
次に、図４を用いて、上記構成のターボコンパウンドシステムの運転方法について説明する。
図４の横軸はエンジン本体２の機関負荷を示し、縦軸は掃気圧力を示す。
同図に示されているように、エンジン本体２の機関負荷が所定値Ａ以下の低負荷領域の場合には、第２過給機４のみを単独運転するように第１過給機３を停止させる。そして、エンジン本体２の機関負荷が所定値Ａよりも高い場合には、第１過給機３と第２過給機４とを並列運転させる。すなわち、機関負荷が所定値以下の場合には、制御器によって第１バルブＶ１および第３バルブＶ３が閉塞されて、第１過給機３が作動（運転）しないようになっており、機関負荷が所定値Ａよりも高い場合には、制御器によって第１バルブＶ１および第３バルブＶ３が開放されて、第１過給機３が通常運転するようになっている。なお、第１バルブＶ１および第３バルブＶ３の開閉は、機関負荷に応じて制御器が自動的に行っている。
【００３３】
図４には、機関負荷に応じて過給機の運転台数の切替えを行わない通常のターボコンパウンドシステムの掃気圧力の変化が破線Ｌ０にて示されている。同図に示されているように、機関負荷が増大するにつれて線形的に掃気圧力が増大するようになっている。
これに対して、本実施形態のように機関負荷に応じて過給機の運転台数の切替えを行うシーケンシャル過給方式のターボコンパウンドシステムの掃気圧力の変化が実線Ｌ１にて示されている。同図に示されているように、低負荷領域では、第１過給機３を停止させるので、その分だけ第２過給機４に流入する排ガス流量が増加して、第２過給機４からエンジン本体２へと供給される掃気圧力が上昇する。したがって、パワータービン５が起動可能となり排熱回収可能となる最低掃気圧力Pmimを満たす最小機関負荷が、通常のターボコンパウンドシステムを示す破線Ｌ０上のＢ点から、本実施形態のシーケンシャル過給方式ターボコンパウンドシステムを示す実線Ｌ１上のＣ点へと低負荷側に移動し、パワータービン５の運転可能領域が拡大する。なお、パワータービン５が起動可能となり排熱回収可能となる最低掃気圧力は、パワータービン５が安定的に動作する圧力から得られ、例えば、クラッチ３１（図１参照）が嵌脱する回転数を基準として求められる。
【００３４】
そして、本実施形態では、船内需要電力の減少に応じて（図３参照）、パワータービン５の出力が減少させられる。すると、排気マニホールド７から抽気される排ガス量が減少するので、第２過給機４へと流れる排ガス量が増大する。これにより、図４の一点鎖線Ｌ２で示すように、掃気圧力がさらに上昇する。このように掃気圧力がさらに上昇するので、パワータービン５が起動可能となる最小機関負荷がＣ点からＣ’点へとさらに低負荷側へと移動し、パワータービン５の運転可能領域がさらに拡大する。エンジン本体２が低負荷領域で運転されていても、掃気圧力が増大するので、エンジン本体２の出力ないし効率を向上させることができる。
【００３５】
上述した本実施形態にかかるターボコンパウンドシステムおよびその運転方法によれば、以下の作用効果を奏する。
エンジン本体２の機関負荷が所定値Ａ以下の低負荷領域にある場合には、第１過給機３を停止させるので、その分だけ第２過給機４に流入する排ガス流量が増加して、第２過給機４からエンジン本体２へと供給される掃気圧力が上昇することとなる。これにより、エンジン本体２の低負荷領域でも、パワータービン５が起動可能となり排熱回収可能となる最低掃気圧力Pminが得られるので、エンジン本体２からの排熱エネルギーを動力（発電量）として有効に回収することができ、さらなる省エネルギー化を図ることができる。
【００３６】
さらに、エンジン本体２から抽気する排ガス量を減少させてパワータービン５の出力を減少させるので、抽気する排ガス量を減少させることによって第２過給機４へと流れる排ガス量を増大させることで、掃気圧力を上昇させることができる。これにより、エンジン本体２が低負荷であっても、掃気圧力を上昇させてエンジン本体２の出力ないし効率を向上させることができる。
【００３７】
また、パワータービン５の出力を減少させても、排ガスエコノマイザ１１によって熱回収する蒸気タービン１０によって発電できるので、必要な発電出力を確保することができる。
【００３８】
需要電力が減少した場合に、蒸気タービン１０の出力と需要電力との差分を補うように、パワータービン５の出力を減少させることとした。これにより、パワータービン５の出力減少による掃気圧力の上昇が優先的に行われるので、エンジン本体２の出力ないし効率の向上を実現することができる。
【００３９】
また、需要電力が減少した場合であっても、蒸気タービン１０の出力と需要電力との差分を補うようにパワータービン５の出力を減少させて、蒸気タービン１０よりもパワータービン５を優先的に出力減少させるので、蒸気タービン１０の出力を過剰に減少させることを可及的に減らすことができる。これにより、蒸気タービン１０の出力を過剰に減少させることにより排ガスエコノマイザ１１で生成した蒸気が余剰となり、外部（例えばコンデンサ）へ放出することを回避でき、エンジン本体２からの排熱を無駄なく有効に回収することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、排気タービン過給機を２台とした構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３台以上としても良い。また、排気タービン過給機を３台以上とする場合、エンジン本体２の低負荷時に停止させる排気タービン過給機は１台に限らず、２台以上であっても良い。
また、本実施形態では、舶用のターボコンパウンドシステムについて説明したが、陸上用のターボコンパウンドシステムとしても用いることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    舶用ディーゼル機関
２    エンジン本体
３    第１過給機（排気タービン過給機）
４    第２過給機（排気タービン過給機）
５    パワータービン
１０    蒸気タービン
１１    排ガスエコノマイザ（排ガスボイラ）
２５    タービン発電機
【図１】
2011089488.tif 000003
【図２】
2011089488.tif 000004
【図３】
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【図４】
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