(57)【要約】【課題】ＮＯｘ３次規制に対応する機器を備えた船舶において、初期投資および運用コストを低減しつつ、ＮＯｘ３次規制に対応する機器の冷却システムに冗長性を持たせる。【解決手段】フルセントラル冷却システム１０Ａに清水を循環して、主機１２、発電機関１４、その他補機１６の冷却を行う。ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂに清水を循環して、主機ＥＧＲクーラ１８および主機ＥＧＲ水処理装置２０の冷却を行う。ＮＯｘ２次規制海域では、第１、第２ポンプ２４Ａ、２４Ｂの一方のみを運転してフルセントラル冷却システム１０Ａのみを運転する第１運転モードで運航する。ＮＯｘ３次規制海域では、第１ポンプ２４Ａを運転してフルセントラル冷却システム１０Ａを通して冷媒を循環するとともに、第３ポンプ３２を運転してＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂを通して冷媒を循環する第２運転モードで運航する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環して、所定の環境規制に対応して運用される機器以外の第１機器の冷却を行う第１冷却システムと、
前記冷媒を循環して、前記所定の環境規制に対応して運用される第２機器の冷却を行う第２冷却システムと、
前記第１冷却システムおよび前記第２冷却システムに前記冷媒を供給するための第１ポンプと、
前記第１冷却システムおよび前記第２冷却システムに前記冷媒を供給可能な第２ポンプと、
前記第２冷却システムに前記冷媒を供給するための第３ポンプと
を備えることを特徴とする船舶の冷却システム。
【請求項２】
前記第１または前記第２ポンプの一方のみを運転して前記第１冷却システムを通して前記冷媒を循環する第１運転モードを備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記第１または第２ポンプを運転して前記第１冷却システムを通して前記冷媒を循環するとともに、前記第３ポンプを運転して前記第２冷却システムを通して前記冷媒を循環する第２運転モードを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記第３ポンプを停止し、前記第１および第２ポンプを運転して前記第１冷却システムおよび第２冷却システムを通して前記冷媒を循環する第３運転モードを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記第１、第２ポンプが並列に接続されるとともに、前記第３ポンプが前記第１、第２ポンプに並列に接続され、前記第１、第２ポンプの出口側と前記第３ポンプの出口側の間には、開閉バルブが設けられることを特徴とする請求項４に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記第１冷却システムの入口側は、前記第１および第２ポンプの出口に接続され、前記第２冷却システムの入口側は前記第３ポンプの出口に接続されることを特徴とする請求項５に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記第１運転モードおよび第２運転モードにおいて前記開閉バルブは閉じられており、前記第３運転モードにおいて前記第１および第２ポンプを前記第２冷却システムでの前記冷媒の循環に用いる場合に前記開閉バルブを開くことを特徴とする請求項６に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記第３ポンプの出口側には、前記第２冷却システムをバイパスして前記冷媒を循環するためのバイパス通路が設けられることを特徴とする請求項６、７の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記バイパス通路には、ピストン弁とオリフィスが設けられることを特徴とする請求項８に記載の冷却システム。
【請求項１０】
前記第２冷却システムへの前記冷媒の供給量が、前記第２冷却システムの必要量を超えるとき、余剰分の前記冷媒は前記バイパス通路を介して循環されることを特徴とする請求項８、９の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項１１】
前記第１および第２ポンプの容量が、前記第１冷却システムに必要な前記冷媒の供給流量と、前記第２冷却システムに必要な前記冷媒の供給流量の内、大きい方の流量に合わせて設定されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項１２】
前記第３ポンプの容量が、前記第２冷却システムに必要な前記冷媒の供給流量に設定されることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記第１機器に、主機、発電機関の少なくとも１つが含まれることを特徴とする請求項１〜１２に記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記第２機器に、主機ＥＧＲクーラ、主機ＥＧＲ水処理装置の少なくとも１つが含まれることを特徴とする請求項１〜１３に記載の冷却システム。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の冷却システムを備えたことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に設置される機器の冷却に用いられる冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶には、主機や発電機関等の機器を冷却するための冷却システムを備える。このような冷却システムとしては、例えば閉鎖回路を循環する清水で主機や発電機関等の機器の冷却を行い、熱交換器を介して接する海水を通して清水の冷却を行うセントラル清水冷却システムが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方近年では、ＮＯｘなどの有害物質に関わるエンジンの排ガス規制が段階的に実施されており、２０１６年以降に起工される船舶に関しては、ＮＯｘ排出規制海域（ＥＣＡ）を運航する場合、ＮＯｘ３次規制（ＴｉｅｒＩＩＩ）に対応する必要がある。そのため同年以降に起工される船舶には、ＮＯｘ３次規制に対応するための排ガス再循環（ＥＧＲ）や選択式還元触媒（ＳＣＲ）等の排ガス処理システムが設置されるとともに（特許文献２参照）、これらの機器に関連する補機類が設置される。ＥＧＲを搭載すると、ＥＧＲクーラや排ガス洗浄水の清浄を行う水処理装置等の冷却を行う必要があり、これらを冷却するための新たな冷却システムが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６９６４１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２９７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＥＧＲクーラや排ガス洗浄水処理装置等は、船舶の推進に直接関係しないため、これらの機器に清水を供給する専用の冷却システム（専用の清水ポンプ）を設ける場合、冗長性は要求されないため、１台で構成される場合がある。この場合、同冷却システムにおいて清水ポンプに異常が発生すると、船舶の運航は継続できるものの、ＮＯｘ３次規制を満たす運航はできず、規制海域内において規制を超えるＮＯｘを排出することとなる。
【０００６】
一方、既存のセントラル清水冷却システム等からＥＧＲクーラや排ガス洗浄水処理装置等に清水を供給する場合、清水ポンプの容量、トータルヘッド、出力をＮＯｘ３次規制での運航に合わせて計画する必要がある。そのためＮＯｘ２次規制（ＴｉｅｒＩＩ）で運航される海域や停泊時においても、清水ポンプは、ＮＯｘ３次規制モードでの運航時と同量の仕事を行うこととなり、無駄な電力を消費する。ＮＯｘ３次規制の対象となる海域は狭く、殆どの海域ではＮＯｘ２次規制モードで運航されるため、運用コストは必要以上に増大する。
【０００７】
本発明は、ＮＯｘ３次規制に対応する機器を備えた船舶において、初期投資および運用コストを低減しつつ、ＮＯｘ３次規制に対応する機器の冷却システムに冗長性を持たせることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の船舶の冷却システムは、冷媒を循環して、所定の環境規制に対応して運用される機器以外の第１機器の冷却を行う第１冷却システムと、冷媒を循環して、所定の環境規制に対応して運用される第２機器の冷却を行う第２冷却システムと、第１冷却システムおよび第２冷却システムに冷媒を供給するための第１ポンプと、第１冷却システムおよび第２冷却システムに冷媒を供給可能な第２ポンプと、第２冷却システムに冷媒を供給するための第３ポンプとを備えたことを特徴としている。
【０００９】
冷却システムは、第１または第２ポンプの一方のみを運転して第１冷却システムを通して冷媒を循環する第１運転モードを備える。また冷却システムは、第１または第２ポンプを運転して第１冷却システムを通して冷媒を循環するとともに、第３ポンプを運転して第２冷却システムを通して冷媒を循環する第２運転モードを備える。また、冷却システムは第３ポンプを停止し、第１および第２ポンプを運転して、第１冷却システムと第２冷却システムを通して冷媒を循環する第３運転モードを備える。
【００１０】
第１、第２ポンプが並列に接続されるとともに、第３ポンプが第１、第２ポンプに並列に接続され、第１、第２ポンプの出口側と第３ポンプの出口側の間には、開閉バルブが設けられる。第１冷却システムの入口側は、第１および第２ポンプの出口に接続され、第２冷却システムの入口側は第３ポンプの出口に接続される。第１運転モードにおいて開閉バルブは閉じられており、第３運転モードにおいて第１および第２ポンプを第２冷却システムにおける冷媒の循環に用いる場合には開閉バルブを開く。
【００１１】
第３ポンプの出口側には、第２冷却システムをバイパスして冷媒を循環するためのバイパス通路が設けられる。バイパス通路には、ピストン弁とオリフィスが設けられる。第２冷却システムへの冷媒の供給量が、第２冷却システムの必要量を超えるとき、余剰分の冷媒はバイパス通路を介して循環される。
【００１２】
第１および第２ポンプの容量は、第１冷却システムに必要な冷媒の供給流量と、第２冷却システムに必要な冷媒の供給流量の内、大きい方の流量に合わせて設定される。第３ポンプの容量は、第２冷却システムに必要な冷媒の供給流量に設定される。
【００１３】
第１機器に、主機、発電機関の少なくとも１つが含まれる。第２機器に、主機ＥＧＲクーラ、主機ＥＧＲ水処理装置の少なくとも１つが含まれる。
【００１４】
本発明の船舶は、上記冷却システムの何れかを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＮＯｘ３次規制に対応する機器を備えた船舶において、初期投資および運用コストを低減しつつ、ＮＯｘ３次規制に対応する機器の冷却システムに冗長性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態である清水冷却システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態である清水冷却システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の清水冷却システムの構成を示すブロック図である。
【００１８】
第１実施形態の清水冷却システム１０は、船舶に設けられる各種機器の冷却に清水（冷媒）を用いる冷却システムである。清水冷却システム１０は、船舶の推進、運航に直接必要な機器（ＮＯｘ３次規制に対応して運用される機器以外）、例えば主機１２、発電機関１４、その他機器１６の冷却を行うフルセントラル冷却システム（第１冷却システム）１０Ａと、排気ガスの再循環など環境対策に関わる機器（ＮＯｘ３次規制に対応して運用される機器）、例えば主機ＥＧＲクーラ１８および主機ＥＧＲ水処理装置２０の冷却を行うＥＧＲセントラル冷却システム（第２冷却システム）１０Ｂとを備える。
【００１９】
フルセントラル冷却システム１０Ａは、海水と熱交換を行い循環する清水を冷却するセントラル冷却清水クーラ２２を備える。セントラル冷却清水クーラ２２の入口側は、並列に配管される第１ポンプ２４Ａおよび第２ポンプ２４Ｂに接続される。第２ポンプ２４Ｂは、第１ポンプ２４Ａの予備ポンプであり、通常は第１ポンプ２４Ａから吐出される清水がセントラル冷却清水クーラ２２に供給され、第１ポンプ２４Ａが故障した際には、第２ポンプ２４Ｂが運転され、同ポンプから清水が供給される。
【００２０】
セントラル冷却清水クーラ２２の出口側は、温度調整バルブ２６を介して主機１２、発電機関１４、その他補機１６に並列に接続される。なお温度調整バルブ２６は、セントラル冷却清水クーラ２２で冷却された清水と、クーラバイパス通路２８を通ってセントラル冷却清水クーラ２２をバイパスした清水を混合し、所定の温度に調整するバルブである。主機１２、発電機関１４、その他補機１６を通った清水は、再び１つになって第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂ、および後述する第３ポンプ３２へと戻される。
【００２１】
一方、ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂは、海水と熱交換を行い循環する清水を冷却する主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０を備える。主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０の入口側は、第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂに並列に配管される第３ポンプ３２に接続され、ＮＯｘ３次規制モードでの通常の運転では、第３ポンプ３２から吐出される清水が供給される。
【００２２】
主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０の出口側は、温度調整バルブ３４を介して主機ＥＧＲクーラ１８および主機ＥＧＲ水処理装置２０に並列に接続される。なお温度調整バルブ３４は、主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０で冷却された清水と、クーラバイパス通路３６を通って主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０をバイパスした清水を混合し、所定の温度に調整するバルブである。主機ＥＧＲクーラ１８および主機ＥＧＲ水処理装置２０を通った清水は、再び１つになって主機１２、発電機関１４、その他補機１６を通った清水とともに第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂ、第３ポンプ３２へと戻される。
【００２３】
第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂの出口側と、第３ポンプ３２の出口側は、開閉バルブ３８を介して接続される。後述するように、開閉バルブ３８は通常は閉じられており、ＮＯｘ３次規制海域で第３ポンプ３２が故障したときに開弁される。また、第３ポンプ３２と主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０の間には、ＥＧＲセントラル冷却システム１０ＢをバイパスするためのＥＧＲバイパス通路４０の上流側が接続され、ＥＧＲバイパス通路４０の下流側は、フルセントラル冷却システム１０Ａの出口側、およびＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂの出口側に接続される。なおＥＧＲバイパス通路４０には、ピストン弁４２とオリフィス４４が設けられる。また、ピストン弁とオリフィスに代えて、流量調整弁などその他の流量調整手段を備えてもよい。
【００２４】
次に、第１実施形態の清水冷却システム１０の各ポンプの容量およびその運転方法について説明する。
【００２５】
フルセントラル冷却システム１０Ａに必要な清水の流量Ｑ１［ｍ３／ｈ］は、一般的にＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂに必要な清水の流量Ｑ２［ｍ３／ｈ］よりも多い（Ｑ１＞Ｑ２）。そのため、第１実施形態において、第１、第２ポンプ２４Ａ、２４Ｂの容量は、共にフルセントラル冷却システム１０Ａに必要な清水容量Ｑ１［ｍ３／ｈ］とされ、第３ポンプ３２の容量は、ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂに必要な清水流量Ｑ２［ｍ３／ｈ］とされる。
【００２６】
すなわち、ＮＯｘ３次規制海域以外での運転モード、例えばＮＯｘ２次規制に対応する第１運転モードでは、開閉バルブ３８を閉じた状態で、第１ポンプ２４Ａのみを運転し、フルセントラル冷却システム１０Ａに必要な流量Ｑ１［ｍ３／ｈ］の清水を供給する。第１運転モードにおいて第１ポンプ２４Ａが故障した状況では、第２ポンプ２４Ｂのみを運転し、フルセントラル冷却システム１０Ａに必要な流量Ｑ１［ｍ３／ｈ］の清水を供給する。
【００２７】
一方、ＮＯｘ３次規制海域では、ＮＯｘ３次規制に対応した第２運転モードを採用する。第２運転モードでは、開閉バルブ３８を閉じたまま、第１ポンプ２４Ａと第３ポンプ３２を運転する。すなわち、フルセントラル冷却システム１０Ａには、第１ポンプ２４Ａから流量Ｑ１［ｍ３／ｈ］の清水が供給され、ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂには、第３ポンプ３２から流量Ｑ２［ｍ３／ｈ］の清水が供給される。第２運転モードにおいて、第１ポンプ２４Ａが故障した場合は、第３ポンプ３２の運転はそのままに、第１運転モードのときと同様に、第１ポンプ２４Ａの運転を第２ポンプ２４Ｂに切り換え、流量Ｑ１［ｍ３／ｈ］の清水をフルセントラル冷却システム１０Ａに供給する。
【００２８】
また、ＮＯｘ３次規制海域で第３ポンプ３２が故障したときには第３運転モードを採用する。第３運転モードでは、開閉バルブ３８を開くと共に、第３ポンプ３２に代えて、容量の大きい第２ポンプ２４Ｂを運転し、第１ポンプ２４Ａ、および第２ポンプ２４Ｂを用いてフルセントラル冷却システム１０ＡおよびＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂに清水を供給する。このとき第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂからフルセントラル冷却システム１０ＡおよびＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂに供給される清水は、（Ｑ１−Ｑ２）［ｍ３／ｈ］分余剰となるが、この余剰分は、ＥＧＲバイパス通路４０のピストン弁４２とオリフィス４４を通してＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂをバイパスして循環される。
【００２９】
以上のように、第１実施形態の清水冷却システムによれば、ＮＯｘ３次規制（所定の排気ガス規制）海域に対応して追加されるＥＧＲセントラル冷却システムを、従来のポンプ容量を増大させることなく、１台のポンプを追加するだけで従来のフルセントラル冷却システムに組み込むことができ、かつＥＧＲセントラル冷却システムに対する冗長性も確保できる。これにより、初期投資を抑えながらも、無駄な電力消費を発生させることなく運用コストを低減でき、かつＥＧＲセントラル冷却システム専用の予備ポンプを設けることなくＥＧＲセントラル冷却システムの冗長性も持たせることができる。
【００３０】
図２は、第２実施形態の清水冷却システムの構成を示すブロック図である。第２実施形態の清水冷却システム５０は、第１実施形態のフルセントラル冷却システム１０Ａをセミセントラル冷却システム（第１冷却システム）１０Ｃに置き換えたものである。セミセントラル冷却システム１０Ｃは、フルセントラル冷却システム１０Ａにおける冷却対象機器から主機１２を除いた冷却システムである。このため第１、第２ポンプ２４Ａ、２４Ｂに必要とされる容量が第１実施形態に比べ小さくなり、ポンプ２４Ａ、２４Ｂ、３２の容量が第１実施形態と異なる。なおその他の構成は、第１実施形態と略同様であり、同様の構成については同一参照符号を用いその説明を省略する。
【００３１】
第２実施形態のセミセントラル冷却システム１０Ｃが必要とする清水流量Ｑ３［ｍ３／ｈ］と、ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂが必要とする流量Ｑ２［ｍ３／ｈ］との間には、Ｑ３＞Ｑ２、Ｑ３＝Ｑ２、またはＱ３＜Ｑ２の３通りの場合があり得る。以下各場合における第１〜第３ポンプ２４Ａ、２４Ｂ、３２の容量について説明する。
【００３２】
Ｑ３＞Ｑ２の場合には、第１実施形態と同様の構成となる。すなわち、第１、第２ポンプ２４Ａ、２４Ｂの容量は、それぞれセミセントラル冷却システム１０Ｃが必要とする清水流量Ｑ３［ｍ３／ｈ］とされ、第３ポンプ３２の容量は、ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂが必要とする流量Ｑ２［ｍ３／ｈ］とされる。
【００３３】
Ｑ３＝Ｑ２の場合には、第１、第２ポンプ２４Ａ、２４Ｂの容量、および第３ポンプ３２の容量が全て（Ｑ２）［ｍ３／ｈ］（＝（Ｑ３）［ｍ３／ｈ］）とされる。Ｑ３＜Ｑ２の場合には、第１、第２ポンプ２４Ａ、２４Ｂの容量、および第３ポンプ３２の容量が全て、ＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂが必要とする流量Ｑ２［ｍ３／ｈ］とされる。
【００３４】
第１実施形態と同様に、第１運転モードでは、開閉バルブ３８を閉じた状態で、通常第１ポンプ２４Ａが運転され、故障時には第２ポンプ２４Ｂが運転される。第２運転モードでは、通常開閉バルブ３８を閉じた状態で第１ポンプ２４Ａおよび第３ポンプ３２が運転され、第３運転モードでは、開閉バルブ３８を開いて、第１ポンプ２４Ａおよび第２ポンプ２４Ｂが運転される。そして第２ポンプ２４Ｂから供給される清水の余剰分は、ＥＧＲバイパス通路４０のピストン弁４２とオリフィス４４を通してＥＧＲセントラル冷却システム１０Ｂをバイパスして循環される。
【００３５】
第１運転モードおよび第２運転モードでセントラル冷却システム１０Ｃに必要な清水流量Ｑ３［ｍ３／ｈ］に対して第１ポンプ、第２ポンプの容量（Ｑ２［ｍ３／ｈ］）が著しく多い場合、図示しないが、第１ポンプ２４Ａおよび第２ポンプ２４Ｂの吐出側からセミセントラル冷却システム１０Ｃの出口側にバイパスする経路を設けて、余剰清水をバイパスしても良い。その場合、バイパスラインにはピストン弁およびオリフィスを設置するか、流量調整弁などの流量調整手段を設ける。
【００３６】
以上のように、第２実施形態のセミセントラル冷却システムを用いた場合にも第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
本実施形態では、環境対策機器としてＥＧＲを例に説明を行なったが、ＳＣＲなど他の環境対策機器を設備する船舶の冷却を行う構成に対しても本発明を適用できる。
【００３８】
第１、第２実施形態に示されるように、第１および第２ポンプの容量は、第１冷却システムに必要な冷媒の供給流量と、第２冷却システムに必要な冷媒の供給流量の内、大きい方の流量に合わせて設定され、第３ポンプの容量は、第２冷却システムに必要な冷媒の供給流量に合わせて設定されることとなる。
【００３９】
なお、以上の説明において第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂの役割は置き換え可能であり、第２ポンプ２４Ｂを通常使用するポンプとし、第１ポンプ２４Ａを予備ポンプとすることもできる。また、本実施形態ではセントラル冷却清水クーラ２２と主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ３０は別々に設けたが、一つの共通のクーラとし、第１ポンプ２４Ａ、第２ポンプ２４Ｂ、第３ポンプ３２の共通の吸込み側に設置してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０、５０  清水冷却システム
１０Ａ  フルセントラル冷却システム（第１冷却システム）
１０Ｂ  ＥＧＲセントラル冷却システム（第２冷却システム）
１０Ｃ  セミセントラル冷却システム（第１冷却システム）
１２  主機
１４  発電機関
１６  その他補機
１８  主機ＥＧＲクーラ
２０  主機ＥＧＲ水処理装置
２２  セントラル冷却清水クーラ
２４Ａ  第１ポンプ
２４Ｂ  第２ポンプ
２６、３４  温度調整バルブ
２８、３６  クーラバイパス通路
３０  主機ＥＧＲセントラル冷却清水クーラ（主機ＥＧＲ設備冷却システム）
３２  第３ポンプ
３８  開閉バルブ
４０  ＥＧＲバイパス通路
４２  ピストン弁
４４  オリフィス
【図１】
2019031158.tif 000003
【図２】
2019031158.tif 000004