(57)【要約】【課題】原動機の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良く媒体を加熱する。【解決手段】ボイラシステム１では、液状のボイラ水を貯溜し、原動機３の排気路３２を流れる排気を熱源としてボイラ水を加熱するボイラ部５０と、ボイラ部５０から液状のボイラ水を送出し、第２循環路５２２を介してボイラ部５０へと循環させる第２ポンプ５５と、掃気路３１上に配置されて掃気路３１を流れる掃気を熱源として第２循環路５２２を流れるボイラ水を加熱する圧縮空気熱交換器５６とが設けられる。このように、ボイラシステム１では、船内の蒸気システムへと蒸気を供給するボイラ部５０に、上述の圧縮空気熱交換器５６、第２ポンプ５５および第２循環路５２２を追加することにより、原動機３に係る複数種類の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良くボイラ水を加熱することができ、ボイラ水の蒸気を効率良く生成することができる。【選択図】図１
2015017770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラシステムであって、
液状の媒体を貯溜し、原動機の排気路を流れる排気を熱源として媒体を加熱するボイラ部と、
前記ボイラ部から液状の媒体を送出し、循環路を介して前記ボイラ部へと循環させるポンプと、
加圧された吸気である圧縮空気を前記原動機へと導く加圧吸気路上に配置され、前記加圧吸気路を流れる圧縮空気を熱源として前記循環路を流れる媒体を加熱する圧縮空気熱交換器と、
を備えることを特徴とするボイラシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラシステムであって、
前記ボイラ部が、
液状の媒体を貯溜するボイラ本体と、
前記ボイラ本体から液状の媒体を送出し、他の循環路を介して前記ボイラ本体へと循環させる他のポンプと、
前記排気路上に配置され、前記排気路を流れる前記原動機の排気を熱源として前記他の循環路を流れる媒体を加熱する排気熱交換器と、
を備えることを特徴とするボイラシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のボイラシステムであって、
前記ボイラ部が、液状の媒体を貯溜するとともに前記排気路が貫通するボイラ本体を備え、
前記排気路を流れる排気により前記ボイラ本体内の媒体が加熱されることを特徴とするボイラシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラシステムであって、
前記ボイラ部における媒体の圧力または温度を測定して測定値を出力する測定部と、
前記測定値に基づいて前記圧縮空気熱交換器から前記ボイラ部へと導かれる媒体の流量を制御する流量制御部と、
をさらに備え、
前記測定値が小さくなるに従って、前記流量制御部により前記流量が減少することを特徴とするボイラシステム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のボイラシステムであって、
前記循環路上に配置され、前記ボイラ部から送出された媒体からエネルギーを回収する回収装置をさらに備え、
前記回収装置が、
前記循環路において前記ボイラ部から前記圧縮空気熱交換器へと媒体を導く配管上に配置され、前記循環路を流れる媒体を熱源として有機媒体である作動流体を加熱して気化するＯＲＣ熱交換器と、
前記ＯＲＣ熱交換器にて気化された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、
前記膨張機にて膨張させた作動流体を凝縮して液化する凝縮器と、
前記凝縮器にて液化された作動流体を前記ＯＲＣ熱交換器へと送出するＯＲＣポンプと、
を備えることを特徴とするボイラシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のボイラシステムであって、
前記回収装置が、
前記凝縮器から前記ＯＲＣ熱交換器へと作動流体を導く配管上に配置され、前記原動機のジャケット冷却水を熱源として作動流体を加熱するジャケット熱交換器をさらに備えることを特徴とするボイラシステム。
【請求項７】
請求項５に記載のボイラシステムであって、
前記循環路において前記ＯＲＣ熱交換器から前記圧縮空気熱交換器へと媒体を導く配管上に配置され、前記原動機のジャケット冷却水を熱源として媒体を加熱するジャケット熱交換器をさらに備えることを特徴とするボイラシステム。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載のボイラシステムであって、
前記回収装置が、
前記凝縮器から送出された作動流体の一部が分岐されて導かれ、前記循環路において前記ＯＲＣ熱交換器から前記圧縮空気熱交換器へと導かれる媒体を熱源として、作動流体の前記一部を加熱して気化する他のＯＲＣ熱交換器と、
前記ＯＲＣ熱交換器に導かれる作動流体の圧力を、前記他のＯＲＣ熱交換器に導かれる作動流体の圧力よりも高くする圧力調整部と、
をさらに備え、
前記他のＯＲＣ熱交換器にて気化された作動流体も前記膨張機へと導かれることを特徴とするボイラシステム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載のボイラシステムであって、
前記媒体が、ボイラ水であり、
前記ボイラ部において、前記ボイラ水の蒸気が生成されることを特徴とするボイラシステム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載のボイラシステムであって、
前記原動機が、船舶の主機関であり、
前記ボイラ部が、前記船舶の補助ボイラであることを特徴とするボイラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大型船舶では、主機関から排出された排気の廃熱によりボイラ水を加熱して蒸気を生成する排ガスエコノマイザが煙突内に設けられる。例えば、特許文献１に示す排ガスエコノマイザシステムでは、補助ボイラに貯溜されるボイラ水が、ボイラ水循環ポンプにより排ガスエコノマイザへと送出され、排ガスエコノマイザにて加熱された後、補助ボイラへと戻される。
【０００３】
一方、特許文献２では、ディーゼル発電機の排気を利用して発電を行う発電装置が開示されている。当該発電装置では、ディーゼル発電機等の排気により加熱された水または水蒸気により、循環路を循環する有機流体が熱交換器を介して加熱され、当該有機流体によりタービンが駆動されて発電機により発電が行われる。当該発電装置は、すなわち、有機媒体を作動流体として有機ランキンサイクル（ＯＲＣ：Organic Rankine Cycle）を行う廃熱回収装置である。
【０００４】
特許文献３の発電装置では、船舶の主機関の排気の廃熱、および、過給機から主機関に供給される圧縮空気の廃熱が、水よりも沸点が高い熱媒により回収され、熱交換器において当該熱媒により有機流体が加熱されて蒸発する。そして、蒸発した有機流体によりタービンが駆動され、タービンに接続された発電機により発電が行われる。また、特許文献４の発電装置では、船舶の主機関本体を冷却するジャケット冷却水の廃熱、および、過給機から主機関に供給される圧縮空気の廃熱が熱媒水により回収され、熱交換器において当該熱媒水により有機流体が加熱されて蒸発する。そして、蒸発した有機流体によりタービンが駆動され、タービンに接続された発電機により発電が行われる。
【０００５】
特許文献５の発電装置では、船舶の主機関の排気の廃熱、過給機から主機関に供給される圧縮空気の廃熱、および、主機関本体を冷却するジャケット冷却水の廃熱を、それぞれ個別に回収する３つの有機媒体経路が並行に（すなわち、互いに独立して）設けられる。これら３つの有機媒体経路にて気化された有機媒体は、１つのラジアルタービンに対して、軸線方向における３つの異なる位置から導入される。また、当該発電装置では、蒸気ドラム内の水が排ガスエコノマイザへと送出されて気化し、船内の補助装置へと供給される。補助装置へと供給された蒸気は、７０℃程度の水として大気圧ドレンタンクへと戻される。大気圧ドレンタンク内の水は、圧縮空気との熱交換を行う熱交換器、および、排気との熱交換を行う熱交換器を経由して、大気圧ドレンタンクへと循環する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９６６４６号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０４４３８６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４９３３２号公報
【特許文献４】特開２０１１−２３１６３６号公報
【特許文献５】特開２０１２−２１５１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の排ガスエコノマイザシステムでは、船舶の主機関からの排気の廃熱のみを利用して蒸気を生成しており、主機関の廃熱の利用効率があまり高くない。また、特許文献２の発電装置も同様に、ディーゼル発電機の排気の廃熱のみを利用してＯＲＣを行っているため、ディーゼル発電機の廃熱の利用効率があまり高くない。
【０００８】
特許文献３ないし５では、船舶の主機関に係る複数種類の廃熱を利用して発電が行われる。しかしながら、特許文献５では、上述のように、複数種類の廃熱を個別に回収する複数の有機媒体経路が設けられ、さらに、これらの有機媒体経路とは別に、排ガスエコノマイザにて蒸気ドラム内の水を気化して船内に供給するシステムが設けられるため、廃熱回収に係る機構が複雑化して製造コストが増大してしまう。また、特許文献３および４においても、発電装置とは別に、船内に蒸気を供給するシステムが設けられる必要があるため、特許文献５と同様に、廃熱回収に係る機構が複雑化して製造コストが増大してしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、原動機の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良く媒体を加熱することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、ボイラシステムであって、液状の媒体を貯溜し、原動機の排気路を流れる排気を熱源として媒体を加熱するボイラ部と、前記ボイラ部から液状の媒体を送出し、循環路を介して前記ボイラ部へと循環させるポンプと、加圧された吸気である圧縮空気を前記原動機へと導く加圧吸気路上に配置され、前記加圧吸気路を流れる圧縮空気を熱源として前記循環路を流れる媒体を加熱する圧縮空気熱交換器とを備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボイラシステムであって、前記ボイラ部が、液状の媒体を貯溜するボイラ本体と、前記ボイラ本体から液状の媒体を送出し、他の循環路を介して前記ボイラ本体へと循環させる他のポンプと、前記排気路上に配置され、前記排気路を流れる前記原動機の排気を熱源として前記他の循環路を流れる媒体を加熱する排気熱交換器とを備える。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のボイラシステムであって、前記ボイラ部が、液状の媒体を貯溜するとともに前記排気路が貫通するボイラ本体を備え、前記排気路を流れる排気により前記ボイラ本体内の媒体が加熱される。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラシステムであって、前記ボイラ部における媒体の圧力または温度を測定して測定値を出力する測定部と、前記測定値に基づいて前記圧縮空気熱交換器から前記ボイラ部へと導かれる媒体の流量を制御する流量制御部とをさらに備え、前記測定値が小さくなるに従って、前記流量制御部により前記流量が減少する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のボイラシステムであって、前記循環路上に配置され、前記ボイラ部から送出された媒体からエネルギーを回収する回収装置をさらに備え、前記回収装置が、前記循環路において前記ボイラ部から前記圧縮空気熱交換器へと媒体を導く配管上に配置され、前記循環路を流れる媒体を熱源として有機媒体である作動流体を加熱して気化するＯＲＣ熱交換器と、前記ＯＲＣ熱交換器にて気化された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、前記膨張機にて膨張させた作動流体を凝縮して液化する凝縮器と、前記凝縮器にて液化された作動流体を前記ＯＲＣ熱交換器へと送出するＯＲＣポンプとを備える。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のボイラシステムであって、前記回収装置が、前記凝縮器から前記ＯＲＣ熱交換器へと作動流体を導く配管上に配置され、前記原動機のジャケット冷却水を熱源として作動流体を加熱するジャケット熱交換器をさらに備える。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のボイラシステムであって、前記循環路において前記ＯＲＣ熱交換器から前記圧縮空気熱交換器へと媒体を導く配管上に配置され、前記原動機のジャケット冷却水を熱源として媒体を加熱するジャケット熱交換器をさらに備える。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載のボイラシステムであって、前記回収装置が、前記凝縮器から送出された作動流体の一部が分岐されて導かれ、前記循環路において前記ＯＲＣ熱交換器から前記圧縮空気熱交換器へと導かれる媒体を熱源として、作動流体の前記一部を加熱して気化する他のＯＲＣ熱交換器と、前記ＯＲＣ熱交換器に導かれる作動流体の圧力を、前記他のＯＲＣ熱交換器に導かれる作動流体の圧力よりも高くする圧力調整部とをさらに備え、前記他のＯＲＣ熱交換器にて気化された作動流体も前記膨張機へと導かれる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載のボイラシステムであって、前記媒体が、ボイラ水であり、前記ボイラ部において、前記ボイラ水の蒸気が生成される。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載のボイラシステムであって、前記原動機が、船舶の主機関であり、前記ボイラ部が、前記船舶の補助ボイラである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、原動機の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良く媒体を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係るボイラシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボイラシステム１の構成を示す図である。ボイラシステム１は、例えば、比較的大型の船舶の補助ボイラシステムとして利用される。図１では、船舶の主機関として利用される過給機付き原動機２も共に示す。ボイラシステム１では、過給機付き原動機２の廃熱を利用して媒体であるボイラ水を加熱する。加熱されたボイラ水から発生した蒸気は、船内の燃料油、潤滑油、生活用水等の加熱源等として利用される。
【００２３】
過給機付き原動機２は、内燃機関である舶用原動機３（以下、単に「原動機３」という。）と、ターボチャージャである過給機４とを備える。原動機３は、船舶の主機関であり、例えば、２サイクル・ディーゼルエンジンである。過給機４は、タービン４１と、タービン４１に機械的に接続されるコンプレッサ４２とを備える。原動機３と過給機４とは、掃気路３１および排気路３２により接続される。排気路３２は、原動機３からの排気をタービン４１へと導く。
【００２４】
タービン４１は、原動機３から排気路３２を介して供給された排気により回転する。タービン４１の回転に利用された排気は、排気路３２を介して過給機付き原動機２の外部に排出される。コンプレッサ４２は、タービン４１にて発生する回転力を利用して（すなわち、タービン４１の回転を動力として）、過給機付き原動機２の外部から吸気路４３を介して過給機４に導かれた吸気（空気）を加圧して圧縮する。コンプレッサ４２により加圧された吸気である圧縮空気（以下、「掃気」という。）は、掃気路３１上に設けられた圧縮空気熱交換器５６（後述）にて冷却された後、原動機３に供給される。このように、過給機４では、排気を利用して吸気を加圧し、掃気が生成される。掃気路３１は、加圧された吸気を過給機４から原動機３へと導く流路、すなわち、加圧吸気路である。なお、ボイラシステム１では、掃気路３１の圧縮空気熱交換器５６よりも下流側に配置されるとともに圧縮空気熱交換器５６から送出された掃気をさらに冷却する掃気冷却器が設けられてもよい（他の実施の形態においても同様）。
【００２５】
ボイラシステム１は、ボイラ装置５と、回収装置６とを備える。ボイラ装置５は、ボイラ部５０と、ポンプ５５と、圧縮空気熱交換器５６と、流量制御部５７と、測定部５８１とを備える。ボイラ部５０は、ボイラ本体５１と、他のポンプ５３と、排気熱交換器５４とを備える。以下の説明では、ポンプ５３，５５を区別するために、それぞれ「第１ポンプ５３」「第２ポンプ５５」と呼ぶ。
【００２６】
ボイラ本体５１は、船舶の煙突（いわゆる、ファンネル）から離れた位置に配置され、液状の媒体（すなわち、液状のボイラ水）を貯溜する。ボイラ本体５１には、上述の測定部５８１が設けられる。測定部５８１により、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度が測定される。ボイラ本体５１には、また、図示省略のバーナや給水部が設けられる。当該バーナは、ボイラ本体５１内のボイラ水を必要に応じて加熱する。当該給水部は、ボイラ本体５１内のボイラ水が減少した場合等、必要に応じてボイラ本体５１内にボイラ水を供給する。
【００２７】
ボイラ本体５１、第２ポンプ５５、圧縮空気熱交換器５６および流量制御部５７は、ボイラ水が循環する循環路５２２により、当該順序にて接続される。ボイラ部５０では、ボイラ本体５１、第１ポンプ５３および排気熱交換器５４が、ボイラ水が循環する他の循環路５２１により、当該順序にて接続される。以下の説明では、循環路５２１，５２２を区別するために、それぞれ「第１循環路５２１」「第２循環路５２２」と呼ぶ。第１循環路５２１および第２循環路５２２は、ボイラ本体５１と分岐部５２ａとの間において、共通流路となっており、分岐部５２ａにおいて分岐する。なお、第１循環路５２１および第２循環路５２２は、それぞれ個別にボイラ本体５１に接続されてもよい。
【００２８】
ボイラ部５０では、第１ポンプ５３が駆動されることにより、液状のボイラ水がボイラ本体５１から第１循環路５２１へと送出される。ボイラ本体５１から送出されたボイラ水は、図１中に矢印にて示すように、第１循環路５２１を介して、第１ポンプ５３を通過し、さらに排気熱交換器５４を通過して、ボイラ本体５１へと循環する。
【００２９】
排気熱交換器５４は、船舶の煙突内に配置され、過給機付き原動機２の排気路３２上においてタービン４１よりも下流側に配置される。排気熱交換器５４では、第１循環路５２１を流れる液状のボイラ水が、排気路３２を流れるタービン４１からの排気（すなわち、タービン４１を通過した後の原動機３からの排気）を熱源として加熱される。換言すれば、排気熱交換器５４では、排気に含まれる過給機付き原動機２の廃熱を熱源としてボイラ水が加熱される。排気熱交換器５４を通過する排気の温度は、原動機３の出力や周囲の温度等により変化する。原動機３の出力が最大出力（１００％出力）である場合の当該排気温度は、例えば、約２３０℃である。排気熱交換器５４では、排気熱交換器５４に流入するボイラ水の一部が気化（蒸発）する。そして、ガス状のボイラ水と液状のボイラ水との混合流体が、排気熱交換器５４からボイラ本体５１へと送出される。
【００３０】
すなわち、ボイラ部５０は、液状のボイラ水を貯溜し、原動機３の排気路３２を流れる排気を熱源としてボイラ水を加熱してボイラ水の蒸気を生成する装置（いわゆる、排ガスエコノマイザ）であり、船舶の補助ボイラとして利用される。ボイラ本体５１内におけるボイラ水の温度・圧力は、例えば、約１３５℃・約０．２５ＭＰａ（メガパスカル）〜約１６５℃・約０．６ＭＰａである。ボイラ本体５１内のボイラ水の蒸気は、ボイラ本体５１の上部に接続された蒸気配管５２４を介して、船内の蒸気システムへと供給される。
【００３１】
ボイラ装置５では、第２ポンプ５５が駆動されることにより、液状のボイラ水がボイラ本体５１から第２循環路５２２へと送出される。ボイラ本体５１から送出されたボイラ水は、図１中に矢印にて示すように、第２循環路５２２を介して、第２ポンプ５５、ＯＲＣ熱交換器６２（後述）、圧縮空気熱交換器５６および流量制御部５７を当該順序にて通過して、ボイラ本体５１へと循環する。
【００３２】
第２循環路５２２を流れるボイラ水は、ＯＲＣ熱交換器６２にて冷却された後、圧縮空気熱交換器５６へと流入する。ＯＲＣ熱交換器６２から圧縮空気熱交換器５６へと向かうボイラ水の温度は、例えば、約１００〜１３０℃である。
【００３３】
圧縮空気熱交換器５６は、第２循環路５２２上においてＯＲＣ熱交換器６２と流量制御部５７との間に配置され、また、コンプレッサ４２と原動機３との間において掃気路３１上に配置される。圧縮空気熱交換器５６では、掃気路３１を流れるコンプレッサ４２からの掃気を熱源として、第２循環路５２２を流れる液状のボイラ水が加熱される。換言すれば、圧縮空気熱交換器５６では、掃気に含まれる過給機付き原動機２の廃熱を熱源としてボイラ水が加熱される。圧縮空気熱交換器５６を通過する掃気の温度は、原動機３の出力や周囲の温度等により変化する。原動機３の出力が最大出力（１００％出力）である場合の当該掃気温度は、例えば、約２２０℃である。原動機３の出力が低下すると、掃気温度も低下する。
【００３４】
圧縮空気熱交換器５６から送出されるボイラ水の温度は、圧縮空気熱交換器５６に流入するボイラ水の温度や圧縮空気熱交換器５６を通過する掃気の温度等により変化する。圧縮空気熱交換器５６から流量制御部５７へと向かうボイラ水の温度は、例えば、約１３５〜１６５℃である。圧縮空気熱交換器５６と流量制御部５７との間には測定部５８２が設けられ、圧縮空気熱交換器５６から流量制御部５７へと第２循環路５２２を流れるボイラ水の温度が測定される。
【００３５】
圧縮空気熱交換器５６からは、液状のボイラ水、または、ガス状のボイラ水と液状のボイラ水との混合流体が送出される。圧縮空気熱交換器５６において加熱されたボイラ水は、流量制御部５７を通過してボイラ本体５１へと戻される。流量制御部５７では、圧縮空気熱交換器５６からボイラ部５０のボイラ本体５１へと導かれるボイラ水の流量が制御される。原動機３の出力が、例えば、常用出力（ＣＳＯ：Continuous Service Output）以上である場合、圧縮空気熱交換器５６から送出されたボイラ水の全量がボイラ本体５１へと戻される。
【００３６】
流量制御部５７は、例えば、第２循環路５２２上に設けられた三方弁である。流量制御部５７において、図１中に破線にて示す分岐配管５２３が第２循環路５２２から分岐し、ボイラ本体５１と第２ポンプ５５との間の合流部５２ｂにおいて、第２循環路５２２に合流する。
【００３７】
ボイラ装置５では、測定部５８１，５８２により、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度、および、圧縮空気熱交換器５６から流量制御部５７へと送出されるボイラ水の温度が測定されて測定値として出力される。以下の説明では、測定部５８１，５８２を区別するために、それぞれ「第１測定部５８１」「第２測定部５８２」と呼ぶ。そして、第１測定部５８１および第２測定部５８２のそれぞれの測定値に基づいて、圧縮空気熱交換器５６からボイラ部５０のボイラ本体５１へと導かれるボイラ水の流量が、流量制御部５７により制御される。
【００３８】
具体的には、第１測定部５８１の測定値であるボイラ本体５１内のボイラ水の温度が、第２測定部５８２の測定値である圧縮空気熱交換器５６から流量制御部５７へと送出されるボイラ水の温度以下の場合、圧縮空気熱交換器５６から送出されたボイラ水の全量がボイラ本体５１へと戻される。このように、圧縮空気熱交換器５６においてボイラ本体５１内のボイラ水の温度以上の温度まで加熱されたボイラ水の全量をボイラ本体５１へと戻すことにより、圧縮空気熱交換器５６において回収された掃気の廃熱を、ボイラ本体５１内のボイラ水の加熱（または温度維持）に効率良く利用することができる。
【００３９】
一方、原動機３の出力が低下した場合等、圧縮空気熱交換器５６により加熱されたボイラ水の温度が、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度よりも低くなることがある。このように、第２測定部５８２の測定値が第１測定部５８１の測定値よりも低い場合、流量制御部５７により、圧縮空気熱交換器５６から送出されるボイラ水の一部のみがボイラ本体５１へと戻され、圧縮空気熱交換器５６から送出されるボイラ水の他の部分は、分岐配管５２３を介して第２ポンプ５５へと導かれる。あるいは、圧縮空気熱交換器５６から送出されるボイラ水の全量が、分岐配管５２３を介して第２ポンプ５５へと導かれる。ボイラ装置５では、第１測定部５８１の測定値から第２測定部５８２の測定値を減算した値が大きくなるに従って、流量制御部５７により圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１へと戻されるボイラ水の流量が漸次減少する。
【００４０】
このように、圧縮空気熱交換器５６からのボイラ水の温度が、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度よりも低い場合、圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１に戻るボイラ水の流量を減少させることにより、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度が、所定の温度よりも低くなることを抑制または防止することができる。その結果、船内の蒸気システムに所望の温度のボイラ水の蒸気を供給することができる。さらに、圧縮空気熱交換器５６からのボイラ水の温度が、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度から低温側に離れるに従って、圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１に戻るボイラ水の流量を漸次減少させることにより、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度が、所定の温度よりも低くなることをより一層抑制または防止することができる。すなわち、流量制御部５７は、ボイラ部５０のボイラ本体５１におけるボイラ水の温度を制御する温度制御部である。
【００４１】
ボイラ装置５では、第２測定部５８２が省略され、第１測定部５８１から出力されるボイラ本体５１内のボイラ水の温度に基づいて、流量制御部５７による流量制御が行われてもよい。例えば、第１測定部５８１により測定されたボイラ本体５１内のボイラ水の温度が所定の閾値温度よりも高い場合、圧縮空気熱交換器５６から送出されたボイラ水の全量がボイラ本体５１へと戻される。一方、第１測定部５８１により測定されたボイラ本体５１内のボイラ水の温度が所定の閾値温度以下に低下した場合、圧縮空気熱交換器５６から送出されるボイラ水の温度がボイラ本体５１内のボイラ水の温度よりも低いと判断され、流量制御部５７が、圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１へと戻るボイラ水の流量を減少させる。そして、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度が低くなるに従って、流量制御部５７による制御により、圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１へと戻るボイラ水の流量が漸次減少する。
【００４２】
また、ボイラ装置５では、第１測定部５８１によりボイラ本体５１内のボイラ水の圧力が測定されて測定値が出力され、当該測定値に基づいて流量制御部５７による流量制御が行われてもよい。例えば、第１測定部５８１により測定されたボイラ本体５１内のボイラ水の圧力が所定の閾値圧力よりも高い場合、圧縮空気熱交換器５６から送出されたボイラ水の全量がボイラ本体５１へと戻される。一方、第１測定部５８１により測定されたボイラ本体５１内のボイラ水の圧力が所定の閾値圧力以下に低下した場合、流量制御部５７が、圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１へと戻るボイラ水の流量を減少させる。
【００４３】
さらに、ボイラ装置５では、ボイラ部５０におけるボイラ本体５１以外の部位のボイラ水の温度または圧力が第１測定部５８１により測定され、第１測定部５８１から出力される測定値に基づいて流量制御部５７による流量制御が行われてもよい。換言すれば、第１測定部５８１により、ボイラ部５０におけるボイラ水の温度または圧力が測定されて測定値が出力され、流量制御部５７により、当該測定値に基づいて圧縮空気熱交換器５６からボイラ部５０へと導かれるボイラ水の流量が制御される。そして、第１測定部５８１による測定値が小さくなるに従って、圧縮空気熱交換器５６からボイラ本体５１へと戻るボイラ水の流量が漸次減少する。これにより、上記と同様に、圧縮空気熱交換器５６において回収された掃気の廃熱を、ボイラ本体５１内のボイラ水の加熱（または温度維持）に効率良く利用することができるとともに、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度が、所定の温度よりも低くなることを抑制または防止することができる。
【００４４】
回収装置６は、第２循環路５２２上に配置され、ボイラ部５０から第２循環路５２２へと送出されたボイラ水からエネルギーを回収する装置である。回収装置６は、例えば、水よりも沸点が低い作動流体（好ましくは、代替フロンＲ２４５ｆａ等の有機媒体）を利用した有機ランキンサイクル（ＯＲＣ：Organic Rankine Cycle）によって熱エネルギーを動力として回収するものである。回収装置６は、ＯＲＣ循環路６１と、ＯＲＣ熱交換器６２と、膨張機６３と、凝縮器６４と、ＯＲＣポンプ６５とを備える。ＯＲＣ熱交換器６２、膨張機６３、凝縮器６４およびＯＲＣポンプ６５は、作動流体が循環するＯＲＣ循環路６１により、上記順序にて接続される。
【００４５】
回収装置６では、ＯＲＣポンプ６５により作動流体が加圧されてＯＲＣ熱交換器６２へと送出される。ＯＲＣ熱交換器６２は、上述のボイラ装置５の第２循環路５２２において、ボイラ部５０から圧縮空気熱交換器５６へとボイラ水を導く配管上に配置される。具体的には、ＯＲＣ熱交換器６２は、第２循環路５２２のうち、第２ポンプ５５から圧縮空気熱交換器５６へとボイラ水が導かれる配管上に配置される。当該配管を流れるボイラ水の温度は、ボイラ本体５１内のボイラ水の温度にほぼ等しく、例えば、約１３５〜１６５℃である。ＯＲＣ熱交換器６２では、第２循環路５２２を流れるボイラ水を熱源として、ＯＲＣポンプ６５から送出された作動流体が加熱されて気化する。また、第２循環路５２２を流れるボイラ水は、ＯＲＣ熱交換器６２において回収装置６の作動流体により冷却され、ボイラ水の温度は、上述のように、例えば約１００〜１３０℃まで低下する。
【００４６】
ＯＲＣ熱交換器６２により加熱されて気化された作動流体は、ＯＲＣ循環路６１を介して膨張機６３へと導かれる。膨張機６３は、ＯＲＣ熱交換器６２にて気化されたガス状の作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する。膨張機６３としては、例えば、作動流体により回転するタービンが利用される。当該タービンの軸は発電機８に接続されており、ＯＲＣ熱交換器６２から送り込まれる作動流体によりタービンが駆動されることにより、発電機８において発電が行われる。
【００４７】
膨張機６３を通過したガス状の作動流体は、凝縮器６４へと導かれる。凝縮器６４は、膨張機６３にて膨張させた作動流体を凝縮して液化する。凝縮器６４にて液化された作動流体は、ＯＲＣポンプ６５により、上述のように加圧されてＯＲＣ熱交換器６２へと送出される。
【００４８】
以上に説明したように、図１に示すボイラシステム１では、液状のボイラ水を貯溜し、原動機３の排気路３２を流れる排気を熱源としてボイラ水を加熱するボイラ部５０と、ボイラ部５０から液状のボイラ水を送出し、第２循環路５２２を介してボイラ部５０へと循環させる第２ポンプ５５と、掃気路３１上に配置されて掃気路３１を流れる掃気を熱源として第２循環路５２２を流れるボイラ水を加熱する圧縮空気熱交換器５６とが設けられる。
【００４９】
このように、ボイラシステム１では、船内の蒸気システムへと蒸気を供給するボイラ部５０に、上述の圧縮空気熱交換器５６、第２ポンプ５５および第２循環路５２２を追加することにより、ボイラ部５０のボイラ水の加熱に原動機３に供給される掃気の廃熱も利用することができる。すなわち、ボイラシステム１では、原動機３に係る複数種類の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良くボイラ水を加熱することができ、ボイラ水の蒸気を効率良く生成することができる。このようなボイラシステム１の構成は、燃料消費量の低減が要求されるとともに装置の配置スペースに制限がある船舶の補助ボイラシステムに特に適している。
【００５０】
ボイラシステム１では、ボイラ部５０が、船舶の煙突から離れた位置に配置されるボイラ本体５１と、ボイラ本体５１から液状のボイラ水を送出して第１循環路５２１を介してボイラ本体５１へと循環させる第１ポンプ５３と、排気路３２上に配置されて第１循環路５２１を流れるボイラ水を加熱する排気熱交換器５４とを備える。これにより、ボイラシステム１のうち、排気路３２上に設けられる構造（すなわち、煙突内に設けられる構造）を小型化、および、簡素化することができる。
【００５１】
さらに、ボイラシステム１では、ＯＲＣ熱交換器６２、膨張機６３、凝縮器６４およびＯＲＣポンプ６５を備える回収装置６により、ボイラ部５０から圧縮空気熱交換器５６へと送出されたボイラ水から機械的エネルギーを回収することができる。これにより、ボイラ水により回収された原動機３の廃熱を効率良く利用することができる。また、第２循環路５２２を循環するボイラ水を、回収装置６のＯＲＣ熱交換器６２において冷却した後に、圧縮空気熱交換器５６において掃気により加熱することにより、掃気の廃熱をボイラ水に効率良く回収させることができる。
【００５２】
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るボイラシステム１ａの構成を示す図である。ボイラシステム１ａは、図１に示すボイラシステム１と同様に、比較的大型の船舶の補助ボイラシステムとして利用され、過給機付き原動機２の廃熱を利用して媒体であるボイラ水を加熱する。図２に示すボイラシステム１ａでは、図１に示すボイラ部５０に代えて、ボイラ部５０とは構造が異なるボイラ部５０ａが設けられる。ボイラシステム１ａの他の構成は、図１に示すボイラシステム１と同様であり、以下の説明では対応する構成に同符号を付す。
【００５３】
図２に示すボイラ部５０ａは、液状のボイラ水を貯溜するボイラ本体５１を備える。ボイラ本体５１は、船舶の煙突内において原動機３の排気路３２上に設けられ、排気路３２がボイラ本体５１を貫通する。換言すれば、ボイラ部５０ａは、船舶の煙突内に設けられる、いわゆる「コンポジットボイラ」である。ボイラ部５０ａは、煙管式または水管式のボイラであり、図２では、煙管式のボイラ部５０ａが設けられるものとして説明する。ボイラ部５０ａでは、排気路３２が複数の細管３２１に分岐され、当該複数の細管３２１が、ボイラ本体５１の底部から上部に向けて貫通する。複数の細管３２１は、ボイラ本体５１に貯溜される液状のボイラ水と直接的に接触する。ボイラ部５０ａでは、排気路３２の複数の細管３２１を流れる原動機３の排気により、ボイラ本体５１内のボイラ水が加熱される。
【００５４】
ボイラシステム１ａでは、図１に示すボイラシステム１と同様に、原動機３に係る複数種類の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良くボイラ水を加熱することができ、ボイラ水の蒸気を効率良く生成することができる。また、ボイラシステム１ａでは、ボイラ部５０ａにおいて、ボイラ本体５１を排気路３２が貫通する位置（すなわち、船舶の煙突内）に配置することにより、ボイラ部５０ａの構造を小型化することができる。これにより、ボイラシステム１ａを小型化することができる。
【００５５】
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るボイラシステム１ｂの構成を示す図である。ボイラシステム１ｂでは、図１に示す回収装置６に代えて、回収装置６とは部分的に構造が異なる回収装置６ａが設けられる。回収装置６ａは、回収装置６の各構成に加えてジャケット熱交換器６６をさらに備える。ボイラシステム１ｂの他の構成は、図１に示すボイラシステム１と同様であり、以下の説明では対応する構成に同符号を付す。
【００５６】
ジャケット熱交換器６６は、ＯＲＣ循環路６１において、凝縮器６４からＯＲＣ熱交換器６２へと作動流体を導く配管上に、より具体的には、ＯＲＣポンプ６５とＯＲＣ熱交換器６２との間の配管上に配置される。ジャケット熱交換器６６は、また、原動機３本体の冷却に利用されたジャケット冷却水（すなわち、原動機３本体の廃熱を吸収したジャケット冷却水）が流れるジャケット冷却水配管３５上に配置される。ジャケット熱交換器６６では、原動機３のジャケット冷却水を熱源として、ＯＲＣポンプ６５からＯＲＣ熱交換器６２へと流れる作動流体が、予備的に加熱される。ＯＲＣポンプ６５から送出される作動流体の温度は、例えば、約４０℃であり、原動機３の排気や掃気に比べて低温のジャケット冷却水によっても、作動流体を効率良く加熱することができる。
【００５７】
図３に示すボイラシステム１ｂでは、図１に示すボイラシステム１と同様に、原動機３に係る複数種類の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良くボイラ水を加熱することができ、ボイラ水の蒸気を効率良く生成することができる。また、ボイラシステム１ｂでは、回収装置６ａにおけるエネルギーの回収において、原動機３のジャケット冷却水も利用することにより、原動機３の廃熱をさらに効率良く利用することができる。
【００５８】
図４は、本発明の第４の実施の形態に係るボイラシステム１ｃの構成を示す図である。ボイラシステム１ｃでは、図１に示すボイラ装置５に代えて、ボイラ装置５とは部分的に構造が異なるボイラ装置５ａが設けられる。ボイラ装置５ａは、ボイラ装置５の各構成に加えてジャケット熱交換器６６ａをさらに備える。ボイラシステム１ｃの他の構成は、図１に示すボイラシステム１と同様であり、以下の説明では対応する構成に同符号を付す。
【００５９】
ジャケット熱交換器６６ａは、第２循環路５２２において、ＯＲＣ熱交換器６２から圧縮空気熱交換器５６へとボイラ水を導く配管上に配置される。ジャケット熱交換器６６ａは、また、原動機３本体の冷却に利用されたジャケット冷却水（すなわち、原動機３本体の廃熱を吸収したジャケット冷却水）が流れるジャケット冷却水配管３５上に配置される。ジャケット熱交換器６６ａでは、原動機３のジャケット冷却水を熱源として、ＯＲＣ熱交換器６２から圧縮空気熱交換器５６へと流れるボイラ水が、予備的に加熱される。
【００６０】
図４に示すボイラシステム１ｃでは、図１に示すボイラシステム１と同様に、原動機３に係る複数種類の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良くボイラ水を加熱することができ、ボイラ水の蒸気を効率良く生成することができる。また、ボイラシステム１ｃでは、ボイラ装置５ａにおけるボイラ水の加熱に、原動機３のジャケット冷却水も利用することにより、原動機３の廃熱をさらに効率良く利用することができるとともに、圧縮空気熱交換器５６を小型化することもできる。
【００６１】
図５は、本発明の第５の実施の形態に係るボイラシステム１ｄの構成を示す図である。ボイラシステム１ｄでは、図１に示す回収装置６に代えて、回収装置６とは部分的に構造が異なる回収装置６ｂが設けられる。ボイラシステム１ｄの他の構成は、図１に示すボイラシステム１と同様であり、以下の説明では対応する構成に同符号を付す。
【００６２】
回収装置６ｂでは、図１に示す膨張機６３に代えて、２段タービンである膨張機６３ａが設けられる。膨張機６３ａは、高圧タービンである第１膨張機６３１と、低圧タービンである第２膨張機６３２とを備える。また、回収装置６ｂは、図１に示す回収装置６の各構成に加え、他のＯＲＣ熱交換器６２ａおよび他のＯＲＣポンプ６５ａを備える。以下の説明では、ＯＲＣ熱交換器６２，６２ａを区別するために、それぞれ「第１ＯＲＣ熱交換器６２」および「第２ＯＲＣ熱交換器６２ａ」と呼ぶ。また、ＯＲＣポンプ６５，６５ａを区別するために、それぞれ「第１ＯＲＣポンプ６５」および「第２ＯＲＣポンプ６５ａ」と呼ぶ。
【００６３】
第２ＯＲＣポンプ６５ａは、ＯＲＣ循環路６１において第１ＯＲＣポンプ６５と第１ＯＲＣ熱交換器６２との間の配管上に配置される。ＯＲＣ循環路６１には、第１ＯＲＣポンプ６５と第２ＯＲＣポンプ６５ａとの間に分岐部６１ａが設けられ、分岐部６１ａにおいてＯＲＣ循環路６１から分岐流路６１１が分岐される。分岐部６１ａから膨張機６３ａへと向かう分岐流路６１１上には、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａが配置される。第２ＯＲＣ熱交換器６２ａは、ボイラ装置５の第２循環路５２２上において第１ＯＲＣ熱交換器６２と圧縮空気熱交換器５６との間に配置される。
【００６４】
回収装置６ｂでは、凝縮器６４からの作動流体が、第１ＯＲＣポンプ６５により加圧されて分岐部６１ａへと送出される。凝縮器６４から送出された作動流体の一部は、分岐部６１ａにて分岐流路６１１へと分岐されて第２ＯＲＣ熱交換器６２ａへと導かれる。また、作動流体の残りの部分は、分岐部６１ａにてＯＲＣ循環路６１へと分岐され、第２ＯＲＣポンプ６５ａによりさらに加圧されて第１ＯＲＣ熱交換器６２へと導かれる。第２ＯＲＣポンプ６５ａは、第１ＯＲＣ熱交換器６２に導かれる作動流体の圧力を、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａに導かれる作動流体の圧力よりも高くする圧力調整部である。
【００６５】
第１ＯＲＣ熱交換器６２では、第２循環路５２２を流れるボイラ水を熱源として、第２ＯＲＣポンプ６５ａから送出された作動流体が加熱されて気化する。第１ＯＲＣ熱交換器６２にて気化された作動流体は、膨張機６３ａへと導かれ、第１膨張機６３１に供給される。一方、第２循環路５２２を流れるボイラ水は、第１ＯＲＣ熱交換器６２において回収装置６ｂの作動流体により冷却され、ボイラ水の温度は、例えば、約１００℃まで低下する。第１ＯＲＣ熱交換器６２から送出されたボイラ水は、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａへと導かれる。
【００６６】
第２ＯＲＣ熱交換器６２ａでは、第１ＯＲＣ熱交換器６２から送出されたボイラ水（すなわち、第１ＯＲＣ熱交換器６２から圧縮空気熱交換器５６へと導かれるボイラ水）を熱源として、第１ＯＲＣポンプ６５から送出された作動流体が加熱されて気化する。上述のように、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａに導かれる作動流体の圧力は、第１ＯＲＣ熱交換器６２に導かれる作動流体の圧力よりも低いため、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａにおける作動流体の蒸発温度は、第１ＯＲＣ熱交換器６２における作動流体の蒸発温度よりも低い。第２ＯＲＣ熱交換器６２ａにて気化された作動流体は、膨張機６３ａへと導かれ、第２膨張機６３２に供給される。
【００６７】
一方、ボイラ水は、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａにおいて回収装置６ｂの作動流体により冷却され、ボイラ水の温度は、例えば、約７０℃まで低下する。第２ＯＲＣ熱交換器６２ａから送出されたボイラ水は、圧縮空気熱交換器５６へと導かれ、原動機３の掃気を熱源として加熱された後、ボイラ本体５１へと戻される。
【００６８】
回収装置６ｂの膨張機６３ａでは、第１ＯＲＣ熱交換器６２にて気化された作動流体が第１膨張機６３１において膨張し、膨張後の当該作動流体、および、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａにて気化された作動流体が、第２膨張機６３２において合流して膨張する。そして、膨張機６３ａにおいて作動流体の膨張により回収された機械的エネルギーにより、発電機８における発電が行われる。
【００６９】
図５に示すボイラシステム１ｄでは、図１に示すボイラシステム１と同様に、原動機３に係る複数種類の廃熱を利用して簡素な構造にて効率良くボイラ水を加熱することができ、ボイラ水の蒸気を効率良く生成することができる。
【００７０】
ボイラシステム１ｄでは、回収装置６ｂにおいて、第１ＯＲＣ熱交換器６２における作動流体の蒸発温度および圧力を高くすることにより、膨張機６３ａにおける熱落差を大きくすることができ、膨張機６３ａによるエネルギーの回収効率を向上することができる。また、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａにおける作動流体の蒸発温度を第１ＯＲＣ熱交換器６２における作動流体の蒸発温度よりも低くすることにより、第１ＯＲＣ熱交換器６２において温度が低下したボイラ水から、効率良く熱を回収することができる。ボイラ装置５では、第１ＯＲＣ熱交換器６２にて冷却されたボイラ水を、第２ＯＲＣ熱交換器６２ａにおいてさらに冷却することにより、圧縮空気熱交換器５６における掃気温度とボイラ水の温度との差をより一層大きくすることができる。その結果、圧縮空気熱交換器５６における掃気の廃熱の回収効率を向上することができる。
【００７１】
上述のボイラシステム１，１ａ〜１ｄでは、様々な変更が可能である。
【００７２】
流量制御部５７は三方弁には限定されず、例えば、循環ポンプが流量制御部５７として利用されてもよい。あるいは、第２ポンプ５５として流量を制御可能なインバータポンプが利用され、第１測定部５８１から出力される測定値等に基づいて、第２循環路５２２を流れてボイラ本体５１へと戻るボイラ水の流量が制御されてもよい。この場合、当該インバータポンプの流量制御部分が、流量制御部５７となる。
【００７３】
膨張機６３，６３ａは、必ずしもタービンには限定されず、例えば、スクリュー膨張機であってもよい。図５に示すボイラシステム１ｄでは、第２ＯＲＣポンプ６５ａに代えて、減圧弁が分岐流路６１１上に圧力調整部として設けられてもよい。
【００７４】
ボイラシステム１，１ａ〜１ｄでは、ボイラ水に代えて、熱媒油等の様々な媒体が利用されてもよい。ボイラシステム１，１ａ〜１ｄのボイラ装置５，５ａにおける媒体として熱媒油が利用される場合、ボイラ装置５，５ａでは媒体の蒸気は生成されず、ボイラ装置５，５ａにより加熱された液状の熱媒油が、船内の燃料油、潤滑油、生活用水等の加熱源等として利用される。ボイラシステム１ｂ〜１ｄでは、ボイラ部５０に代えて、図２に示すボイラ部５０ａが設けられてもよい。
【００７５】
原動機３は、例えば、４サイクル・ディーゼルエンジンであってもよい。この場合、コンプレッサ４２により加圧された吸気である圧縮空気は「給気」と呼ばれ、掃気路３１は給気路と呼ばれる。また、原動機３は、ディーゼルエンジン以外の内燃機関であってもよく、内燃機関以外の原動機であってもよい。原動機３は、船舶の主機関以外の様々な用途に利用されてよく、ボイラシステム１，１ａ〜１ｄも、船舶の補助ボイラシステム以外の他の用途に利用されてよい。
【００７６】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００７７】
１，１ａ〜１ｄ    ボイラシステム
３    原動機
６，６ａ，６ｂ    回収装置
３１    掃気路
３２    排気路
５０，５０ａ    ボイラ部
５１    ボイラ本体
５３    第１ポンプ
５４    排気熱交換器
５５    第２ポンプ
５６    圧縮空気熱交換器
５７    流量制御部
６２    （第１）ＯＲＣ熱交換器
６２ａ    第２ＯＲＣ熱交換器
６３，６３ａ    膨張機
６４    凝縮器
６５    （第１）ＯＲＣポンプ
６５ａ    第２ＯＲＣポンプ
６６，６６ａ    ジャケット熱交換器
５２１    第１循環路
５２２    第２循環路
５８１    第１測定部
【図１】
2015017770.tif 000003
【図２】
2015017770.tif 000004
【図３】
2015017770.tif 000005
【図４】
2015017770.tif 000006
【図５】
2015017770.tif 000007