(57)【要約】【課題】より効率よく熱を回収することができる排熱回収ユニット及び動力システムを提供すること。【解決手段】燃料を燃焼するエンジンから排出される排ガスの熱を回収する排熱回収ユニットであって、排ガスを案内するエンジン排気管に配置され、エンジン排気管内の排ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換器と、排ガスの流れ方向において、第１熱交換器よりも下流側に配置され、エンジン排気管内の排ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換器と、第１熱交換器と第２熱交換器との間に配置され、排ガスを減温して、排ガスの硫酸濃度が閾値濃度以上の温度域をショートパスさせるショートパス機構と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼するエンジンから排出される排ガスの熱を回収する排熱回収ユニットであって、
前記排ガスを案内するエンジン排気管に配置され、前記エンジン排気管内の排ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換器と、
前記排ガスの流れ方向において、前記第１熱交換器よりも下流側に配置され、前記エンジン排気管内の排ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に配置され、前記排ガスを減温して、前記排ガスの硫酸濃度が閾値濃度以上の温度域をショートパスさせるショートパス機構と、を有すること特徴とする排熱回収ユニット。
【請求項２】
前記ショーパス機構は、前記排ガスを排ガス中の硫黄分濃度より求められる酸露点温度よりも２０℃低い温度以下に減温することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ユニット。
【請求項３】
前記ショーパス機構は、前記排ガスの硫酸濃度を７５％以下に低減することを特徴とする請求項１または２に記載の排熱回収ユニット。
【請求項４】
前記ショートパス機構は、直接接触式の冷却器であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排熱回収ユニット。
【請求項５】
前記ショートパス機構は、過給機から排出される掃気の一部を前記エンジン排気管に供給する空気供給部を有することを特徴とする請求項４に記載の排熱回収ユニット。
【請求項６】
前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に熱媒として水を供給する給水タンクを有し、
前記ショートパス機構は、前記エンジン排気管に前記給水タンクの水を噴霧する水供給部を有することを特徴とする請求項４に記載の排熱回収ユニット。
【請求項７】
燃料を燃焼するエンジンと、
前記エンジンから排出される排ガスを案内するエンジン排気管と、
前記エンジン排気管に配置された請求項１から６のいずれか一項に記載の排熱回収ユニットと、
前記排熱回収ユニットを制御する制御装置と、を備えることを特徴とする動力システム。
【請求項８】
前記エンジンに硫黄成分が多い高硫黄燃料を供給する高硫黄燃料供給部と、
前記エンジンに前記高硫黄燃料よりも硫黄成分が少ない低硫黄燃料を供給する低硫黄燃料供給部と、を有し、
前記制御装置は、前記高硫黄燃料供給部から前記エンジンに前記高硫黄燃料を供給している場合、前記ショートパス機構を稼働させることを特徴とする請求項７に記載の動力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排熱回収ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷役を搭載した貨物船には航行の際の原動機として使用するエンジンと、荷役時にポンプやクレーン等の原動機として使用するボイラと、の両方を備える動力システムを搭載しているものがある。
【０００３】
また、エンジンとボイラとを備える動力システムは、発生した排ガスの熱を利用する機構を備えているものがある。例えば、特許文献１には、船舶用ボイラと、このボイラで発生した蒸気を熱源とするか或いは船舶に搭載した内燃機関における循環冷却水を熱源とすることによって海水を加熱蒸発しその水蒸気を凝縮して淡水を製造する淡水造水装置が記載されている。また、特許文献２には、エンジンから排出される排ガスを流す排気管と排気集合管のそれぞれにエコノマイザ（熱交換器）を設け、エンジンから排出される排ガスをエコノマイザ（熱交換器）で回収する構成が記載されている。また、特許文献３には、ダイオキシンの発生を防止するために、排ガスに水を噴霧し、急速冷却を行う噴霧器を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３９２４６９号公報
【特許文献２】実開平４−１０７４６３号公報
【特許文献３】特開２０１３−７６３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した動力システムは、熱交換器で排ガスの熱を回収する排熱回収ユニットを設けることで、エンジンで燃料を燃焼して発生するエネルギからより効率よくエネルギを取り出すことができる。ここで、エンジンから排出される排ガスからの熱を回収する面で改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、より効率よく熱を回収することができる排熱回収ユニット及び動力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】
上記の目的を達成するための本発明の排熱回収ユニットは、燃料を燃焼するエンジンから排出される排ガスの熱を回収する排熱回収ユニットであって、前記排ガスを案内するエンジン排気管に配置され、前記エンジン排気管内の排ガスとの間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記排ガスの流れ方向において、前記第１熱交換器よりも下流側に配置され、前記エンジン排気管内の排ガスとの間で熱交換を行う第２熱交換器と、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に配置され、前記排ガスを減温して、前記排ガスの硫酸濃度が閾値濃度以上の温度域をショートパスさせるショートパス機構と、を有すること特徴とする。
【０００８】
また、前記ショーパス機構は、前記排ガスを排ガス中の硫黄分濃度より求められる酸露点温度よりも２０℃低い温度以下に減温することが好ましい。
【０００９】
また、前記ショーパス機構は、前記排ガスの硫酸濃度を７５％以下に低減することが好ましい。
【００１０】
また、前記ショートパス機構は、直接接触式の冷却器であることが好ましい。
【００１１】
また、前記ショートパス機構は、過給機から排出される掃気の一部を前記エンジン排気管に供給する空気供給部を有することが好ましい。
【００１２】
また、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器に熱媒として水を供給する給水タンクを有し、前記ショートパス機構は、前記エンジン排気管に前記給水タンクの水を噴霧する水供給部を有することが好ましい。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明の動力システムは、燃料を燃焼するエンジンと、前記エンジンから排出される排ガスを案内するエンジン排気管と、前記エンジン排気管に配置された上記のいずれかに記載の排熱回収ユニットと、前記排熱回収ユニットを制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前記エンジンに硫黄成分が多い高硫黄燃料を供給する高硫黄燃料供給部と、前記エンジンに前記高硫黄燃料よりも硫黄成分が少ない低硫黄燃料を供給する低硫黄燃料供給部と、を有し、前記制御装置は、前記高硫黄燃料供給部から前記エンジンに前記高硫黄燃料を供給している場合、前記ショートパス機構を稼働させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ショートパス機構により、排ガスを所定の状態まで冷却した後、熱交換器に流入させることで、排ガスに含まれる硫黄成分による腐食の影響を抑制しつつ、熱交換器で排ガスの熱を回収することができる。これにより、装置の腐食を抑制しつつ、より多くの熱を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施例の動力システムを表す概略構成図である。
【図２】図２は、動力システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、ショートパス機構の機能を説明するためのグラフである。
【図４】図４は、他の実施例の動力システムを表す概略構成図である。
【図５】図５は、ショートパス機構の機能を説明するためのグラフである。
【図６】図６は、他の実施例の動力システムを表す概略構成図である。
【図７】図７は、ショートパス機構の機能を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る排熱回収ユニット及びこれを備える動力システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例】
【００１８】
本実施例の動力システムは、動力源として、エンジンとボイラとを組み合わせたシステムである。動力システムは、例えば船舶、特に荷役を必要とする貨物船等に用いることができる。例えば、船舶の場合、航行時の動力源としてエンジンを用い、停泊時の荷役の積み下ろしの際に使うポンプやクレーン等の機器の動力源としてボイラを用いる場合がある。なお、動力システムは、船舶の動力源に限定されない。例えば、動力システムは、陸上に設置された機器の動力源として用いることもできる。本実施例の動力システムは、エンジンとボイラとを別々の用途の動力源に用い、基本的に同時に使用しないシステムに好適に用いることができる。また、本実施例の動力システムは、エンジンとボイラを組み合わせた場合としたが、エンジンだけを備えていてもよい。
【００１９】
図１は、本実施例の動力システムを表す概略構成図である。本実施例において、図１に示すように、動力システム１は、エンジンユニット２と、ボイラユニット３と、発電ユニット４と、蒸気循環ユニット５と、を備える。エンジンユニット２と、ボイラユニット３と、発電ユニット４と、蒸気循環ユニット５と、は、一部の機構を共有している。例えば、蒸気循環ユニット５は、エンジンユニット２またはボイラユニット３の機構の一部を含んでおり、生成した蒸気を発電ユニット４に供給する。また、動力システム１は、制御装置６を備えている。制御装置６は、入力された設定、入力された指示及び検出部で検出した結果等に基づいて、動力システム１の各部の動作を制御する。
【００２０】
エンジンユニット２は、エンジン１２と、過給機１４と、排気管（エンジン排気管）１５と、エンジン熱交換器ユニット（排熱回収ユニット）１６と、給気管２０と、空気冷却器２１と、燃料供給部９０と、を有する。エンジン１２は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の燃料を燃焼して、駆動軸を回転させる原動機である。動力システム１が船舶に設置されている場合、エンジン１２は、船舶の航行時の駆動源となる。なお、動力システム１が船舶に設置されている場合、エンジン１２は、主にディーゼルエンジンとなる。
【００２１】
過給機１４は、空気を加圧する。過給機１４は、排気管１５に排出された排気ガスのエネルギを得て空気を加圧する、いわゆるターボチャージャーである。過給機１４は、加圧した空気を給気管２０によってエンジン１２に供給する。過給機１４は、エンジン１２の回転力を得て空気を加圧する、いわゆるスーパーチャージャーでもよい。排気管１５は、エンジン１２から排出され、過給機１４を通過した排ガスを案内する管路（パイプ）である。
【００２２】
エンジン熱交換器ユニット（排熱回収ユニット）１６は、排気管１５に配置され、排気管１５を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、排ガスの熱を回収する。つまり、エンジン熱交換器ユニット１６は、排ガスの熱を吸収して、排ガスの温度を低下（減温）させ、当該排ガスと熱交換する熱媒（水（蒸気）やフロン等の低沸点媒体）の温度を上昇（昇温）させる。また、エンジン熱交換器ユニット１６は、エンジン１２の停止時に、排気管１５内の流体と熱交換を行い、排気管１５内の温度を低下させる機能（排気管周りに付着した煤による火災防止）も備える。エンジン熱交換器ユニット１６については、後述する。
【００２３】
給気管２０は、エンジン１２と過給機１４とに接続され、過給機１４で加圧された空気をエンジン１２に供給する。空気冷却器（エアクーラ）２１は、給気管２０に配置されており、過給機１４からエンジン１２に供給される加圧された空気を冷却する。
【００２４】
燃料供給部９０は、硫黄成分が少ない燃料である低硫黄燃料が貯留されている低Ｓ燃料タンク９２と、低硫黄燃料よりも硫黄成分が多い燃料である高硫黄燃料が貯留されている高Ｓ燃料タンク９４と、低Ｓ燃料タンク９２及び高Ｓ燃料タンクとエンジン１２とを接続する配管９６と、低Ｓ燃料タンク９２とエンジン１２との間の配管９６に設置された制御弁９８と、高Ｓ燃料タンク９４とエンジン１２との間の配管９６に設置された制御弁９９とを有する。ここで、高硫黄燃料とは、残渣油、Ｃ重油等である。低硫黄燃料とは、軽油等である。低硫黄燃料は、燃料中の硫黄分濃度が０．１ｗｔ％以下の燃料である。高硫黄燃料とは、燃料中の硫黄分濃度が０．１ｗｔ％より高い燃料である。燃料供給部９０は、制御弁９８を開状態とし、制御弁９９を閉状態とすることで、低Ｓ燃料タンク９２の低硫黄燃料をエンジン１２に供給する。燃料供給部９０は、制御弁９９を開状態とし、制御弁９８を閉状態とすることで、高Ｓ燃料タンク９４の高硫黄燃料をエンジン１２に供給する。このように、燃料供給部９０は、低Ｓ燃料タンク９２と配管９６と制御弁９８が低Ｓ燃料供給部となり、高Ｓ燃料タンク９４と配管９６と制御弁９９が高Ｓ燃料供給部となり、エンジン１２に高硫黄燃料及び低硫黄燃料のうち少なくとも一方を供給する。なお、燃料供給部９０は、燃料を供給するためのポンプを配管９６に備えていてもよいし、低Ｓ燃料タンク９２や高Ｓ燃料タンク９４に備えていてもよい。また、燃料供給部９０は、制御弁９８、９９の開度を調整し、高硫黄燃料と低硫黄燃料を混合してエンジン１２に供給してもよい。
【００２５】
本実施例では、エンジンユニット２が過給機１４を備えるものとして説明したが、エンジン１２は、過給機１４を備えなくてもよい。すなわち、エンジン１２は、自然吸気型の内燃機関でもよい。
【００２６】
ボイラユニット３は、ボイラ３０と、排気管（ボイラ排気管）３２と、ボイラ熱交換器ユニット３４と、を有する。ボイラ３０は、火炉４２と、バーナ４４と、蒸発管群４６と、水ドラム４８と、第１蒸気ドラム６０と、を有する。火炉４２は、ボイラ３０の各部が配置された容器である。火炉４２は、排気管３２が接続されている。バーナ４４は、火炉４２の排気管３２とは離れた位置に配置されている。空気と燃料を火炉４２に供給し、火炉４２内で燃料を燃焼させ、燃焼ガスを発生させる。蒸発管群４６は、複数の伝熱管を有し、火炉４２のバーナ４４と排気管３２との間に配置されている。水ドラム４８は、熱媒を貯留するドラムであり、蒸発管群４６の鉛直方向下側に接続されている。第１蒸気ドラム６０は、加熱された熱媒である蒸気を貯留するドラムであり、蒸発管群４６の鉛直方向上側に接続されている。このように、蒸発管群４６は、複数の伝熱管の鉛直方向下側の端部が水ドラム４８と接続され、鉛直方向上側の端部が第１蒸気ドラム６０とに接続され、内部に熱媒が流通した状態となる。ボイラ３０は、バーナ４４で燃料を燃焼させ、バーナ４４で燃料が燃焼されて生成される燃焼ガスを、蒸発管群４６を通過させた後、排気管３２に排出する。ボイラ３０は、バーナ４４で生成され、排気管３２に向けて流れる燃焼ガスと蒸発管群４６との間で熱交換を行うことで、蒸発管群４６の内部を流れる熱媒の温度を上昇させる。
【００２７】
排気管３２は、ボイラ３０から排出される排ガスを案内する配管である。ボイラ熱交換器ユニット３４は、排気管３２に配置され、排気管３２を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、排ガスの熱を回収する。つまり、ボイラ熱交換器ユニット３４は、排ガスの熱を吸収して、排ガスの温度を低下（減温）させ、当該排ガスと熱交換する熱媒の温度を上昇（昇温）させる。ボイラ熱交換器ユニット３４については、後述する。
【００２８】
発電ユニット４は、タービン３６と、発電機３８と、を有する。タービン３６は、動力システム１の各部で生成された蒸気が供給されることで回転するものである。タービン３６は、高圧タービン３６Ｈと低圧タービン３６Ｌとを備える。高圧タービン３６Ｈは、エンジン熱交換器ユニット１６から高圧の蒸気が供給されて駆動される。低圧タービン３６Ｌは、エンジン熱交換器ユニット１６から高圧タービン３６Ｈに供給される蒸気よりも低圧の蒸気が供給されて駆動される。また、低圧タービン３６Ｌは、ボイラユニット３の稼働時にボイラ３０で生成された蒸気が供給されて駆動される。発電機３８は、タービン３６と同軸上に設けられており、タービン３６が回転することで発電することができる。
【００２９】
蒸気循環ユニット５は、エンジン熱交換器ユニット１６と、ボイラ熱交換器ユニット３４と、第１蒸気ドラム６０と、第２蒸気ドラム６２と、ドレンタンク７２と、給水ライン７４と、低圧ライン７８と、高圧ライン７６と、ボイラライン８０と、を有する。また、蒸気循環ユニット５は、タービン３６を通過した蒸気を液化する復水器を備えている。蒸気循環ユニット５は、復水器で液化した熱媒をドレンタンク７２に供給する。
【００３０】
エンジン熱交換器ユニット１６は、高圧過熱器５０と、高圧蒸発器（第１熱交換器）５２と、高圧エコノマイザ（第１熱交換器）５４と、低圧蒸発器（第１熱交換器）５６と、ショートパス機構１０２と、低圧エコノマイザ（第２熱交換器）５８と、を有し、排気管１５に排ガス流れ方向の上流からこの順に配置されている。なお、高圧エコノマイザ５４と低圧蒸発器５６とは、排ガス流れ方向における配置順序を逆にしてもよい。高圧過熱器５０と、高圧蒸発器５２と、高圧エコノマイザ５４と、低圧蒸発器５６と、低圧エコノマイザ５８と、は、伝熱管を備え、排ガスが流れる管路内に配置された熱交換器であり、伝熱管の内部を流れる水または蒸気もしくはフロンなどの低沸点媒体と排ガスとの間で熱交換を行い、水または蒸気もしくはフロンなどの低沸点媒体を昇温させる。エンジン熱交換器ユニット１６は、高圧過熱器５０と、高圧蒸発器５２と、高圧エコノマイザ５４と、が、エンジン１２から排出された排ガスから熱を回収して蒸気もしくはフロンなどの気化した低沸点媒体を生成し、生成した蒸気を高圧タービン３６Ｈに供給する高圧蒸気循環機構となる。また、エンジン熱交換器ユニット１６は、低圧蒸発器５６と、低圧エコノマイザ５８と、が、エンジン１２から排出された排ガスから熱を回収して高圧蒸気循環機構よりも圧力の低い蒸気もしくはフロンなどの気化した低沸点媒体を生成し、生成した蒸気を低圧タービン３６Ｌに供給する低圧蒸気循環機構となる。
【００３１】
エンジン熱交換器ユニット１６の高圧蒸気循環機構は、各部が高圧ライン７６で接続されており、給水ライン７４から高圧タービン３６Ｈに向けて、上流側から高圧エコノマイザ５４、第１蒸気ドラム６０、高圧蒸発器５２、高圧過熱器５０の順で接続されている。ここで、高圧ライン７６は、第１高圧ライン７６ａと、第２高圧ライン７６ｂと、第３高圧ライン７６ｃと、を含む。第１高圧ライン７６ａは、後述する給水ライン７４と第１蒸気ドラム６０とを接続している。第１高圧ライン７６ａは、経路中に開閉弁７７ａと高圧エコノマイザ５４が設置されている。開閉弁７７ａは、開閉を切り換えることが出来る弁であり、設置されている第１高圧ライン７６ａ内に熱媒を流すか否かを切り換えることができる。ここで、後述する開閉弁は、同様の構造である。第２高圧ライン７６ｂは、両端が第１蒸気ドラム６０に接続されている。第２高圧ライン７６ｂは、経路中に開閉弁７７ｂと、高圧蒸発器５２とが設置されている。第３高圧ライン７６ｃは、一方の端部が第１蒸気ドラム６０に接続され、他方の端部が高圧タービン３６Ｈに接続されている。第３高圧ライン７６ｃは、経路中に、開閉弁７７ｃと、高圧過熱器５０とが設置されている。高圧蒸気循環機構は、熱媒が給水ライン７４から高圧エコノマイザ５４が設置された第１高圧ライン７６ａに送られ、高圧エコノマイザ５４で昇温された後、第１蒸気ドラム６０に供給される。第１蒸気ドラム６０には、第２高圧ライン７６ｂにより高圧蒸発器５２が接続されている。高圧蒸発器５２は、第２高圧ライン７６ｂにより両端が第１蒸気ドラム６０に接続されており、第１蒸気ドラム６０に貯留された熱媒を循環させつつ、排ガスで昇温させることで、蒸気となる。高圧蒸発器５２で発生した蒸気は、第３高圧ライン７６ｃにより第１蒸気ドラム６０から高圧過熱器５０に供給され、さらに過熱された後、高圧タービン３６Ｈに供給される。高圧タービン３６Ｈは、高圧蒸気循環機構から供給された蒸気で駆動される。
【００３２】
エンジン熱交換器ユニット１６の低圧蒸気循環機構は、各部が低圧ライン７８で接続されており、給水ライン７４から低圧タービン３６Ｌに向けて、上流側から低圧エコノマイザ５８、第２蒸気ドラム６２、低圧蒸発器５６の順で接続されている。ここで、低圧ライン７８は、第１低圧ライン７８ａと、第２低圧ライン７８ｂと、第３低圧ライン７８ｃと、を含む。第１低圧ライン７８ａは、後述する給水ライン７４と第２蒸気ドラム６２とを接続している。第１低圧ライン７８ａは、経路中に開閉弁７９ａと低圧エコノマイザ５８が設置されている。第２低圧ライン７８ｂは、両端が第２蒸気ドラム６２に接続されている。第２低圧ライン７８ｂは、経路中に低圧蒸発器５６が設置されている。第３低圧ライン７８ｃは、一方の端部が第２蒸気ドラム６２に接続され、他方の端部が低圧タービン３６Ｌに接続されている。低圧蒸気循環機構は、熱媒が給水ライン７４から低圧エコノマイザ５８が設置された第１低圧ライン７８ａに送られ、低圧エコノマイザ５８で昇温された後、第２蒸気ドラム６２に供給される。第２蒸気ドラム６２には、第２低圧ライン７８ｂにより低圧蒸発器５６が接続されている。低圧蒸発器５６は、第２低圧ライン７８ｂにより両端が第２蒸気ドラム６２に接続されており、第２蒸気ドラム６２に貯留された熱媒を循環させつつ、排ガスで昇温させることで、蒸気となる。低圧蒸発器５６で発生した蒸気は、第３低圧ライン７８ｃにより第２蒸気ドラム６２から低圧タービン３６Ｌに供給される。低圧タービン３６Ｌは、低圧蒸気循環機構から供給された蒸気で駆動される。低圧蒸気循環機構は、各部が、高圧蒸気循環機構の対応する各部よりも排ガスの流れ方向において下流側に配置されている。これにより、高圧蒸気循環機構よりも蒸気の温度、圧力が低くなる。
【００３３】
第１蒸気ドラム６０は、エンジン熱交換器ユニット１６の高圧蒸気を貯留するドラムであり、かつ、ボイラユニット３の蒸気を貯留するドラムである。第１蒸気ドラム６０は、上述したように、第１高圧ライン７６ａ、第２高圧ライン７６ｂ、第３高圧ライン７６ｃのそれぞれに接続されており、蒸気や液体の熱媒を循環させ、接続している熱交換器で温度を上昇させる。また、第１蒸気ドラム６０は、ボイラライン８０にも接続されており、ボイラライン８０との間でも蒸気や液体の熱媒を循環させる。第２蒸気ドラム６２は、エンジン熱交換器ユニット１６の低圧蒸気を貯留するドラムである。つまり、第２蒸気ドラム６２は、第１蒸気ドラム６０よりも低い圧力の蒸気を貯留する。第２蒸気ドラム６２は、上述したように、第１低圧ライン７８ａ、第２低圧ライン７８ｂ、第３低圧ライン７８ｃのそれぞれに接続されており、蒸気や液体の熱媒を循環させ、接続している熱交換器で温度を上昇させる。
【００３４】
ショートパス機構１０２は、低圧蒸発器５６と低圧エコノマイザ５８との間の排気管１５に配置されている。ショートパス機構１０２は、排気管１５を流れる排ガスの温度または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）濃度を調整し、排ガス中のＳ（硫黄）成分の酸化物である硫酸等により生じる腐食の腐食速度が高い条件を短時間、短距離で通過させる、つまりショートパスさせる。ショートパス機構１０２は、排ガスを冷却または希釈することで、ショートパスさせる。
【００３５】
次に、蒸気循環ユニット５は、ボイラ熱交換器ユニット３４と、第１蒸気ドラム６０と、給水ライン７４と、ボイラライン８０と、を用いて、ボイラ３０に熱媒を供給する。まず、ボイラ熱交換器ユニット３４は、排気管３２を流れる排ガス（ボイラ３０から排出される排ガス）に含まれる熱を回収する機構であり、ボイラ熱交換器ユニット３４は、第１ボイラ熱交換器６４と、第２ボイラ熱交換器６６と、を有し、排気管３２に排ガス流れ方向の上流からこの順に配置されている。ボイラ熱交換器ユニット３４は、第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とで排ガスから熱を回収することで温度が上昇した熱媒を第１蒸気ドラム６０に供給する。
【００３６】
ボイラライン８０は、給水ライン７４と、ボイラ熱交換器ユニット３４と、第１蒸気ドラム６０と、低圧タービン３６Ｌとを接続する配管である。ボイラライン８０は、第１ボイラライン８０ａと、第２ボイラライン８０ｂと、を有する。第１ボイラライン８０ａは、後述する給水ライン７４と第１蒸気ドラム６０とを接続している。第１ボイラライン８０ａは、経路中に開閉弁８１ａと第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とが設置されている。第２ボイラライン８０ｂは、第１蒸気ドラム６０と低圧タービン３６Ｌとに接続されている。第２ボイラライン８０ｂは、経路中に開閉弁８１ｂが設置されている。蒸気循環ユニット５は、熱媒が給水ライン７４から第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とが設置された第１ボイラライン８０ａに送られ、第１ボイラ熱交換器６４と第２ボイラ熱交換器６６とで昇温された後、第１蒸気ドラム６０に供給される。第１蒸気ドラム６０は、第１ボイラライン８０ａから供給された熱媒をボイラ３０の蒸発管群４６で加熱し、蒸気とする。第１蒸気ドラム６０には、第２ボイラライン８０ｂが接続されている。第１蒸気ドラム６０に貯留された蒸気は、第２ボイラライン８０ｂから低圧タービン３６Ｌに供給される。低圧タービン３６Ｌは、第２ボイラライン８０ｂから供給された蒸気でも駆動される。
【００３７】
ドレンタンク７２は、熱媒となるドレンを液体の状態で貯留するタンクである。ドレンタンク７２は、タービン３６を通過した後、復水された熱媒や別途供給された熱媒を貯留する。
【００３８】
給水ライン７４は、ドレンタンク７２、高圧ライン７６、低圧ライン７８及びボイラライン８０に接続されている。給水ライン７４は、ドレンタンク７２に貯留されたドレン（熱媒）を高圧ライン７６、低圧ライン７８及びボイラライン８０に供給する配管である。
【００３９】
次に、本実施例の動力システム１の作動について説明する。動力システム１は、上述ししたように、エンジンユニット２を稼動させている状態と、ボイラユニット３を稼動させている状態とがある。動力システム１は、基本的にエンジンユニット２を稼動させている場合、ボイラユニット３を停止しており、ボイラユニット３を稼動させている場合、エンジンユニット２を停止している。動力システム１は、エンジンユニット２を稼動させている状態と、ボイラユニット３を稼動させている状態とに応じて、各弁の開閉を切り換え、熱媒の経路を切り換える。以下では、エンジンユニット２の稼働時の動作について説明する。
【００４０】
動力システム１は、エンジンユニット２を稼動させ、ボイラユニット３を停止させている場合、開閉弁８１ａ、８１ｂを閉状態とし、開閉弁７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７９ａを開状態とする。これにより、蒸気循環ユニット５は、ドレンタンク７２から給水ライン７４に供給した熱媒を高圧ライン７６及び低圧ライン７８に供給する。高圧ライン７６に供給された熱媒は、上述したように、第１蒸気ドラム６０を通りつつ、高圧エコノマイザ５４、高圧蒸発器５２、高圧過熱器５０で温度と圧力が上昇された後、高圧タービン３６Ｈに供給される。低圧ライン７８に供給された熱媒も、上述したように、第２蒸気ドラム６２を通りつつ、低圧エコノマイザ５８、低圧蒸発器５６で温度と圧力が上昇された後、低圧タービン３６Ｌに供給される。
【００４１】
また、蒸気循環ユニット５は、開閉弁７７ｂが開状態の第２高圧ライン７６ｂに第１蒸気ドラム６０に供給された熱媒を供給し、第２高圧ライン７６ｂ、高圧蒸発器５２に熱媒を循環させる。
【００４２】
動力システム１は、排気管１５に配置されたエンジン熱回収機構１６のショートパス機構１０２が排気ガスの所定の状態をショートパスさせる。具体的には、ショートパス機構１０２は、低圧蒸発器５６で熱交換され、所定温度に減温された排ガスの温度を低減または硫酸濃度を低下させる。ショートパス機構１０２を通過した排ガスは、低圧エコノマイザ５８を通過し、低圧エコノマイザ５８で熱交換され、所定温度に減温される。低圧蒸発器５６及び低圧エコノマイザ５８は、上述したように排ガスと熱媒との熱交換を行うことで、排ガスから熱を回収し、熱媒の温度を上昇させる、つまり排ガスの熱により熱媒を加熱する。ここで、低圧蒸発器５６は、排ガスが凝集を開始する温度（凝集開始温度）より高い温度の範囲で熱交換を行う。つまり、低圧蒸発器５６は、排ガスを凝集開始温度以下に減温しない。また、低圧エコノマイザ５８は、凝集開始温度よりも低い温度の排ガスと熱交換を行う。
【００４３】
また、動力システム１は、エンジン１２で燃焼される燃料、つまり燃料供給部９０から供給する燃料に応じて、ショートパス機構１０２の稼働を制御する。図２は、動力システムの動作の一例を示すフローチャートである。制御装置６は、高Ｓ分燃料を使用しているか、つまり、高Ｓ燃料タンク９４からエンジン１２に燃料を供給しているかを判定する。制御装置６は、配管９６の制御弁９９が配置されている部分の流量、制御弁９９の開度または各種制御信号に基づいて、高Ｓ分燃料を使用しているかを判定する。制御装置６は、高Ｓ分燃料を使用していない（ステップＳ１２でＮｏ）と判定した場合、ショートパス機構１０２を停止する（ステップＳ１４）。制御装置６は、高Ｓ分燃料を使用している（ステップＳ１２でＹｅｓ）と判定した場合、ショートパス機構１０２を稼働させる（ステップＳ１６）。
【００４４】
以上のように、動力システム１は、エンジン１２から排出された排ガスに含まれる熱をエンジン熱交換器ユニット１６で回収し、タービン３６に供給することで、エンジン１２から排出された排ガスに含まれる熱を回収することができ、効率をより高くすることができる。
【００４５】
また、動力システム１は、ショートパス機構１０２により、低圧蒸発器（第１熱交換器）で、硫黄成分、具体的には硫酸（Ｈ２ＳＯ４）が凝集開始温度より高い温度まで減温された排ガスを、凝集開始温度以下の所定の温度まで減温、または所定の硫酸濃度まで希釈する。これにより、低圧エコノマイザ５８の腐食を抑制しつつ、低圧エコノマイザ５８での熱の回収を行うことができる。
【００４６】
ここで、図３は、ショートパス機構の機能を説明するためのグラフである。図３は、硫黄成分を含むガス、つまり本実施例では排ガスの温度［℃］及び硫酸濃度（Ｈ２ＳＯ４濃度）［％］と腐食速度［ｍｇ／ｃｍ２／ｈｒ］との関係を当該ガスが接触する材料毎に計測した結果を示している。なお、図３に示す材料は、一例であり、伝熱管や管路に用いる金属はこれに限定されない。
【００４７】
ショートパス機構１０２は、排ガスを減温し、所定の温度範囲をショートパスし、所定の温度以下に低減することで、図３に示すように、腐食速度が高い凝縮開始温度、本実施例では１４０℃近傍の排ガスが低圧エコノマイザ５８と接することを抑制できる。さらに、ショートパス機構１０２は、所定の温度以下に低減することで、腐食速度が遅い範囲、本実施形態では、１２０℃以下の排ガスとの熱交換を行うことができる。なお、図３に示す例では、ショートパス機構１０２が、排ガスの温度を１２０℃以下に低減するとしたがこれに限定されない。ショートパス機構１０２は、排ガス中の硫黄分濃度より求められる酸露点温度よりも２０℃低い温度以下に低減することで、腐食速度が遅い範囲の排ガスと低圧エコノマイザ５８との間で熱交換を行うことができる。ここで、ショートパス機構１０２は、排ガス中の硫黄分濃度より求められる酸露点温度よりも２０℃低い温度に近い温度まで冷却することで、より効率よく熱交換を行うことができる。なお、ショートパス機構１２０は、排ガス中の硫黄分濃度より求められる酸露点温度よりも２０℃低い温度から排ガス中の硫黄分濃度より求められる酸露点温度よりも６０℃低い温度の範囲に冷却することで、腐食速度が速い範囲をショートパスし、排ガスを腐食速度が遅い範囲にした状態で低圧エコノマイザ５８に流入させることができる。
【００４８】
また、ショートパス機構１０２は、排ガスを希釈して硫酸濃度を低減し、所定の濃度範囲をショートパスし、所定の硫酸濃度以下に低減することで、図３に示すように、腐食速度が高い凝縮開始濃度、本実施例では８０％近傍の排ガスが低圧エコノマイザ５８と接することを抑制できる。さらに、ショートパス機構１０２は、所定の濃度以下に低減することで、腐食速度が遅い範囲、本実施形態では、７５％以下の排ガスとの熱交換を行うことができる。
【００４９】
このように、動力システム１は、ショートパス機構１０２を設け、酸露点近傍の排ガスを、酸露点よりも温度が低く腐食速度が低い条件まで減温または希釈することで、酸露点近傍の腐食速度が速い条件の排ガスが低圧エコノマイザ５８に接触することを抑制することができる。また、低圧エコノマイザ５８は、酸露点以下の条件においても、腐食速度が低い条件で排ガスから熱を回収することで、伝熱管等の腐食を抑制しつつ、排ガスから熱を回収することができる。
【００５０】
ここで、ショートパス機構１０２は、上述したように、排ガスを排ガス中の硫黄分濃度より求められる露点温度よりも２０℃低い温度以下に減温することが好ましい。これにより、腐食速度をより大きく低減することができ、低圧エコノマイザ５８（第２熱交換器）の腐食を抑制することができる。前記ショーパス機構は、前記排ガスの硫酸濃度を７５％以下に低減することが好ましい。これにより、腐食速度をより大きく低減することができ、低圧エコノマイザ５８（第２熱交換器）の腐食を抑制することができる。
【００５１】
動力システム１は、図２に示す処理のように、燃焼する燃料に応じて、ショートパス機構１０２の動作の稼働と停止を切り換えることで、必要な場合のみショートパス機構１２０を稼働させることができ、低圧エコノマイザ５８（第２熱交換器）の腐食を抑制しつつ、排ガスからより多くの熱を回収することができる。つまり、低圧エコノマイザ５８で凝縮開始温度近傍から凝縮開始温度以下に減温しても、低圧エコノマイザ５８の腐食が発生しにくい、または進行しにくい条件である、硫黄成分の量が少ない低硫黄燃料の使用時は、ショートパス機構１０２を停止することで、低圧エコマイザ５８で排ガスからより多くの熱を回収することができる。これにより、装置の腐食、つまり劣化を抑制しつつ、燃料の利用効率を高くすることができる。なお、動力システム１は、ショートパス機構１０２を、常時稼働させていてもよい。
【００５２】
ここで、ショートパス機構としては、第１熱交換器を通過した酸露点以上の排ガスを第２熱交換器に到達する前に、酸露点以下の所定の条件に減温することができる種々の機構を用いることができる。例えば、耐食性を高くした加工、つまり保護膜等を形成した伝熱管を有する熱交換器を用いてもよい。ここで、ショートパス機構は、直接接触式の冷却器を用いることが好ましい。排ガスを冷却（減温）する熱媒を直接排ガスと接触する機構を用いることで、腐食速度が速い条件の排ガスと触れる部分を少なくしつつ、排ガスを冷却することができる。
【００５３】
以下、図４から図７を用いて、ショートパス機構の具体的な例について説明する。図４は、他の実施例の動力システムを表す概略構成図である。図５は、ショートパス機構の機能を説明するためのグラフである。図５は、水蒸気１０ｖｏｌ．％のガスの硫酸濃度（Ｈ２ＳＯ４）［％］と金属表面温度［℃］とにおける硫酸の状態遷移図である。
【００５４】
図４に示す動力システム１Ａは、ショートパス機構１０２Ａを有する。ショートパス機構１０２Ａは、過給機１４から排出され、エンジン１２に向けて供給される空気、具体的には給気管２０を流れ空気冷却器２１を通過した後の掃気の一部を、低圧蒸発器５６と低圧エコノマイザ５８との間の排気管１５に供給する空気供給部を有する。ショートパス機構１０２Ａは、配管１１２と制御弁１１４とを有する。本実施形態では、配管１１２と制御弁１１４とが空気供給部になる。配管１１２は、一方の端部が給気管２０に接続され、他方の端部が低圧蒸発器５６と低圧エコノマイザ５８との間の排気管１５に接続されている。制御弁１１４は、配管１１２に配置されており、開度を調整することで、配管１１２を流れる排ガスの流量を調整する。
【００５５】
ショートパス機構１０２Ａは、給気管２０を流れる掃気の一部を配管１１２で排気管１５の所定位置に供給することで、ショートパス機構１０２Ａと同様に、排ガスを所定の温度までショートパスさせる。具体的には、ショートパス機構１０２Ａは、排気管１５を流れる排ガスに掃気を行い冷却することで、図５の矢印Ａに示すように、排ガスの状態を低温、低硫酸濃度の方向に移動させることができる。これにより、低圧エコノマイザ５８の腐食を抑制しつつ、低圧エコノマイザ５８で好適に熱の回収を行うことができる。また、ショートパス機構１０２Ａは、空気を供給する手段として過給機１４を用い、過給機１４の掃気の一部を利用することで、新たな駆動源を用いずに配管系統のみで排ガスをショートパスさせる機構を実現することができる。
【００５６】
図６は、他の実施例の動力システムを表す概略構成図である。図７は、ショートパス機構の機能を説明するためのグラフである。図７は、硫酸濃度（Ｈ２ＳＯ４）が各濃度の場合の表面温度［℃］と全蒸気圧（Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ）との関係を示すグラフである。
【００５７】
図６に示す動力システム１Ｂは、ショートパス機構１０２Ｂを有する。ショートパス機構１０２Ｂは、ドレンタンク７２に貯留された熱媒（本実施例では水）を噴霧する水供給部を有する。ショートパス機構１０２Ｂは、貯留タンク１２０と供給管１２１とポンプ１２２と供給管１２４と複数の噴射部１２６とを有する。貯留タンク１２０は、熱媒（水）を貯留するタンクである。供給管１２１は、ドレンタンク７２に貯留された熱媒を貯留タンク１２０に送液する配管である。供給管１２４は、排気管１５に挿入されており、貯留タンク１２０に接続されている。ポンプ１２２は、貯留タンク１２０に貯留された熱媒を供給管１２４に送る。複数の噴射部１２６は、供給管１２４の排気管１５の内側にある部分に配置されている。噴射部１２６は、スプレーノズル等、熱媒を噴射する穴が形成された部材であり、供給管１２４を流れる熱媒を排気管１５内に噴射する。なお、噴射部１２６は、低圧蒸発器５６と低圧エコノマイザ５８との間の排気管１５に配置されている。
【００５８】
ショートパス機構１０２Ｂは、貯留タンク１２０に貯留された熱媒（水）を供給管１２４及びポンプ１２２で送り、噴射部１２６から排気管１５の所定位置から噴射することで、ショートパス機構１０２と同様に、排ガスを所定の硫酸濃度までショートパスさせる。具体的には、ショートパス機構１０２Ｂは、排気管１５を流れる排ガスに水分を供給することで、図７の矢印Ｂに示すように、排ガスの状態を低硫酸濃度の方向に移動させることができる。これにより、低圧エコノマイザ５８の腐食を抑制しつつ、低圧エコノマイザ５８で好適に熱の回収を行うことができる。また、ショートパス機構１０２Ｂは、温度の低減を抑制しつつ、硫酸濃度を低減することで、排気ガスからより多くの熱を回収することができる。
【００５９】
ここで、ショートパス機構は、上述した各機構を組み合わせてもよい。つまり、ショートパス機構は、排ガスを冷却する機構と希釈する機構の２つの機構を備えていてもよい。また１つの機構で排ガスの冷却と希釈を行ってもよい。また、エンジン熱交換器ユニット１６は、さらに多段の熱交換器を設けてもよい。また、動力システム１は、ボイラ３０の排ガスから熱を回収する第１ボイラ熱交換器６４、第２ボイラ熱交換器６６を備えていなくてもよい。また、ショートパス機構１０２よりも上流側に配置する熱交換器の構成は、特に限定されず、少なくとも１つ以上の熱交換器が配置されていればよい。なお、上記実施形態は、熱交換器の名称にエコノマイザ、蒸発器、過熱器としたが、熱交換器であればよく、名称の機能とは別の用途で用いた熱交換器としてもよい。また、本実施形態の動力システム１は、燃料として高硫黄燃料と低硫黄燃料の２種類を用いたが、燃料の種類は限定されず、１種類でもよいし３種類以上用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  動力システム
２  エンジンユニット
３  ボイラユニット
４  発電ユニット
５  蒸気循環ユニット
６  制御装置
１２  エンジン
１４  過給機
１５  排気管
１６  エンジン熱交換器ユニット（排熱回収ユニット）
２０  給気管
３０  ボイラ
３２  排気管
３４  ボイラ熱交換器ユニット
３６  タービン
３８  発電機
４２  火炉
４４  バーナ
４６  蒸発管群
４８  水ドラム
５０  高圧過熱器
５２  高圧蒸発器
５４  高圧エコノマイザ
５６  低圧蒸発器
５８  低圧エコノマイザ
６０  第１蒸気ドラム
６２  第２蒸気ドラム
６４  第１ボイラ熱交換器
６６  第２ボイラ熱交換器
７２  ドレンタンク
７４  給水ライン
７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７９ａ、８１ａ、８１ｂ  開閉弁
７６  高圧ライン
７６ａ  第１高圧ライン
７６ｂ  第２高圧ライン
７６ｃ  第３高圧ライン
７８  低圧ライン
７８ａ  第１低圧ライン
７８ｂ  第２低圧ライン
８０  ボイラライン
８０ａ  第１ボイラライン
８０ｂ  第２ボイラライン
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ  ショートパス機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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