(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレン、蒸気、またはその両方を冷却するドレンクーラーと、
前記ドレンクーラーの入口部にドレン、蒸気、またはその両方を供給する第１配管と、
前記ドレンクーラーの出口部にあるシールポットと、
前記シールポットにドレン、蒸気、またはその両方を供給する第２配管と、
前記シールポットのドレンの温度を測定する温度センサと、
前記ドレンクーラーの出口部のドレンの温度に応じて開閉が調節され、前記第１配管および第２配管に供給されるドレン、蒸気、またはその両方の量を調節する弁と、
前記シールポットからドレンを排出する水位調整管と、
前記水位調整管の入口よりも高い位置に配置され、前記ドレンクーラーとシールポットとをつなげる開口と、
を備えたドレン出口温度調整システム。
【請求項２】
前記弁が三方弁であり、
前記シールポットのドレンの温度が所定温度より低い場合、前記三方弁を調節し、第２配管に供給されるドレン、蒸気、またはその両方の量を増加させる請求項１のドレン出口温度調整システム。
【請求項３】
前記シールポットにおいて、第２配管と水位調整管の位置が水平方向にずれている請求項１または２のドレン出口温度調整システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のドレン出口温度調整システムを備えたボイラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶等のボイラシステムに適用できるドレン出口温度調整システムおよびボイラシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶に搭載された主機の燃料油として重油が使用されている。重油の粘度は高いため、ヒーターで加熱して粘度を下げる必要がある。そのために図６に示す従来のボイラシステム１００が使用されている。ボイラシステム１００は、ボイラ５２、給水５４を蓄えたカスケードタンク５６、ヒーター５８ａを備える。
【０００３】
ボイラ５２は、熱交換部６０を備えた排熱回収ボイラ６２を備える。主機６４の排熱を排気管６６から排熱回収ボイラ６２に送り、熱交換部６０に送られた給水５４を加熱する。給水５４を加熱して発生した蒸気はヒーター５８ａに送られる。
【０００４】
主機６４の燃料（重油）は燃料タンク６８から燃料配管７０を通して供給される。燃料配管７０の途中に熱交換部７２を備えたヒーター５８ａが備えられる。ヒーター５８ａが燃料を加熱し、粘度を下げる。粘度の下がった燃料が主機６４に供給される。
【０００５】
ヒーター５８ａで燃料を加熱した蒸気は、凝縮して高温のドレンになり、ドレンクーラー１０２で所定温度に冷却される。冷却されたドレンはカスケードタンク５６に戻された後、再びボイラ５２で加熱される。
【０００６】
ドレンクーラー１０２で高温のドレンを確実に所定温度まで冷却する必要がある。そのため、ドレンクーラー１０２に入れられるドレンの最大熱量に基づいてドレンクーラー１０２の冷却能力が設計される。また、ドレンクーラー１０２の冷却水（海水）の温度は赤道の水温（たとえば３２℃）で設計される。
【０００７】
しかし、ドレンクーラー１０２の冷却能力がドレンの最大熱量に基づいているため、ドレンクーラー１０２に入るときのドレンの温度が所定温度よりも低い場合が多い。また、冷却水の温度も所定温度よりも低い場合が多い。そのためカスケードタンク５６に戻されるドレンの温度が低くなる場合が多い。その低くなる分、ボイラ５２で加熱するか、ボイラ５２に給水する前に加熱する必要がある。その加熱熱量が大きくなればなるほど、ボイラ効率が悪化する。
【０００８】
図７に示すように、下記の特許文献１にカスケードタンク５６の復水５４の温度を制御するボイラシステム１１０が開示されている。特許文献１は、高温のドレンが流れる配管に三方弁１１２を設け、ドレンクーラー１０２またはカスケードタンク５６を選択できるようになっている。カスケードタンク５６の復水５４の温度を温度センサ１１４で測定し、低ければ三方弁１１２を切り換えて、高温のドレンがカスケードタンク５６に直接供給される。高温のドレンによって復水５４の温度を上げることができる。
【０００９】
しかし、三方弁１１２からカスケードタンク５６に配管を接続しており、従来と異なる配管接続になっており、設計が複雑になる恐れがある。
【００１０】
また、船舶燃料のＣ重油には必ず微量の硫黄と水素が含まれ、燃焼することにより水蒸気と亜硫酸ガスが発生する。その際、亜硫酸ガスの一部、通常１〜２％、最大４％程度が無水硫酸に転化される。無水硫酸が燃焼ガス中の水蒸気と結合して硫酸の水蒸気となり、露点温度以下の温度になると凝縮して激しい低温腐食をおこす。ディーゼルエンジン（主機６４）の排ガスが４００℃以上になると空気中の窒素と結合して窒素酸化物となるため、ＮＯｘ規制が導入され、排ガスの温度をできるだけ低く設計する傾向にある。排ガス温度が２００℃以下の低温になれば上記凝縮によって低温腐食をおこし易く、その対策としてボイラ５２への給水温度を高める必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１４−１６３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、設計を複雑化させることなく、低温腐食対策も可能なドレン出口温度調整システムおよびボイラシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のドレン出口温度調整システムは、ドレンクーラー、第１配管、シールポット、第２配管、温度センサ、および弁を備える。第１配管の入口部に第１配管からドレンクーラーにドレン、蒸気、またはその両方を供給する。それらは冷却され、シールポットに供給される。シールポットのドレンの温度を測定し、温度に応じて弁を開閉し、第２配管からドレンクーラーにドレン、蒸気、またはその両方を供給する。また、本発明のボイラシステムは上記ドレン出口温度調整システムを使用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、従来のボイラシステムに本願を適用するだけで、ボイラの給水を適温でおこなうことができ、設計を複雑化させることは無い。本願のシステムで温度制御が完結しており、従来のように配管の設計が複雑にならないため、省スペース化も可能である。カスケードタンクの温度を高温に保つことができ、ボイラへの給水温度も高くすることができる。排ガスの温度が２００℃以下に下がっても、低温腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のドレン出口温度調整システムの構成を示す図である。
【図２】ドレンクーラーの出口部付近の構成を示す図であり、（ａ）はドレンクーラーの開口と水位調整管の位置関係を示す図であり、（ｂ）は第２配管と水位調整管の位置関係を示す図である。
【図３】本発明のドレン出口温度調整システムをボイラシステムに組み込んだ構成を示す図である。
【図４】本発明の三方弁を使用したドレン出口温度調整システムの構成を示す図である。
【図５】図４の本発明のドレン出口温度調整システムをボイラシステムに組み込んだ構成を示す図である。
【図６】従来のボイラシステムの構成を示す図である。
【図７】三方弁を使用した従来の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】
【００１６】
本発明のドレン出口温度調整システムおよびボイラシステムについて図面を使用して説明する。ドレン出口温度調整システムは船舶のボイラシステムに組み込まれる場合を例に説明するが、他のボイラシステムに適用しても良い。
【００１７】
図１に示すドレン出口温度調整システム１０は、ドレンクーラー１２の入口部１４に接続された第１配管１６、ドレンクーラー１２の出口部１８にあるシールポット２０に接続された第２配管２２、シールポット２０に接続された水位調整管２４、シールポット２０のドレンの温度を測定する温度センサ２６、および第２配管２２に設けられた弁２８を備える。
【００１８】
ドレンクーラー１２は筒状の筐体３０、筐体３０内の邪魔板（図示省略）、冷却水が通過する配管（図示省略）を備える。筐体３０の中は、ドレン等が水平方向に蛇行できるように邪魔板が配置され、さらに邪魔板を貫通しながら冷却水が通過する配管が張り巡らされている。邪魔板によってドレン、蒸気、またはその両方が水平方向に蛇行しながら筐体３０内を進行する。ドレン等の進行中に、冷却水によってドレン等が冷却される。冷却水は海水または清水を利用する。なお、図１におけるドレンクーラー１２およびシールポット２０の中は第１配管１６と第２配管２２を示しているのではなく、ドレン等の流れを模式的に示している。
ドレンクーラー１２の冷却能力は、ドレンの最大熱量に基づいて設計する。たとえば高温のドレンが６０〜７５℃の所定温度に冷却できるように設計する。また、どの地域でも高温のドレンを冷却できるように、冷却水の温度は赤道の海水温（たとえば３２℃）などに基づいて設計する。ドレンクーラー１２でドレン等が必ず冷却できるようにする。
【００１９】
排出管３１から第１配管１６と第２配管２２に分岐されている。そして、ドレンクーラー１２の入口部１４に第１配管１６が接続されている。第１配管１６はヒーターなどにつながっており、ヒーターなどからドレンクーラー１２に第１配管１６を通して高温のドレン、蒸気、またはその両方が供給される。蒸気はドレンクーラー１２で冷やされて凝縮し、ドレンになる。高温のドレンは冷却水で冷却される。
【００２０】
第１配管１６の途中に弁３２を設けても良い。図１では弁３２は第１配管１６と第２配管２２の分岐位置からドレンクーラー１２までに設けられている。その弁３２によってドレン等の流れを制御する。第１配管１６を流れるドレンの温度やドレンクーラー１２の冷却能力などに応じて弁３２を開閉し、ドレンクーラー１２に供給するドレンの量を調節する。弁３２の開閉は設計段階で決定し、開閉度合いを固定しても良い。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ドレンクーラー１２の筐体３０の下部において、ドレン等が蛇行していく下流端に開口３４を設ける。筐体３０と箱型のシールポット２０が開口３４を介して接続されており、開口３４からシールポット２０に冷却されたドレン３６が供給される。図２ではドレン３６の流れを矢印で示しており、開口３４から水位調整管２４の入口４０に向かっている。
【００２２】
第２配管２２は第１配管１６から分岐し、シールポット２０に接続される。また、図２（ｂ）に示すように、シールポット２０とドレンクーラー１２とをつなげ、同圧にするための開口３８を設ける。ドレンクーラー１２でドレン等が冷却されることでドレンクーラー１２が負圧になり、さらにシールポット２０が負圧になり、第２配管２２からシールポット２０に高温のドレン、蒸気、またはその両方が吸引されるようにして入る。シールポット２０に第２配管２２から直接高温のドレン等を供給することで、シールポット２０のドレン３６の温度を上げることができる。
【００２３】
第２配管２２の内径はドレン出口温度調整システム１０を設計するときに、第１配管１６に流れるドレン等の温度によって決定する。第１配管１６に流れるドレン等の温度が高くなるほど第２配管２２の内径を小さくする。ドレン等の温度が高いほど、ドレンクーラー１２でドレン等を冷却する必要があり、シールポット２０に第２配管２２から高温のドレン等を供給する必要性が小さくなるためである。後述する弁２８でドレン等の流量を制御する以外に、第２配管２２の内径によってもドレン等の流量を制御する。
【００２４】
シールポット２０に水位調整管２４を配置する。ドレン３６がシールポット２０から水位調整管２４を通ってカスケードタンクに供給される。水位調整管２４の入口４０の位置がドレンクーラー１２およびシールポット２０のドレン３６の水位になる。上記開口３８は入口４０よりも高い位置にあり、ドレンが開口３８からシールポット２０に入らず、ドレンクーラー１２とシールポット２０を同圧にできる。
【００２５】
シールポット２０に温度センサ２６を配置する。カスケードタンクに供給するドレン３６の温度を測定する。シールポット２０内でドレンクーラー１２からのドレン等と第２配管２２からのドレン等が均一に混ざり合うように、ドレンクーラー１２の開口３４、第２配管２２の出口４２、水位調整管２４の入口４０の位置を決定する。温度センサ２６はドレン等が混ざり合って均一になった状態で温度測定する。
【００２６】
第２配管２２の弁２８は温度センサ２６と組み合わせた温度調整弁であっても良い。弁２８が温度によって比例制御される。ドレン３６の温度が所定温度よりも低ければ、温度の差分に応じた分だけ弁２８を開ける。すなわち、ドレン３６の温度が所定温度よりも低ければ低いほど、弁２８の開け具合が大きくなる。弁２８の開け具合で高温のドレン等の流れる量を制御する。
【００２７】
温度調整弁を使用する以外に、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御などによって弁２８の開閉を制御しても良い。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、シールポット２０における第２配管２２と水位調整管２４の水平方向の位置をずらして配置している。第２配管２２から高温のドレン等を直接水位調整管２４に到達させないためである。また、ドレンクーラー１２の開口３４と第２配管２２の出口４２よりも水位調整管２４の入口４０の位置を高くしている。ドレンクーラー１２と第２配管２２から供給されるドレン等が混ざり合った状態で水位調整管２４からドレン３６が放出される。第２配管２２から直接高温のドレン等がカスケードタンクに供給されない。
【００２９】
なお、ドレンクーラー１２の形状、シールポット２０の形状などで温度センサ２６の位置を適宜変更しても良い。カスケードタンクに入れるドレンの温度については所定の幅が有るため、１００％混ざり合った状態のドレン３６の温度を測定する必要もない。
【００３０】
本願のドレン出口温度調整システム１０によるドレン等の流れを説明する。最初に第２配管２２の弁２８は閉じた状態とする。
【００３１】
（１）第１配管１６からドレンクーラー１２にドレン等を供給し、冷却する。ドレンクーラー１２からシールポット２０に入ったドレン３６の温度を測定し、所定の温度であれば第２配管２２の弁２８は閉じたままである。
【００３２】
（２）シールポット２０のドレン３６の温度が所定の温度よりも低ければ弁２８を開け、第２配管２２からシールポット２０にドレン等を供給する。シールポット２０にはドレンクーラー１２以外に第２配管２２からもドレン等が供給され、シールポット２０のドレン３６の温度が上昇する。
【００３３】
（３）上記（２）によってシールポット２０のドレン３６の温度が所定の温度になれば、その温度を保持するために、弁２８の開度は一定になる。
【００３４】
以上のように、弁２８の開閉によってシールポット２０のドレン３６の温度を所定の温度にすることができる。
【００３５】
次に本願を船舶のボイラシステムに組み込んだ場合について説明する。図３に示すように、ボイラシステム５０は、ボイラ５２、ボイラ５２で蒸気を発生させるための復水５４を蓄えるカスケードタンク５６、復水５４を循環させるためのポンプＰ、ボイラ５２で発生させた蒸気を熱源としたヒーター５８ａを備える。
【００３６】
ボイラ５２は、復水５４が流れる熱交換部６０、熱交換部６０が内部に納められた排熱回収ボイラ６２、排熱回収ボイラ６２に主機６４の排熱ガスを案内する排気管６６を備える。主機６４は船舶に備えられ、Ｃ重油で駆動するディーゼルエンジンを含む。主機６４の排熱ガスが排熱回収ボイラ６２に送られ、熱交換部６０で復水５４が加熱されて蒸気になる。
【００３７】
下記の構成によって燃料を加熱して粘度を下げ、主機６４に燃料を供給する。燃料（重油など）を蓄えた燃料タンク６８、燃料タンク６８から主機６４に燃料を供給するための燃料配管７０、燃料配管７０の途中に設けられ、熱交換部７２を備えたヒーター５８ａを備える。燃料タンク６８の燃料をヒーター５８ａの熱交換部７２に供給して加熱し、主機６４に供給する。ヒーター５８ａの熱源は復水５４を加熱して発生した蒸気を利用する。
【００３８】
主機６４に供給する燃料を加熱するヒーター５８ａ以外のヒーター５８ｂを備えても良い。ヒーター５８ｂとして清浄機用燃料油加熱機、潤滑油加熱機、サービスタンク燃料加熱機、セットリングタンク燃料加熱機および清水加熱機などが挙げられる。これらのヒーター５８ｂの熱源も復水５４を加熱して発生した蒸気である。
【００３９】
また、液状積荷の温度を一定に保つためにタンクヒーティング５８ｃに蒸気を送ったり、タンクを洗浄するための海水または清水を加熱するためにタンククリーニング加熱機５８ｄに蒸気を送っても良い。
【００４０】
ヒーター５８などで利用された後の高温のドレンは排出管３１を通して第１配管１６および第２配管２２に供給される。
【００４１】
なお、従来の図６、７のボイラシステム１００、１１０に比べてヒーター５８ａ、５８ｂなどが増えているが、従来のシステム１００、１１０においてもヒーター５８ａ、５８ｂなどの数を増やしても良く、ボイラシステム５０は複雑化していない。
【００４２】
蒸気がヒーター５８ａなどで利用されて高温のドレンになり、ドレンクーラー１２に供給される。また、一部の蒸気はドレンにならずにそのままドレンクーラー１２に供給される場合がある。蒸気が発生しすぎて圧力があがった場合に、余剰蒸気調整弁７４を開けて、蒸気をドレンクーラー１２に導く。ドレンクーラー１２で所定温度になったドレンがカスケードタンク５６に戻されて、復水５４として蓄えられる。ドレンの温度がドレンクーラー１２で低くなれば、上記のようにドレンクーラー１２の出口部に高温のドレン等を供給して、ドレンの温度を上げる。
【００４３】
本発明は、温度調節したドレン３６を復水５４としてカスケードタンク５６に供給することができる。カスケードタンク５６に所定温度のドレン３６を供給するため、ボイラ給水を加熱する必要が無く、ボイラ５２の熱効率が良い。温度調節がドレン出口温度調整システム１０で完結しており、他の配管は従来のまま使用できる。ボイラシステム５０の設計が複雑化せず、省スペース化も可能である。ボイラ５２への給水温度を高く保つことができ、低温腐食対策になる。
【００４４】
また図４に示すドレン出口温度調整システム８０のように、排出管３１から第１配管１６と第２配管２２に分岐する部分に三方弁８２を設けても良い。三方弁８２によって第１配管１６と第２配管２２に流れるドレン、蒸気、またはその両方を調節する。三方弁８２は温度調整型三方弁を使用することができ、シールポット２０の温度センサ２６の温度に応じて開閉が制御される。上記実施形態と同様に、ドレン出口調整システム８０はボイラシステム８４に適用することができる（図５）。図５のボイラシステム８４は、図３のボイラシステム５０のドレン出口温度調整システム１０を図４のドレン出口温度調整システム８０に変更した以外は同じである。
【００４５】
排出管３１を流れるドレン、蒸気、またはその両方は三方弁８２の開閉の調節によって、第１配管１６と第２配管２２に流れるようにする。具体的には、シールポット２０のドレンの温度が所定温度であれば、ドレン、蒸気、またはその両方が第１配管１６を流れるようにする。また、シールポット２０のドレンの温度が所定温度よりも低くなれば、低くなった温度に応じて三方弁８２の開閉を調節し、第１配管１６だけでなく第２配管２２にもドレン、蒸気、またはその両方が流れるようにする。第２配管２２から高温のドレン、蒸気、またはその両方がシールポット２０に流れ込み、シールポット２０のドレンの温度を所定温度に上げることができる。
【００４６】
シールポット２０のドレンの温度を所定温度に保つことができ、カスケードタンク５６からボイラ５２へ給水したときの温度が高く保てる。ボイラ給水を加熱する必要が無く、ボイラ５２の熱効率が良い。排気管６６から排熱回収ボイラ６２に供給される排ガスの温度が２００℃と低温になっても、ボイラ給水の温度を高く保つことができるので、低温腐食対策をできる。
【００４７】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１０、８０：ドレン出口温度調整システム
１２：ドレンクーラー
１４：ドレンクーラーの入口部
１６：第１配管
１８：ドレンクーラーの出口部
２０：シールポット
２２：第２配管
２４：水位調整弁
２６：温度センサ
２８：第２配管の弁
３０：ドレンクーラーの筐体
３１：排出管
３２：第１配管の弁
３４：ドレンクーラーの下部の開口
３６：シールポットのドレン
３８：ドレンクーラーの開口
４０：水位調整弁の入口
４２：第２配管の出口
５０、８４：ボイラシステム
５２：ボイラ
５４：復水
５６：カスケードタンク
５８ａ、５８ｂ：ヒーター
５８ｃ：タンクヒーティング
５８ｄ：タンククリーニング加熱機
６０：熱交換部
６２：排熱回収ボイラ
６４：主機
６６：排気管
６８：燃料タンク
７０：燃料配管
７２：熱交換部
７４：余剰蒸気調整弁
８２：三方弁
【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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