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公開番号2024143497
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023056216
出願日2023-03-30
発明の名称船舶用発電システム
出願人三浦工業株式会社
代理人個人,個人
主分類F01K 23/10 20060101AFI20241003BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】温度の異なる2種類以上の熱源流体から熱回収を行う船舶用の有機ランキンサイクル発電システムにおいて、1段目の加熱器から2段目の加熱器に、輸送管路を通じて作動媒体を輸送する過程で発生する圧力損失を低減し、システム発電効率を向上させる。
【解決手段】船舶用発電システム1であって、作動媒体Rを循環させる循環回路LCと、循環ポンプ22と、過給機64からの過給空気A2で作動媒体Rを加熱する第1加熱器10と、排ガスエコノマイザ68からの排ガスE2で作動媒体Rを加熱する第2加熱器12と、膨張機16と、冷却器20と、発電機18と、作動媒体Rの流量を調節する第1流量調節手段40と、制御手段30と、を備え、制御手段30は、第1加熱器10が予熱器として作動し、かつ第2加熱器12が蒸発器として作動するように、第1流量調節手段40を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
船体の推進力を得る内燃機関と、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記内燃機関に過給空気を供給する過給機と、前記過給機に連結され、前記内燃機関からの排ガスにより回転される排気タービンと、前記排気タービンからの排ガスを用いて蒸気を生成する排ガスエコノマイザと、を備える船舶に用いられる発電システムであって、
水よりも低沸点の作動媒体を循環させる循環回路と、
作動媒体を前記循環回路内に流通させる循環ポンプと、
前記過給機からの過給空気を熱源流体として、前記循環ポンプからの作動媒体を加熱する第１加熱器と、
前記排ガスエコノマイザからの排ガスを熱源流体として、前記第１加熱器で加熱後の作動媒体を加熱する第２加熱器と、
前記第２加熱器で加熱後の作動媒体の膨張エネルギーにより回転される膨張機と、
前記膨張機を通過後の作動媒体を冷却用流体により冷却する冷却器と、
前記膨張機に連結され、前記膨張機の回転により駆動される発電機と、
前記循環ポンプから供給される作動媒体の流量を調節する第１流量調節手段と、
発電システムの運転を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第１加熱器が予熱器として作動し、かつ前記第２加熱器が蒸発器として作動するように、前記第１流量調節手段を制御する船舶用発電システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１加熱器から流出直後の作動媒体の圧力を検知する圧力検知手段と、
前記第１加熱器から流出直後の作動媒体の温度を検知する第１温度検知手段と、を備え、
前記制御手段は、
（ｉ）前記圧力検知手段の検知圧力における作動媒体の飽和蒸気温度を求め、
（ｉｉ）前記第１温度検知手段の検知温度が前記飽和蒸気温度を下回る目標温度になるように、前記第１流量調節手段を制御する請求項１に記載の船舶用発電システム。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記内燃機関の負荷率の情報を取得し、
前記負荷率の情報が低負荷率を示す場合には、前記目標温度をより上位に設定し、
前記負荷率の情報が高負荷率を示す場合には、前記目標温度をより下位に設定する、請求項２に記載の船舶用発電システム。
【請求項４】
始端部が前記循環ポンプの吐出側の前記循環回路から分岐し、終端部が前記第２加熱器の出口側の前記循環回路に合流する分流路と、
前記分流路に流入させる作動媒体の流量を調節する第２流量調節手段と、
前記膨張機に流入する作動媒体の温度を検知する第２温度検知手段と、
前記第２流量調節手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第２温度検知手段の検知温度が前記目標温度よりも上位の目標過熱度になるように、前記第２流量調節手段を制御する、請求項２に記載の船舶用発電システム。
【請求項５】
始端部が前記循環ポンプの吐出側の前記循環回路から分岐し、終端部が前記第２加熱器の入口側の前記循環回路に合流する分流路と、
前記分流路に流入させる作動媒体の流量を調節する第２流量調節手段と、
前記膨張機に流入する作動媒体の温度を検知する第２温度検知手段と、
前記第２流量調節手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第２温度検知手段の検知温度が前記目標温度よりも上位の目標過熱度になるように、前記第２流量調節手段を制御する、請求項２に記載の船舶用発電システム。
【請求項６】
始端部が前記第２加熱器の入口側の前記循環回路から分岐し、終端部が前記第２加熱器の出口側の前記循環回路に合流する分流路と、
前記分流路に流入させる作動媒体の流量を調節する第２流量調節手段と、
前記膨張機に流入する作動媒体の温度を検知する第２温度検知手段と、
前記第２流量調節手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第２温度検知手段の検知温度が前記目標温度よりも上位の目標過熱度になるように、前記第２流量調節手段を制御する、請求項２に記載の船舶用発電システム。
【請求項７】
前記第１流量調節手段は、前記循環ポンプの駆動モータの回転数を制御可能なインバータ装置であり、
前記制御手段は、前記インバータ装置を介して前記駆動モータの回転数を制御することにより、作動媒体の流量を調節する、請求項１から６のいずれかに記載の船舶用発電システム。
【請求項８】
前記第２流量調節手段は、前記分流路に設けられた流量調節弁であり、
前記制御手段は、前記流量調節弁の開度を制御することにより、作動媒体の流量を調節する、請求項４から６のいずれかに記載の船舶用発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用発電システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、有機ランキンサイクルを利用した船舶用発電システムが知られている。例えば、特許文献１には、船舶のディーゼルエンジン（推進用主機）から排出される排ガスから熱回収する第１排熱回収器１（排ガスエコノマイザ）と、ディーゼルエンジンに設けられた過給機の空気冷却器３から熱回収する第２排熱回収器５と、これら排熱回収器１，５から排熱を受け取る熱媒が循環する熱媒経路７と、熱媒経路７の熱媒から熱を受け取る有機流体経路９と、を備える排熱回収発電装置１０が開示されている。この排熱回収発電装置１０は、有機流体経路９に設けられた単一の蒸発器６０にて、熱媒経路７を流通する熱媒からの入熱で有機流体を蒸発し、有機流体ガスでタービン６２を回転駆動させることにより、発電機６８で発電させる。
【０００３】
また、特許文献２には、水より低沸点の作動媒体が循環する循環流路１０に、作動媒体ポンプ１５の吐出側から順に蒸発器１１および過熱器１２が設けられた発電装置が開示されている。この発電装置は、蒸気や温水等の加熱媒体を過熱器１２および蒸発器１１の順に流通させて、作動媒体を蒸発させつつ過熱し、作動媒体ガスでスクリュ膨張機１３を回転駆動させることにより、発電機２０で発電させる。また、発電装置は、過熱器１２の出口側での過熱度が所定の目標値になるように作動媒体ポンプ１５の回転数を制御するポンプ制御手段を備え、蒸発器１１の出口側での作動媒体の温度が飽和温度未満である場合に、過熱度に対する所定の目標値を上げることで、作動媒体の循環流量を低減させる制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１１－１４９３３２号公報
特開２０１４－４７６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のシステムは、圧縮空気および排ガスに含まれる排熱を一旦熱媒に吸収させる構成であるため、熱回収用に少なくとも３つの熱交換器（１，５，６０）と熱媒循環ポンプが必要である。また、熱交換器（１，５）に流入させる圧縮空気や排ガスの流量を調節するために、複数のバルブも必要であることから、据付工事を含む設備費用が高額になりやすい。そこで、特許文献２のシステムのように、熱回収用に２つの熱交換器（１１，１２）を用いて、それぞれに圧縮空気および排ガスを流通させると共に、これらの熱源流体の流量を調節しないように構成することが考えられる。
【０００６】
ところで、船舶の内部では、熱源流体の発生源となる複数の機器（過給機や排ガスエコノマイザ）の設置場所が水平方向および鉛直方向に大きく離れている場合がある。熱源流体からの熱回収を容易にするため、これらの複数の機器の近傍に熱回収用の熱交換器（作動媒体の加熱器）をそれぞれ設置すると、加熱器どうしの位置にも相当の距離が生まれることになる。
【０００７】
特に、１段目の加熱器と２段目の加熱器との間に距離がある場合には、作動媒体が加熱器間を移動する際の圧力損失が問題となる。この圧力損失が大きくなると、ポンプ動力が増大するため、システム発電効率を悪化させてしまう原因となる。
【０００８】
そこで、本発明は、温度の異なる２種類以上の熱源流体から熱回収を行う有機ランキンサイクルを利用した船舶用発電システムにおいて、１段目の加熱器から２段目の加熱器に、輸送管路を通じて作動媒体を輸送する過程で発生する圧力損失を低減し、システム発電効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の船舶用発電システムは、船体の推進力を得る内燃機関と、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記内燃機関に過給空気を供給する過給機と、前記過給機に連結され、前記内燃機関からの排ガスにより回転される排気タービンと、前記排気タービンからの排ガスを用いて蒸気を生成する排ガスエコノマイザと、を備える船舶に用いられる発電システムであって、水よりも低沸点の作動媒体を循環させる循環回路と、作動媒体を前記循環回路内に流通させる循環ポンプと、前記過給機からの過給空気を熱源流体として、前記循環ポンプからの作動媒体を加熱する第１加熱器と、前記排ガスエコノマイザからの排ガスを熱源流体として、前記第１加熱器で加熱後の作動媒体を加熱する第２加熱器と、前記第２加熱器で加熱後の作動媒体の膨張エネルギーにより回転される膨張機と、前記膨張機を通過後の作動媒体を冷却用流体により冷却する冷却器と、前記膨張機に連結され、前記膨張機の回転により駆動される発電機と、前記循環ポンプから供給される作動媒体の流量を調節する第１流量調節手段と、発電システムの運転を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１加熱器が予熱器として作動し、かつ前記第２加熱器が蒸発器として作動するように、前記第１流量調節手段を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明よれば、温度の異なる２種類以上の熱源流体から熱回収を行う有機ランキンサイクルを利用した船舶用発電システムにおいて、１段目の加熱器から２段目の加熱器に、輸送管路を通じて作動媒体を輸送する過程で発生する圧力損失を低減し、システム発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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