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公開番号2024143501
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023056220
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】内燃機関に供給する過給空気に対して排ガス再循環を行いつつ、排ガスを含む過給空気を有機ランキンサイクル発電システムの熱源流体として利用する場合に、加熱器の伝熱面に生じる腐食を抑制する。
【解決手段】排ガスエコノマイザ68からの排ガスE3の一部を過給機64の吸入側に再循環させる排ガス再循環手段80を備える船舶に用いられる発電システム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、作動媒体Rを船内で生成した加熱用流体Hにより予備加熱する昇温器26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、膨張機16と、冷却器20と、発電機18と、を備える。
【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、前記排ガスエコノマイザからの排ガスの一部を前記過給機の吸入側に再循環させる排ガス再循環手段と、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、
前記循環ポンプからの作動媒体を船内で生成した加熱用流体により予備加熱する昇温器と、
排ガスの一部を含む前記過給機からの過給空気を熱源流体として、前記昇温器で加熱後の作動媒体を加熱する第１加熱器と、
前記第１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、を備える船舶用発電システム。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記第１加熱器で加熱後の作動媒体を加熱する第２加熱器を備え、
前記第２加熱器は、前記排気タービンからの排ガスを熱源流体として利用し、利用後の排ガスを前記排ガスエコノマイザの熱源流体として排出する、請求項１に記載の船舶用発電システム。
【請求項３】
前記第１加熱器で加熱後の作動媒体を加熱する第２加熱器を備え、
前記第２加熱器は、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利用し、
前記排ガス再循環手段は、前記第２加熱器からの排ガスの一部を前記過給機の吸入側に再循環させる、請求項１に記載の船舶用発電システム。
【請求項４】
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、
前記昇温器に流通させる加熱用流体の流量を調節する第２流量調節手段と、
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、
前記昇温器から流出直後の作動媒体の温度を検知する第２温度検知手段と、
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、
（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に応じて設定された第１目標温度になるように、前記第１流量調節手段を制御し、
（ｉｉｉ）前記第２温度検知手段の検知温度が第２目標温度になるように、前記第２流量調節手段を制御する、請求項２または請求項３に記載の船舶用発電システム。
【請求項５】
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４に記載の船舶用発電システム。
【請求項６】
前記第２流量調節手段は、加熱用流体の流通管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、加熱用流体の流量を調節する、請求項４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１８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、船舶用ディーゼルエンジンでは、排ガス中のＮＯ
Ｘ
（窒素酸化物）の濃度を下げるため、排ガス再循環（ＥＧＲ）システムを活用する事例が増えている。例えば、低圧ＥＧＲシステムでは、排ガスタービンおよび排ガスエコノマイザで熱回収後の排ガスの一部を過給空気に還流させることにより、シリンダー内の燃焼温度を下げ、ＮＯ
Ｘ
の生成を抑制するものである。
【０００７】
また、近年のＬＮＧ運搬船では、ＬＮＧと重油の両方を燃料とする二元燃料ディーゼルエンジンを搭載する事例が増えている。硫黄分を多く含む重油を使用しているときに、上記の低圧ＥＧＲシステムを稼働させると、過給空気には、排ガスに由来する硫黄酸化物が含まれることになる。そのため、過給空気から熱交換器（作動媒体の加熱器）にて熱回収を行う場合、加熱器の伝熱面に硫酸露点腐食が生じることが懸念される。加熱器が腐食により破損すると、作動媒体が船内に流出する危険性もある。
【０００８】
そこで、本発明は、内燃機関に供給する過給空気に対して排ガス再循環を行いつつ、排ガスを含む過給空気を有機ランキンサイクル発電システムの熱源流体として利用する場合に、加熱器の伝熱面に生じる腐食を抑制す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、前記排ガスエコノマイザからの排ガスの一部を前記過給機の吸入側に再循環させる排ガス再循環手段と、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、前記循環ポンプからの作動媒体を船内で生成した加熱用流体により予備加熱する昇温器と、排ガスの一部を含む前記過給機からの過給空気を熱源流体として、前記昇温器で加熱後の作動媒体を加熱する第一加熱器と、前記第一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、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関に供給する過給空気に対して排ガス再循環を行いつつ、排ガスを含む過給空気を有機ランキンサイクル発電システムの熱源流体として利用する場合に、加熱器の伝熱面に生じる腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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