JP2010138875A - 排気エネルギー回収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気マニホールド7とパワータービン4とを連通する排気管L2と、排気管L2の途中に接続されたガス入口制御弁V5と、ガス入口制御弁V5の上流側に位置する排気管L2に接続されて、パワータービン4を迂回するバイパス管16と、バイパス管16の途中に接続された排ガスバイパス制御弁V3とを備え、バイパス管16の途中に、エンジン本体2が高負荷運転され、パワータービン4が全負荷運転状態とされているときに、ガス入口制御弁V5を流れる排気ガスと同量の排気ガスが、エンジン本体2が高負荷運転され、パワータービン4が停止状態とされているときに、排ガスバイパス制御弁V3を流れるようにするオリフィス19を設けた。
【選択図】図1
Description
また、従来の前記排熱回収システムにおいては、回転数の制御を蒸気タービンへ送る蒸気流量の調整によって実施している。従って、急に電力需要が大幅に低下した場合、蒸気タービンは蒸気流量を制御代が取れない程小さくする必要が生じ、その結果、過剰なパワータービン出力により、その回転数制御が出来なくなり、電力系統の周波数が不安定になるという問題がある。
本発明に係る排気エネルギー回収装置は、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する排気タービン過給機と、前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記パワータービンとを連通する排気管と、前記排気管の途中に接続されたガス入口制御弁と、前記ガス入口制御弁の上流側に位置する前記排気管に接続されて、前記パワータービンを迂回するバイパス管と、前記バイパス管の途中に接続された排ガスバイパス制御弁とを備えてなるとともに、前記バイパス管の途中に、前記エンジン本体が高負荷運転され、前記パワータービンが全負荷運転状態とされているときに、前記ガス入口制御弁を流れる排気ガスと同量の排気ガスが、前記エンジン本体が高負荷運転され、前記パワータービンが停止状態とされているときに、前記排ガスバイパス制御弁を流れるようにするオリフィスが設けられている。
また、蒸気タービンの負荷が過度に小さくなって、負荷制御ができなくなることを防止することができる。
図1は本実施形態に係る排気エネルギー回収装置を具備した舶用ディーゼル機関1の概略構成図である。
ディーゼルエンジン本体(以下「エンジン本体」という。)2を構成するクランク軸(図示せず)には、プロペラ軸(図示せず)を介してスクリュープロペラ(図示せず)が直接的または間接的に取り付けられている。また、エンジン本体2には、シリンダライナ(図示せず)、シリンダカバー(図示せず)等からなるシリンダ部6が設けられており、各シリンダ部6内には、クランク軸と連結されたピストン(図示せず)が配置されている。さらに、各シリンダ部6の排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド7と接続されている。排気マニホールド7は、第1の排気管L1を介して排気タービン過給機3のタービン部3aの入口側と接続され、第2の排気管L2を介してパワータービン4の入口側と接続されている。一方、各シリンダ部6の給気ポート(図示せず)は、給気マニホールド8と接続されており、給気マニホールド8は、給気管L3を介して排気タービン過給機3のコンプレッサ部3bと接続されている。
ケーシングには、一端部をタービン部3a側に突出させ、他端部をコンプレッサ部3bに突出させた回転軸3cが挿通されている。回転軸3cの一端部は、タービン部3aを構成するタービン・ロータ(図示せず)のタービン・ディスク(図示せず)に取り付けられており、回転軸3cの他端部は、コンプレッサ部3bを構成するコンプレッサ羽根車(図示せず)のハブ(図示せず)に取り付けられている。
蒸気タービン5は、第1の蒸気管L4を介して熱交換器(例えば、排ガスボイラ)9から導かれた蒸気によって駆動される。また、第1の蒸気管L4の途中には、図示しないコントローラ(制御器)によってその開度が調整される第1のバルブ(流量調整弁)V1が接続されている。そして、蒸気タービン5で仕事を終えた蒸気は、第2の蒸気管L5を介して図示しないコンデンサ(復水器)に導かれる(戻される)ようになっている。
なお、コントローラには、エンジン本体2の負荷と、エンジン本体2が最大許容できる排気タービン過給機3からの圧縮空気の圧力との関係がデータベースとして記憶(保存)されている。すなわち、コントローラは、エンジン本体2の負荷に応じて、パワータービン4の出力を低減させるときにエンジン本体2の性能を最大限引き出すのに最適な、第3のバルブ(排ガスバイパス制御弁)V3の開度および第5のバルブ(ガス入口制御弁)V5の開度を出力する機能を備えている。
また、発電機11は、制御用抵抗器13を介して船内(本実施形態では機関室内)に別途設置された配電盤14等と電気的に接続されており、発電機11が発電機として発生した電力を船内電源として使用(利用)することができるようになっている。
また、第1の蒸気管L4の途中には、蒸気タービン5を迂回(バイパス)する第3のバイパス管20が接続されており、第3のバイパス管20の途中には、図示しないコントローラによって開閉される第6のバルブ(流量制御弁)V6が接続されている。
一方、ディーゼルエンジン本体2が高負荷運転中で、パワータービン4が運転状態とされている場合に、パワータービン4の運転を停止するには、第3のバルブV3を徐々に開くとともに、第5のバルブV5を徐々に閉じるようにすればよい。
いずれの場合も、第2の排気管L2に流入する排ガス量は一定に保たれている。
一方、ディーゼルエンジン本体2が高負荷運転から低負荷運転に移行される運転中で、給気管L3を介して給気マニホールド8に供給される外気の圧力が所定圧力以下になってしまう場合には、第3のバルブV3および/または第5のバルブV5を徐々に閉じるようにすればよい。この場合、第2の排気管L2に流入する排ガス量は徐々に減少することになる。
一方、ディーゼルエンジン本体2が高負荷運転中で、パワータービン4が運転状態とされている場合に、第3のバルブV3を徐々に開くとともに、第5のバルブV5を徐々に閉じることにより、パワータービン4の運転を停止することができる。
これにより、ディーゼルエンジン本体2が高負荷運転された状態で、パワータービン4の運転を開始または停止したとしても、第1の排気管L1を介して排気タービン過給機3に供給される排気ガスの量が変化(変動)することがないため、排気タービン過給機3からディーゼルエンジン本体2に供給される外気の圧力を一定に保つことができて、ディーゼルエンジン本体2の出力を一定に保つことができる。
図2は本実施形態に係る排気エネルギー回収装置を具備した舶用ディーゼル機関21の概略構成図である。
本実施形態に係る排気エネルギー回収装置は、第5のバルブ(ガス入口制御弁)V5およびパワータービン4の代わりに、パワータービン22を備えているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
その他の作用効果は、第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
また、上述した実施形態では、排気タービン過給機3、パワータービン4,22、蒸気タービン5をそれぞれ1台ずつ備えた排気エネルギー回収装置を一具体例として説明したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、例えば、排気タービン過給機3を2台、パワータービン4,22を1台、蒸気タービン5を1台備えたものや、排気タービン過給機3を1台、パワータービン4,22を1台、蒸気タービン5を2台備えたものにも適用可能である。
そして、発電機11がパワータービン4,22のみで駆動される場合、すなわち、排気エネルギー回収装置が排気タービン過給機3とパワータービン4,22とで構成されている場合、コントローラは、制御用抵抗器13による電力の吸収量を監視するとともに、制御用抵抗器13による電力の吸収量が大きいと判断した場合に、第5のバルブV5または可変ノズルに対して、開度を絞る信号が出力されるように構成されている。
2 ディーゼルエンジン本体(エンジン本体)
3 排気タービン過給機
3a タービン部
3b コンプレッサ部
4 パワータービン
5 蒸気タービン
7 排気マニホールド
9 熱交換器
11 発電機
16 第2のバイパス管(バイパス管)
19 オリフィス
21 舶用ディーゼル機関
22 パワータービン
L2 第2の排気管(排気管)
V3 第3のバルブ(排ガスバイパス制御弁)
V5 第5のバルブ(ガス入口制御弁)
Claims (5)
- エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する排気タービン過給機と、
前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記パワータービンとを連通する排気管と、
前記排気管の途中に接続されたガス入口制御弁と、
前記ガス入口制御弁の上流側に位置する前記排気管に接続されて、前記パワータービンを迂回するバイパス管と、
前記バイパス管の途中に接続された排ガスバイパス制御弁とを備えてなるとともに、
前記バイパス管の途中に、前記エンジン本体が高負荷運転され、前記パワータービンが全負荷運転状態とされているときに、前記ガス入口制御弁を流れる排気ガスと同量の排気ガスが、前記エンジン本体が高負荷運転され、前記パワータービンが停止状態とされているときに、前記排ガスバイパス制御弁を流れるようにするオリフィスが設けられていることを特徴とする排気エネルギー回収装置。 - 前記エンジン本体から導かれた排気ガスが内部を通過して蒸気を発生させる熱交換器と、
前記熱交換器から導かれた蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記パワータービンおよび前記蒸気タービンによって駆動される発電機とを備えてなることを特徴とする請求項1に記載の排気エネルギー回収装置。 - 前記蒸気タービンの負荷および/または前記蒸気タービンを迂回する蒸気の量を監視するとともに、前記蒸気タービンの負荷が低いと判断した場合に、前記ガス入口制御弁に対して、開度を絞る信号を出力する制御器とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の排気エネルギー回収装置。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の排気エネルギー回収装置を備えてなることを特徴とする舶用ディーゼル機関。
- エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する排気タービン過給機と、
前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記パワータービンとを連通する排気管と、
前記排気管の途中に接続されたガス入口制御弁と、
前記ガス入口制御弁の上流側に位置する前記排気管に接続されて、前記パワータービンを迂回するバイパス管と、
前記バイパス管の途中に接続された排ガスバイパス制御弁とを備えてなる排気エネルギー回収装置の運転方法であって、
前記エンジン本体が高負荷運転されているときに、前記コンプレッサ部から前記エンジン本体に供給される外気の圧力が許容圧力内で出来るだけ高くなり、前記排気管に流入する排ガス量が出来るだけ少なくなるように前記ガス入口制御弁および前記排ガスバイパス制御弁の開度を調整することを特徴とする排気エネルギー回収装置の運転方法。
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