JP5976498B2 - 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 - Google Patents
内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5976498B2 JP5976498B2 JP2012237053A JP2012237053A JP5976498B2 JP 5976498 B2 JP5976498 B2 JP 5976498B2 JP 2012237053 A JP2012237053 A JP 2012237053A JP 2012237053 A JP2012237053 A JP 2012237053A JP 5976498 B2 JP5976498 B2 JP 5976498B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- steam
- internal combustion
- combustion engine
- supercharger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 211
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 129
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 30
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 78
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 230000002000 scavenging effect Effects 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
- F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
そして、ハイブリッド過給機を備えたディーゼル機関に対して、ディーゼル機関の排気ガスから熱回収する排ガスエコノマイザを組合せ、排ガスボイラで得られた蒸気によって蒸気タービンを駆動して蒸気タービン発電機にて発電を行う場合には、以下の問題が生じるおそれがある。
このように、ハイブリッド過給機の発電停止動作が行われると、発電量の減少だけでなく排気ガス温度の降下が生じるので、蒸気入口制御弁の開動作および給水制御弁の開動作が重なり、汽水分離器内の圧力が急降下し、排ガスボイラで発生する蒸気量が大きく減少して安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転が困難となるおそれがある。また、排ガスボイラで発生する蒸気量が大きく減少すると、必要な蒸気が賄えず、最悪の場合、高粘度の重油燃料及び潤滑油を暖めることができず、粘度コントロールができなくなることで主機の安定運転にも影響を及ぼす可能性がある。
このように、ハイブリッド過給機の発電開始動作が行われると、発電量の増大だけでなく排気ガス温度の上昇が生じるので、蒸気入口制御弁の閉動作および給水制御弁の閉動作が重なり、汽水分離器内の圧力が急上昇し、排ガスボイラで発生する蒸気量が大きく増加して安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転が困難となるおそれがある。
そこで、ディーゼル機関の約50%負荷以上といった高負荷域で発電動作するハイブリッド過給機と、VTI過給機とを組み合わせることで、主機全負荷域で推進プラント全体での燃料消費量を抑えることが考えられる。
ここで、推進プラント全体での燃料消費量削減とは、ディーゼル機関からの排ガスエネルギを有効に活用して発電をすることで、発電用エンジンでの燃料消費量を減らし、主機および発電用エンジンを含む推進プラント全体での燃料消費量削減を意味する。
したがって、ハイブリッド過給機に対してVTI過給機を組み合わせた場合にも、排ガスボイラで発生する蒸気量が大きく変動し、安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転が困難となるという問題がある。
また、本発明は、発電を行うとともにタービンノズル通過面積が可変とされた過給機が発電停止動作ないし発電開始動作を行い、かつタービンノズル面積減少動作ないしタービンノズル面積増大動作を行う際に、排ガスボイラで発生する蒸気量の急変動を回避して安定して蒸気タービン及び蒸気タービン発電機を運転することができる内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の内燃機関システムは、内燃機関と、該内燃機関からの排気ガスによって駆動されるタービン部、該タービン部により駆動されて前記内燃機関に空気を圧送するコンプレッサ部、および前記タービン部の回転力を得て発電する発電部を有する過給機と、前記内燃機関からの排気ガスから熱回収するとともに汽水分離器を備えた排ガスボイラと、前記排ガスボイラへ給水される水量を制御する給水制御弁と、前記排ガスボイラで得られた蒸気によって駆動される蒸気タービンと、蒸気タービンへ導かれる蒸気量を制御する蒸気入口制御弁と、該蒸気タービンによって発電する蒸気タービン発電機とを備え、前記給水制御弁は、前記汽水分離器内の水位が許容水位範囲を下回ると開方向に制御され、かつ、該許容水位範囲を上回ると閉方向に制御され、前記蒸気入口制御弁は、前記過給機の前記発電部による発電量の増減に応じて、前記蒸気タービン発電機による発電量を補うように制御される内燃機関システムであって、前記過給機の前記発電部による発電を停止する過給機発電停止動作、および/または、前記過給機の前記発電部による発電を開始する過給機発電開始動作が行われる際に、前記汽水分離器の前記許容水位範囲を拡大することを特徴とする。
また、過給機発電開始動作が行われる際に、汽水分離器の許容水位範囲を拡大することとし、汽水分離器内の水位が上昇しても拡大した許容水位範囲内である場合には、給水制御弁を絞って給水量を減少させることを禁止した。これにより、水位が上昇しても給水量を減少させることがないので、汽水分離器内の圧力の急上昇を抑制することができ、排ガスボイラで発生する蒸気量の急上昇を回避して、安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転を確保することができる。
なお、汽水分離器の許容水位範囲は、例えば、通常時の±50mmから、百数十mm(例えば±150mm)へと拡大される。
また、典型的には、過給機の発電部および蒸気タービンは、需要電力(例えば船内需要電力)を満足するように他の発電機(例えばディーゼルエンジン発電機)や二次電池の発電動作を管理する電力管理システム(PMS;Power Management System)によって発電動作が制御される。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1乃至図3を用いて説明する。
図1には、船舶に用いられる舶用ディーゼル機関システム(内燃機関システム)1が示されている。同図に示すように、舶用ディーゼル機関システム1は、例えば低速2サイクルディーゼル機関とされた主機(内燃機関)2と、主機2に圧縮空気を供給する過給機3と、主機2からの排気ガスから熱回収する排ガスエコノマイザ(排ガスボイラ)4とを備えている。
排気マニホールド7には、排気バイパス弁(排気バイパス手段)11が設けられており、この排気バイパス弁11を開とすることにより、排気マニホールド7からの排気ガスの一部を過給機3へと供給させずに排ガスエコノマイザ4側へとバイパスするようになっている。排気バイパス弁11は、図示しない制御部によって制御されるようになっている。
給気マニホールド8には、掃気バイパス弁(掃気抽気手段)9が設けられており、この掃気バイパス弁9を開とすることにより、給気マニホールド8内の空気を放出することができるようになっている。掃気バイパス弁9は、図示しない制御部によって制御されるようになっている。
PMS28は、船内需要電力に応じて発電電力を制御するものであり、ディーゼルエンジン発電機DGを駆動する例えば4ストロークとされた発電用ディーゼルエンジン37の制御も行うようになっている。ディーゼルエンジン発電機DGの発生電力は、船内母船33へと出力される。なお、図1では、3組の発電用ディーゼルエンジン37及びディーゼルエンジン発電機DGが示されているが、1組や2組でも、あるいは4組以上であっても良い。さらに、PMS28は、リチウム二次電池等の二次電池の制御を行うようにしても良い。
開閉弁3eを閉じると排気ガスは分岐配管3dを流れずにタービンノズルの隔壁3fの外周側のみを流れるようになり、タービンノズル通過面積が狭められることでVTI機能がONとなる。一方、開閉弁3eを開けると排気ガスは分岐配管3dを流れてタービンノズルの隔壁3fの内周側にも流れるようになり、タービンノズル通過面積が拡大されてVTI機能がOFFとなる。
高圧熱交換器10aにて加熱された過熱蒸気の一部は、高圧蒸気バイパス弁29を介して各船内補機20へと導かれる。それぞれの船内補機20へ供給される蒸気の分配は、各流量調整弁31a,31bを制御することによって行われる。各船内補機20へ導かれず余剰となった蒸気は、コンデンサ34へと導かれる。
汽水分離器12の上部には、安全弁24が設けられており、汽水分離器12内の圧力が所定値以上になると安全弁が開き内部の蒸気を外部へと放出するようになっている。
各船内補機20にて使用された後の蒸気は、ドレンクーラ15へと導かれ、ドレンクーラ15によって凝縮されたドレン水は、ドレン溜まり16に貯留される。ドレン溜まりには、後述するグランドコンデンサ36からの凝縮水も導かれる。ドレン溜まり16内に貯留されたドレン水は、給水ポンプ18によって上述した主機給水ヒータ17へと導かれる。
蒸気タービン23に供給される高圧蒸気流量は、蒸気入口制御弁22によって調整される。蒸気入口制御弁22の開度は、タービンコントロールパネル43の指令を受けたガバナ44からの信号によって制御される。タービンコントロールパネル43は、PMS28によって制御される。したがって、蒸気入口制御弁22は、PMS28によって定められた発電量を蒸気タービン発電機40が出力するように、その開度が制御されるようになっている。
蒸気タービン23にて仕事を終えた蒸気は、コンデンサ34へと導かれて凝縮し、その凝縮水(復水)は復水ポンプ42によってグランドコンデンサ36へと導かれる。
ドレン溜まり16に貯留されたドレン水は、給水ポンプ18によって主機給水ヒータ17へと導かれ加熱され、補助ボイラ14の汽水分離器12と低圧蒸気系統19の低圧汽水分離器21へと導かれる。
汽水分離器12へと導かれた水は、送水ポンプ25aによって中圧熱交換器10bへと導かれて蒸気とされ、汽水分離器12へと戻される。汽水分離器12にて分離された蒸気は、高圧熱交換器10aへと導かれ、高温の過熱蒸気とされる。高圧熱交換器10aにて生成された過熱蒸気は、蒸気入口制御弁22にて流量を調整された後に蒸気タービン23へと導かれる。
一方、低圧汽水分離器21へと導かれた水は、送水ポンプ25bによって低圧熱交換器10cへと導かれて蒸気とされ、低圧汽水分離器21へと戻される。低圧汽水分離器21にて分離された低圧蒸気は、蒸気タービン23の中間段へと導かれる。
導かれた蒸気によって駆動された蒸気タービン23の回転出力は、減速機38を介して蒸気タービン発電機40へと伝達され、発電が行われる。この蒸気タービン発電機40による発電量は、PMS28によって管理されている。PMS28は、過給機3の発電機3cの発電量、他の発電機(ディーゼルエンジン発電機DG)の発電量、二次電池BTの充放電状態をオンラインで得ており、これらから供給される電力の合計が船内需要電力を満たすように各機器に発電指令を送る。蒸気タービン発電機40の発電量については、タービンコントロールパネル43に指示を送り、ガバナ44を介して蒸気入口制御弁22の開度が制御される。具体的には、蒸気入口制御弁22は、過給機3の発電機3cによる発電量の増減に応じて、蒸気タービン発電機40による発電量を補うように制御される。すなわち、過給機3の発電機3cの発電量が減少したときには蒸気タービン発電機40による発電量が増大するように蒸気入口制御弁22の開度が開方向に制御され、過給機3の発電機3cの発電量が増加したときには蒸気タービン発電機40による発電量が減少するように蒸気入口制御弁22の開度が閉方向に制御される。
次に、主機負荷上昇時に、過給機の発電機能およびVTI機能を切り換える場合について説明する。
図3に示すように、主機負荷上昇時(増速時)では、発電機能については所定の負荷(図3では65%)にて非発電動作から発電動作へと切り換える。これは、図3の「ハイブリッド過給機発電電力」のグラフの実線が負荷65%で立ち上がっていることから分かる。一方、VTI機能については、所定の負荷(図3では65%)にてONからOFFへと切り換える。これは、図3の「主機掃気圧力」のグラフの細実線が一点鎖線よりも高い圧力から負荷65%で降下していることから分かる。そして、同図の「主機排気ガス温度」のグラフから分かるように、排気ガス温度が急激に上昇する。
このように、過給機3の発電開始動作が行われると、過給機3の発電機3cの発電量の増大だけでなく排気ガス温度の上昇が生じるので、蒸気入口制御弁22の閉動作および給水制御弁27の閉動作が重なり、汽水分離器12内の圧力が急上昇し、排ガスエコノマイザ4で発生する蒸気量が大きく増加して安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転が困難となるおそれがある。
主機負荷減少時(減速時)は、上述した主機負荷上昇時とは逆に、発電機能については所定の負荷(図3では65%)にて発電動作から非発電動作へと切り換える。一方、VTI機能については、所定の負荷(図3では65%)にてOFFからONへと切り換える。この場合、図3の「主機掃気圧力」のグラフから分かるように、掃気圧力が急上昇する。そして、図3の「主機排気ガス温度」から分かるように、排気ガス温度が急激に降下する。
このように、過給機3の発電停止動作が行われると、発電が停止するだけでなく排気ガス温度の降下が生じるので、蒸気入口制御弁22の開動作および給水制御弁27の開動作が重なり、汽水分離器12内の圧力が急降下し、排ガスエコノマイザ4で発生する蒸気量が大きく減少して安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転が困難となるおそれがある。また、排ガスエコノマイザ4で発生する蒸気量が減少すると、必要な蒸気が賄えず、最悪の場合、高粘度の重油燃料及び潤滑油を暖めることができず、粘度コントロールができなくなることで、主機2の安定運転までもが困難となるおそれがある。
同図に示されているように、汽水分離器12の許容水位範囲が通常運転時には±50mmとされているものが、切換時には±150mmに変更されるようになっている。
また、切換時の主機負荷(65%)から所定量だけ主機負荷が変化したことをもって復帰タイミングとすることができる。あるいは、切換時から所定時間経過後を復帰タイミングとしてもよく、水位計によって計測された水位の時間変化量が所定値以下となったことをもって復帰タイミングとしてもよい。
次に、参考実施形態について説明する。基本的構成は図1乃至図3を用いて説明した第1実施形態と同様であるのでその説明は省略する。第1実施形態では、過給機3の発電機能およびVTI機能の切換時に汽水分離器12の許容水位範囲を変更することによって、汽水分離器12内の急激な圧力変動を回避することとしたが、本実施形態では、許容水位範囲を変更せずに、二次電池BTを用いる点で相違する。
したがって、本実施形態は、PMS28が二次電池を管理する場合に適用できるものである。
主機負荷上昇時に過給機3の発電開始動作が行われる際に、二次電池による充電要求指令を図示しない制御部からPMS28に発することとした。PMS28は、充電要求指令を受けると、二次電池に対して充電指令を送る。二次電池は、過給機3の発電機3cの発電量の増大分を吸収するように充電する。このようにしてPMS28は、各発電機からの合計電力を船内需要電力に合わせることができる。
これにより、過給機3の発電機3cの発電量の増大分を吸収するために蒸気入口制御弁22を絞ることが回避されるので、汽水分離器12内の圧力の急上昇を抑制することができ、排ガスエコノマイザ4で発生する蒸気量の急上昇を回避して、安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転を確保することができる。
これにより、過給機3の発電機3cの発電停止にともなう船内の発電量の低下分を補うために蒸気入口制御弁22が開くことが回避されるので、汽水分離器12内の圧力の急減少を抑制することができ、排ガスエコノマイザ4で発生する蒸気量の急減を回避して、安定した蒸気タービン及び蒸気タービン発電機の運転を確保することができる。
同図に示されているように、通常運転時には二次電池に対する動作要求をPMS28に行うことはせずに、切換時に充電要求または放電要求を行うようになっている。
2 主機(内燃機関)
3 過給機
3a タービン部
3b コンプレッサ部
3c 発電機
3d 分岐管(タービンノズル通過面積可変機構)
3e 開閉弁(タービンノズル通過面積可変機構)
3f 隔壁(タービンノズル通過面積可変機構)
4 排ガスエコノマイザ(排ガスボイラ)
12 汽水分離器
22 蒸気入口制御弁
23 蒸気タービン
28 PMS(電力管理システム)
40 蒸気タービン発電機
Claims (4)
- 内燃機関と、
該内燃機関からの排気ガスによって駆動されるタービン部、該タービン部により駆動されて前記内燃機関に空気を圧送するコンプレッサ部、および前記タービン部の回転力を得て発電する発電部を有する過給機と、
前記内燃機関からの排気ガスから熱回収するとともに汽水分離器を備えた排ガスボイラと、
前記汽水分離器内の水位が許容水位範囲を下回ると開方向に制御し、かつ、該許容水位範囲を上回ると閉方向に制御するように前記排ガスボイラへ給水される水量を制御する給水制御弁と、
前記排ガスボイラで得られた蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンによって発電する蒸気タービン発電機と、
前記過給機の前記発電部による発電量の増減に応じて、前記蒸気タービン発電機による発電量を補うように蒸気タービンへ導かれる蒸気量を制御する蒸気入口制御弁と、
を備えた内燃機関システムであって、
前記過給機の前記発電部による発電を停止する過給機発電停止動作、および/または、前記過給機の前記発電部による発電を開始する過給機発電開始動作が行われる際に、前記汽水分離器の前記許容水位範囲を拡大することを特徴とする内燃機関システム。 - 前記過給機は、前記タービン部へ供給される前記排気ガスのタービンノズル通過面積を可変とするタービンノズル通過面積可変機構を備えていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関システム。
- 請求項1又は2に記載された内燃機関システムを備えていることを特徴とする船舶。
- 内燃機関を駆動する工程と、
内燃機関からの排気ガスによってタービン部を駆動するとともに、該タービン部の駆動によりコンプレッサ部を駆動することで前記内燃機関に空気を圧送する工程と、
前記タービン部の回転力を得て過給機にて発電を行う工程と、
汽水分離器を備えた排ガスボイラに給水を行うとともに前記内燃機関からの排気ガスと熱交換を行うことで蒸気を発生させる工程と、
前記熱交換により発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動し、発電を行う工程と、
を備えた内燃機関システムの運転方法において、
前記汽水分離器内の水位が許容水位範囲を下回ると給水を開始し、かつ、該許容水位範囲を上回ると給水を停止する工程と、
前記過給機による発電量の増減に応じて、前記蒸気タービンによる発電量を制御する工程と、
前記過給機による発電を停止する過給機発電停止動作、および/または、前記過給機による発電を開始する過給機発電開始動作が行われる際に、前記汽水分離器の前記許容水位範囲を拡大する工程と、
を備えたことを特徴とする内燃機関システムの運転方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012237053A JP5976498B2 (ja) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 |
KR1020157000777A KR101660655B1 (ko) | 2012-10-26 | 2013-10-25 | 내연기관 시스템 및 이를 구비한 선박 및 내연기관 시스템의 운전방법 |
CN201380037384.8A CN104487661B (zh) | 2012-10-26 | 2013-10-25 | 内燃机***及具备该内燃机***的船舶以及内燃机***的运行方法 |
PCT/JP2013/078944 WO2014065397A1 (ja) | 2012-10-26 | 2013-10-25 | 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012237053A JP5976498B2 (ja) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014084853A JP2014084853A (ja) | 2014-05-12 |
JP2014084853A5 JP2014084853A5 (ja) | 2016-06-30 |
JP5976498B2 true JP5976498B2 (ja) | 2016-08-23 |
Family
ID=50544768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012237053A Active JP5976498B2 (ja) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5976498B2 (ja) |
KR (1) | KR101660655B1 (ja) |
CN (1) | CN104487661B (ja) |
WO (1) | WO2014065397A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6498433B2 (ja) * | 2014-12-19 | 2019-04-10 | 三菱重工業株式会社 | 排熱回収システム及びこれを備えた船舶ならびに排熱回収方法 |
JP6389794B2 (ja) * | 2015-04-09 | 2018-09-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱エネルギー回収装置 |
JP6700860B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2020-05-27 | 三菱重工業株式会社 | 内燃機関の制御装置及び内燃機関 |
JP6723791B2 (ja) * | 2016-03-31 | 2020-07-15 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | 排熱回収装置、内燃機関システムおよび船舶、並びに排熱回収装置の制御方法 |
RU2635425C1 (ru) * | 2017-02-09 | 2017-11-13 | Никишин ГмбХ | Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания |
EP3594569A1 (en) * | 2018-07-12 | 2020-01-15 | Repsol, S.A. | Heat recovery device |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58150009A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-06 | Toshiba Corp | コンバインドサイクル制御装置 |
JPH0329523Y2 (ja) * | 1985-12-11 | 1991-06-24 | ||
JP3587630B2 (ja) * | 1996-09-20 | 2004-11-10 | 日立造船株式会社 | 発電設備および動力設備 |
GB0500253D0 (en) * | 2005-01-07 | 2005-02-16 | Peter Brotherhood Ltd | Energy recovery system |
KR101238728B1 (ko) * | 2006-04-12 | 2013-03-05 | 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 | 에너지 회수 설비를 구비한 대형 터보 과급 디젤 엔진 |
JP4648347B2 (ja) * | 2007-02-23 | 2011-03-09 | 三菱重工業株式会社 | ハイブリッド排気タービン過給機 |
JP4592816B2 (ja) * | 2007-05-03 | 2010-12-08 | エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド | Scr反応器を備える大型ターボ過給型ディーゼルエンジン |
JP5222274B2 (ja) * | 2009-02-18 | 2013-06-26 | 三菱重工業株式会社 | 軸流タービンを備えたターボ過給機 |
JP5138643B2 (ja) * | 2009-07-28 | 2013-02-06 | 三菱重工業株式会社 | タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶 |
JP5155980B2 (ja) * | 2009-10-23 | 2013-03-06 | 三菱重工業株式会社 | ターボコンパウンドシステムおよびその運転方法 |
JP2011149332A (ja) * | 2010-01-21 | 2011-08-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 排熱回収発電装置およびこれを備えた船舶 |
JP2011231636A (ja) * | 2010-04-26 | 2011-11-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 排熱回収発電装置およびこれを備えた船舶 |
-
2012
- 2012-10-26 JP JP2012237053A patent/JP5976498B2/ja active Active
-
2013
- 2013-10-25 KR KR1020157000777A patent/KR101660655B1/ko active IP Right Grant
- 2013-10-25 WO PCT/JP2013/078944 patent/WO2014065397A1/ja active Application Filing
- 2013-10-25 CN CN201380037384.8A patent/CN104487661B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2014065397A1 (ja) | 2014-05-01 |
KR101660655B1 (ko) | 2016-09-27 |
JP2014084853A (ja) | 2014-05-12 |
CN104487661A (zh) | 2015-04-01 |
KR20150027796A (ko) | 2015-03-12 |
CN104487661B (zh) | 2016-06-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5976498B2 (ja) | 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの運転方法 | |
EP2508418B1 (en) | Exhaust heat recovery-type ship propulsion device, ship equipped with same, and control method for exhaust heat recovery-type ship propulsion device | |
KR101234466B1 (ko) | 터보 컴파운드 시스템 및 그 운전 방법 | |
WO2011040456A1 (ja) | 発電システムの制御装置および発電システムならびに発電システムの制御方法 | |
EP2620605B1 (en) | Control method and device for turbine generator | |
JP6195299B2 (ja) | 排熱回収システム、船舶及び排熱回収方法 | |
JP5138643B2 (ja) | タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶 | |
JP2011027053A5 (ja) | ||
JP5563052B2 (ja) | 排熱回収システム及び排熱回収方法 | |
JP2013029111A (ja) | 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶 | |
JP6090898B2 (ja) | 内燃機関システムおよびこれを備えた船舶ならびに内燃機関システムの制御方法 | |
WO2013150620A1 (ja) | 船舶の発電制御装置、船舶、及び船舶の発電制御方法 | |
EP2963253B1 (en) | Power generation system and method for controlling power generation system | |
JP5222350B2 (ja) | 船舶の発電制御装置、船舶、及び船舶の発電制御方法 | |
JP2019093735A (ja) | 舶用電源システム、これを備えた船舶、及び舶用電源システムの制御方法並びに舶用電源システムの制御プログラム | |
KR20130106495A (ko) | 개선된 구조의 터보 컴파운드 시스템 | |
WO2017191676A1 (ja) | 熱供給システム | |
CN113286741B (zh) | 船舶用电源***、具备该船舶用电源***的船舶、船舶用电源***的控制方法以及记录介质 | |
JP5675932B2 (ja) | 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶 | |
GB2463641A (en) | Making use of the waste heat from an internal combustion engine | |
JP6557387B1 (ja) | コジェネレーションシステム、コジェネレーションシステムの制御装置、およびコジェネレーションシステムの制御方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150929 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160513 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160621 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160720 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5976498 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |