JP6122300B2

JP6122300B2 - エンジンシステム及び船舶

Info

Publication number: JP6122300B2
Application number: JP2013007610A
Authority: JP
Inventors: 正憲東田; 卓朗中村
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: JP2014137050A

Description

本発明は、ＥＧＲユニット内で排熱回収を行うエンジンシステムに関する。

船舶等のエンジンシステムには、エネルギ効率を向上させるためにコンポジットボイラ（Composite Boiler）を備えるものがある。コンポジットボイラとは、排ガスエコノマイザとボイラを一体にしたものであり、主に、排ガスエコノマイザ、バーナー部、気水分離部によって構成されている。排ガスエコノマイザでは排気ガスの熱を利用して被加熱水（ボイラ水）を加熱し、熱量が不足するようであればバーナー部で追加加熱を行う。また、気水分離部では、被加熱水を加熱することで生成された蒸気と被加熱水を分離して、蒸気のみを外部に供給する。舶用のエンジンシステムであれば、コンポジットボイラで生成された蒸気は、燃料（Ｃ重油）の粘度を下げるための加熱用の熱源、造水器で蒸留水を生成するための熱源等に利用される。

ところで、エンジンシステムには、ＮＯｘの生成を低減することを目的として、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ユニットを備えるものがある。コンポジットボイラを備えたエンジンシステムであっても、ＥＧＲユニットを搭載することは可能である。ただし、この場合には、ＥＧＲユニットは、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジン本体に戻すものであるため、コンポジットボイラに流入する排気ガスの量が減り、回収できる熱量が低下してしまう。これにより、バーナー部で多くの燃料が消費され、エンジンシステム全体でのエネルギ効率が低下してしまう。

これをふまえ、特許文献１では、ＥＧＲユニット内に排ガスエコノマイザを配置した排熱回収システムが提案されている。特許文献１では、当該発明によれば、コンパクトで排熱回収効率の高い排熱回収システムを提供することができると説明されている。

特開２０１２−１７２６４７号公報

特許文献１の各図では、排ガスエコノマイザに付随する機器は図示されていないが、排ガスエコノマイザで加熱した被加熱水及び蒸気を実際に利用するためには種々の機器が必要である。具体的には、安定した蒸気を生成するための追い炊き用の補助ボイラや、生成した蒸気と被加熱水を分離するための気水分離器が必要となる。あるいは、排ガスエコノマイザを前述のコンポジットボイラに置き換えるという方法もある。

排ガスエコノマイザに付随する種々の機器を設けること、又は、排ガスエコノマイザをコンポジットボイラに置き換えることは、ＥＧＲユニットの大型化につながる。しかしながら、ＥＧＲユニットは船内据付の容易化のためにエンジン本体に取り付けられる場合が多く、コンパクトであることが求められる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲユニット内に排ガスエコノマイザを備えつつも、ＥＧＲユニットが比較的コンパクトであるエンジンシステムを提供することを目的としている。

本発明のある形態に係るエンジンシステムは、エンジン本体と、排気ガスによって駆動される過給機ユニットと、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットと、前記過給機ユニットの下流に配置され、排ガスエコノマイザを内部に有し、気水分離が可能なコンポジットボイラと、を備え、前記ＥＧＲユニットは、ＥＧＲガスで被加熱水を加熱するＥＧＲエコノマイザを有し、前記ＥＧＲエコノマイザで加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が前記コンポジットボイラへ供給されるとともに、これら被加熱水と蒸気が該コンポジットボイラで分離されるように構成されている。

かかる構成によれば、ＥＧＲエコノマイザで加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が、別途設けられたコンポジットボイラへ供給されて使用可能な状態に処理される。そのため、ＥＧＲユニット内に補助ボイラ及び気水分離器を設けたり、コンポジットボイラを設けたりする必要がない。よって、ＥＧＲユニットをコンパクトに構成することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲユニットはＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却器を有し、前記ＥＧＲエコノマイザは前記ＥＧＲガス冷却器よりも上流側に配置されていてもよい。かかる構成によれば、ＥＧＲエコノマイザで熱交換されて温度が低下したＥＧＲガスがＥＧＲガス冷却器に供給されるため、ＥＧＲガス冷却器の負担を軽減することができる。その結果、ＥＧＲガス冷却器を小さく抑えることができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲユニットはＥＧＲガスのばいじんを洗浄液によって取り除くスクラバをさらに有し、前記ＥＧＲガス冷却器は、前記スクラバの下流側に配置されていてもよい。かかる構成によれば、洗浄集じん装置の洗浄液によって飽和状態になったＥＧＲガスをＥＧＲガス冷却器で冷却することになる。そのため、ＥＧＲガスから凝結水として水分を取り除くことができる。これにより、スクラバよりも下流側の機器に凝結水が発生し、当該機器に悪影響を及ぼすのを抑えることができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記過給機ユニットは、第１過給機と、該第１過給機と並列に配置された第２過給機とを有し、前記ＥＧＲユニットがＥＧＲガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記第２過給機が停止されるように構成されていてもよい。かかる構成によれば、ＥＧＲ（排気ガス再循環）によって過給機ユニットに流入する排気ガスの流量が減ったとしても、第２過給機を停止することで、第１過給機へ流入する排気ガスの流量が低下するのを抑えることができる。よって、エンジン本体には、十分圧力の高い掃気ガス（給気ガス）を供給でき、最高燃焼圧を高めることができるため、エンジン本体の燃費が悪化するのを抑えることができる。また、同時にエンジン本体から排出される排気ガスの温度も低下するので、ＥＧＲガス冷却器の負担を軽減することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記第１過給機には、タービン部入口に可変ノズルが設けられていてもよい。かかる構成によれば、低負荷などにおける第２過給機の停止に加え、第１過給機に流入する排気ガスの流量に応じて可変ノズルの開口面積を変化させることにより、エンジン本体の燃費が悪化するのをさらに抑えることができる。また、エンジン本体から排出される排気ガスの温度もさらに低下し、ＥＧＲガス冷却器の負担をより軽減することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記過給機ユニットはタービン部入口に可変ノズルが設けられた第１過給機を有し、前記ＥＧＲガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記可変ノズルの開口面積を小さくするように構成されていてもよい。かかる構成によれば、ＥＧＲによって過給機ユニットに流入する排気ガスの流量が減ったとしても、第１過給機における過給性能の悪化をさらに抑えることができる。よって、エンジン本体には、十分圧力の高い掃気ガス（給気ガス）を供給することができるため、エンジン本体の燃費が悪化するのを抑えることができる。また、エンジン本体から排出される排気ガスの温度もさらに低下し、ＥＧＲガス冷却器の負担をより軽減することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、洗浄水を用いて排気ガスからＳＯｘを取り除くＳＯｘ除去装置をさらに備え、該ＳＯｘ除去装置は前記過給機ユニットよりも下流側に配置されていてもよい。上記のように、エンジン本体の燃費が悪化するのを抑えることで、エンジン本体から排出される排気ガスの温度が低下する。そして、ＳＯｘ除去装置では、排気ガス温度が低いほど、ＳＯｘ除去効率が上昇するため、かかる構成によれば、排気ガスからＳＯｘを効率よく除去することができる。

また、上記のエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲエコノマイザを通過したＥＧＲガスを前記コンポジットボイラへ供給できるように構成されていてもよい。かかる構成によれば、エンジン本体が効率的に運転される結果、エンジン本体から排出される排気ガスの温度が低下することで、コンポジットボイラで生成される蒸気の量が減ったとしても、ＥＧＲエコノマイザで蒸気を生成することができるため、バーナー部による燃料消費量を抑えつつ、不足する蒸気を補うことができる。

本発明のある形態に係る船舶は、上記のエンジンシステムを備えている。

以上のとおり、上記のエンジンシステムによれば、ＥＧＲユニット内に排ガスエコノマイザを備えつつも、ＥＧＲユニットを比較的コンパクトに構成することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。図２は、本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。図３は、本発明の第３実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。図４は、本発明の第４実施形態に係るエンジンシステムのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るエンジンシステム１００のブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム１００は、大型の船舶１０１に搭載されるものであり、エンジン本体１０と、過給機ユニット２０と、ＥＧＲユニット４０と、コンポジットボイラ６０と、制御装置７０と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。なお、図１で図示した矢印のうち、破線の矢印はエンジン本体１０に供給される掃気ガス（新気）の流れを示しており、実線の矢印はエンジン本体１０から排出された排気ガスの流れを示しており、一点鎖線の矢印は被加熱水の流れを示している。

＜エンジン本体＞
本実施形態のエンジン本体１０は、船舶用の２ストロークディーゼルエンジンである。ただし、エンジン本体１０は、４ストロークエンジン等他の形式のエンジンであってもよい。４ストロークエンジンの場合、エンジン本体に供給されるガスは「掃気ガス」ではなく「給気ガス」と呼ばれるが、ここでは「給気ガス」も「掃気ガス」に含まれるとする。図１に示すように、本実施形態のエンジン本体１０は、複数のシリンダ１１と、各シリンダ１１の上流側に位置する単一の掃気管１２と、各シリンダ１１の下流側に位置する単一の排気管１３とを有している。掃気管１２及び排気管１３は、いずれも筒状に形成されており、各シリンダ１１の燃焼サイクルによって生じる脈動を抑えたり、掃気ガスや排気ガスを混合したりする機能を有している。

＜過給機ユニット＞
過給機ユニット２０は、外部から取り込んだ新気を昇圧してエンジン本体１０に供給するユニットである。図１に示すように、本実施形態に係る過給機ユニット２０は、第１過給機２１と、第２過給機２２とを有している。これら第１過給機２１と第２過給機２２とは並列に配置されている。すなわち、第１過給機２１を通過した新気及び排気ガスは、第２過給機２２を通過することなく流れ、かつ、第２過給機２２を通過した新気及び排気ガスは、第１過給機２１を通過することなく流れる。

第１過給機２１は、第１タービン部２３と、第１コンプレッサ部２４と、第１連結軸２５と、を有している。各シリンダ１１内で生成された排気ガスは、排気管１３に集められた後、第１排気通路２６を通って第１タービン部２３に供給される。第１タービン部２３は、排気管１３から供給された排気ガスのエネルギを利用して回転駆動する。第１タービン部２３を通過した排気ガスは、第１排出通路２７を通過して、コンポジットボイラ６０に排出される。一方、第１コンプレッサ部２４は、第１連結軸２５を介して第１タービン部２３と連結されている。そのため、第１タービン部２３が回転駆動するのに伴って、第１コンプレッサ部２４も回転駆動する。第１コンプレッサ部２４は、外部から新気を取り込んで昇圧する。昇圧された新気は、第１掃気通路２８を通り、空気冷却器２９で冷却された後、掃気管１２に供給される。

第２過給機２２は、第２タービン部３０と、第２コンプレッサ部３１と、第２連結軸３２と、を有している。第２タービン部３０は、第２排気通路３３を介して、排気管１３から排気ガスが供給される。第２タービン部３０は、排気管１３から供給された排気ガスのエネルギを利用して回転駆動する。第２タービン部３０を通過した排気ガスは、第２排出通路３４から排出される。第２排出通路３４から排出された排気ガスは、第１排出通路２７を通過する排気ガスと合流した後、コンポジットボイラ６０に排出される。一方、第２コンプレッサ部３１は、第２連結軸３２を介して第２タービン部３０と連結されており、第２タービン部３０が回転駆動するのに伴って回転駆動する。第２コンプレッサ部３１は、外部から取り込んだ新気を昇圧する。昇圧された新気は、第２掃気通路３５を通過し、第１掃気通路２８を通る新気と合流した後、空気冷却器２９によって冷却されてから掃気管１２に供給される。なお、第２掃気通路３５を通過した新気は、第１掃気通路２８を通過した新気と合流せず、それぞれ単独で空気冷却器２９を通って掃気管１２に供給されてもよい。

また、第２排気通路３３、第２排出通路３４、及び第２掃気通路３５には、過給機制御弁３６〜３８が設けられている。この過給機制御弁３６〜３８の開閉は、制御装置７０によって制御される。過給機制御弁３６〜３８の開閉のタイミングについては後述する。さらに、本実施形態の過給機ユニット２０では、第２過給機２２の容量が、第１過給機２１の容量の半分程度となるように構成されている。すなわち、過給機制御弁３６〜３８が全開のとき、過給機ユニット２０全体に流れる排気ガスのうち、３分の２程度が第１過給機２１に流れ、３分の１程度が第２過給機２２に流れるように構成されている。

＜ＥＧＲユニット＞
ＥＧＲユニット４０は、エンジン本体１０から排出された排気ガスの一部をエンジン本体１０に再循環させるユニットである。既に燃焼した排気ガスをエンジン本体１０に戻すことで、掃気ガスの酸素濃度が下がり、シリンダ１１内における燃焼温度が低下する。その結果、エンジン本体１０から排出されるＮＯｘの排出量を低減することができる。なお、以下では、ＥＧＲユニット４０に流入する排気ガスを「ＥＧＲガス」と称する。図１に示すように、ＥＧＲユニット４０は、ＥＧＲエコノマイザ４１と、スクラバ（洗浄装置）４２と、ＥＧＲガス冷却器４３と、ＥＧＲブロワ４４と、を有している。

ＥＧＲエコノマイザ４１は、ＥＧＲガスの熱エネルギを回収する装置である。ＥＧＲエコノマイザ４１には、排気管１３からＥＧＲガス排気通路４５を介してＥＧＲガスが供給される。ＥＧＲエコノマイザ４１は、ＥＧＲガス配管４６を内部に有している。ＥＧＲガス配管４６は、熱伝達率の高い材料によって形成されている。ＥＧＲエコノマイザ４１に供給されたＥＧＲガスは、このＥＧＲガス配管４６を通過する。一方、ＥＧＲエコノマイザ４１の中には、図示しない給水タンクから被加熱水が供給される。これにより、ＥＧＲエコノマイザ４１の内部では、ＥＧＲガスと被加熱水とがＥＧＲガス配管４６を介して熱交換を行う。被加熱水はＥＧＲガスの熱によって加熱され、一部が気化して蒸気となる。ＥＧＲエコノマイザ４１内で加熱された被加熱水及び被加熱水を加熱して生成された蒸気は、被加熱水配管４７を介してコンポジットボイラ６０へ供給される。

スクラバ４２は、ＥＧＲガスを洗浄する装置である。ＥＧＲガスにはカーボンなど多量の浮遊粒子状物質等が含まれる。ＥＧＲガスを洗浄せずにエンジン本体１０に戻すと、ＥＧＲガスに含まれる浮遊粒子状物質等がエンジン本体１０に悪影響を及ぼす。そこで、このスクラバ４２によりＥＧＲガスから浮遊粒子状物質等を取り除いたうえで、ＥＧＲガスをエンジン本体１０に供給している。スクラバ４２では、排気から浮遊粒子状物質等を取り除くために洗浄水を用いる。洗浄水を用いる洗浄方法としては、洗浄水中に排気を通過させる方式、排気に洗浄水を噴射する方式、洗浄水をしみこませた部材の間に排気を通過させる方式などがあるが、いずれの方式を採用してもよい。なお、スクラバ４２では、ＥＧＲガスからＳＯｘ（硫黄酸化物）も同時に取り除けるように、洗浄水には脱硫用の苛性ソーダが含まれている。

ＥＧＲガス冷却器４３は、ＥＧＲガスを冷却する装置である。ＥＧＲガスを冷却する目的の１つは、ＥＧＲガスの体積を小さくすること（密度を大きくすること）である。ＥＧＲガスの体積を小さくすることで、下流側に位置するＥＧＲブロワ４４を駆動するための動力を低減するとともにＥＧＲブロワ４４をコンパクトにすることができる。また、ＥＧＲガス冷却器４３は、ＥＧＲエコノマイザ４１の下流側に位置している。ＥＧＲエコノマイザ４１では被加熱水との熱交換によりＥＧＲガスが冷却されるため、ＥＧＲガス冷却器４３をＥＧＲエコノマイザ４１の下流に配置することで、ＥＧＲガス冷却器４３の冷却負担を軽減することができる。なお、本実施形態では、ＥＧＲガス冷却器４３は、スクラバ４２の下流に配置されているが、スクラバ４２の上流側に配置しても良く、両側に配置しても良い。ＥＧＲガス冷却器４３をスクラバ４２の下流側に配置すると、スクラバ４２で飽和状態になったＥＧＲガスから凝結水として水分を取ることができるため、後段の機器に凝結水が付着するのを防ぐことができる。また、ＥＧＲガス冷却器４３をスクラバ４２の上流側に配置すると、ＥＧＲガスの温度が下がることで、スクラバ４２内での脱硫反応が良くなる。

ＥＧＲブロワ４４は、ＥＧＲガスを昇圧して掃気管１２に供給するする装置である。また、ＥＧＲブロワ４４は、ＥＧＲ制御弁４９、５０とともに作動して、ＥＧＲガスの流量を調整することができる。ＥＧＲ制御弁４９、５０は、それぞれＥＧＲユニット４０の入口側のＥＧＲガス排気通路４５及び出口側のＥＧＲ掃気通路４８に設けられている。ＥＧＲユニット４０によるＥＧＲ（排気ガス再循環）は、常に行われているわけではなく、また、ＥＧＲを行う場合もエンジン本体１０の運転状況に応じてＥＧＲ率（エンジン本体１０から排出される排気ガスの量に対するＥＧＲガスの量の割合）を変化させている。本実施形態では、ＥＧＲブロワ４４の回転数（出力）を変化させるとともに、ＥＧＲ制御弁４９、５０の開度を変えることで、ＥＧＲの始動及び停止、並びにＥＧＲ率の調整を行う。なお、ＥＧＲブロワ４４及び各ＥＧＲ制御弁４９、５０は、制御装置７０によって制御される。

＜コンポジットボイラ＞
コンポジットボイラ６０は、使用目的に応じて任意圧力の蒸気を任意量生成する装置である。図１に示すように、コンポジットボイラ６０は、排ガスエコノマイザ６１と、バーナー部６２と、気水分離部６３とを有している。

排ガスエコノマイザ６１は、排気ガスの熱エネルギを回収する装置である。排ガスエコノマイザ６１には、過給機ユニット２０を通過した排気ガスが供給される。排ガスエコノマイザ６１は、ＥＧＲエコノマイザ４１と同様に、熱伝達率の高い材料によって形成された排気ガス配管６４を内部に有している。排ガスエコノマイザ６１に供給された排気ガスは、この排気ガス配管６４を通過する。また、上述のように、排ガスエコノマイザ６１の内部には、コンポジットボイラ６０用の被加熱水（ボイラ水）に加え、ＥＧＲエコノマイザ４１から被加熱水及び蒸気が供給される。よって、コンポジットボイラ６０が単独で生成する蒸気よりも多くの蒸気がコンポジットボイラ６０から供給される。なお、排ガスエコノマイザ６１を通過した排気ガスは、排気ガス排出通路６５を通ってＳＯｘ除去装置６６に導かれる。ＳＯｘ除去装置６６は、いわゆる湿式のスクラバであって、海水又は苛性ソーダを含む洗浄液を噴射することで、排気ガスからＳＯｘが取り除かれる。

バーナー部６２は、燃料を燃やし、その熱で被加熱水を加熱する装置である。なお、図１では、バーナー部６２は被加熱水の下方に位置しているが、排ガスエコノマイザ６１の中央付近に位置していてもよく、バーナー部６２の位置は特に限定されない。また、バーナー部６２に供給される燃料の量は、排ガスエコノマイザ６１で回収する熱量に応じて調整される。具体的には、蒸気ガスの圧力や生成量が予め設定した値に満たない場合には燃料の供給量を増やして熱量を増加し、予め設定した値を超えるようであれば燃料の供給量を減らし又は供給を停止することで熱量を減少させる。このように、コンポジットボイラ６０は、バーナー部６２を有することで、使用目的に応じた蒸気を安定して供給することができる。

気水分離部６３は、液体（すなわち被加熱水）と気体（すなわち蒸気）とを分離する部分である。気水分離部６３は、排ガスエコノマイザ６１の上方であって蒸気出口付近に設けられた空間である。コンポジットボイラ６０内では、被加熱水と蒸気が入り交じった状態で存在するが、この空間を設けることで被加熱水は自重によって落下し、自重によって落下しない蒸気のみがこの空間の上方から排出される。このように、気水分離部６３である空間を排ガスエコノマイザ６１の上方に設けることによって、液体と気体を分離することができる。上記のように、排ガスエコノマイザ６１には、ＥＧＲエコノマイザ４１で生成された蒸気も含まれる。そのため、気水分離部６３では、コンポジットボイラ６０内で生成された蒸気のみならず、ＥＧＲエコノマイザ４１で生成された蒸気も被加熱水と分離される。

＜制御装置＞
制御装置７０は、エンジンシステム１００全体を制御する装置であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。制御装置７０は、ＥＧＲブロワ４４及びＥＧＲ制御弁４９、５０を制御して、ＥＧＲ率の調整やＥＧＲの始動及び停止を行うことは上述したとおりであるが、ＥＧＲの始動及び停止の際には、過給機制御弁３６の制御も行う。具体的には、ＥＧＲを始動する際には過給機制御弁３６〜３８を全て閉じる一方、ＥＧＲを停止するときには過給機制御弁３６〜３８を全て開放する。つまり、制御装置７０は、ＥＧＲを行うときには第２過給機２２を停止させる一方、ＥＧＲを行わないときには第２過給機２２を駆動させる。制御装置７０がこのように制御するのは、次の理由による。

ＥＧＲを行う際のＥＧＲ率を３０〜４０％程度とすると、ＥＧＲを行ったときに過給機ユニット２０全体に流れる排気ガスの流量は、ＥＧＲを行っていないときの３分の２程度となる。一方、前述したように、本実施形態では、過給機ユニット２０全体に流れる排気ガスのうち、３分の２程度が第１過給機２１に流れ、３分の１程度が第２過給機２２に流れるように構成されている。そうすると、ＥＧＲを行うときに第２過給機２２のみを停止すれば、過給機ユニット２０に流れる排気ガスが全て第１過給機２１に流れる結果、第１過給機２１に流れる排気ガスの流量は大きく変化しないことになる。これにより、ＥＧＲを行うことによって過給機ユニット２０に供給される排気ガスの流量が減ったとしても、第１過給機２１の過給性能の悪化を防止することができ、新気を十分に昇圧することができる。そのため、燃焼最高圧を高く設定できることから、エンジン本体１０の燃費の悪化は最小限となり、エンジン本体１０から排出される排気ガス（ＥＧＲガス）の温度も抑えることができ、ひいてはＥＧＲガス冷却器４３が小さくなることによるＥＧＲユニット４０の小型化にも寄与する。

なお、上記のように、本実施形態によれば、エンジン本体１０から排出される排気ガスの温度が下がるが、これに加え、過給機ユニット２０（第１過給機２１）では排気ガスのエネルギが回転駆動に効率よく利用されるため、さらに排気ガスの温度が下がる。これにより、過給機ユニット２０から排出される排気ガスの温度が下がり、ＳＯｘ除去装置に入る排気ガスの温度も下がる。そして、ＳＯｘを除去する洗浄液は、温度が低いほど脱硫効率が上がるため、本実施形態によれば、排気ガスから効率よくＳＯｘを除去することができる。

以上が、本実施形態に係るエンジンシステム１００の構成である。本実施形態に係るエンジンシステム１００は、ＥＧＲエコノマイザ４１で加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が、コンポジットボイラ６０へ供給される。そして、ＥＧＲエコノマイザ４１で生成された蒸気はコンポジットボイラ６０で被加熱水と分離される。つまり、ＥＧＲエコノマイザ４１で加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が、別途設けられたコンポジットボイラ６０へ供給されて使用可能な状態に処理される。そのため、ＥＧＲユニット４０内に補助ボイラ及び気水分離器を設けたり、新たにコンポジットボイラを設けたりする必要がない。よって、本実施形態に係るエンジンシステム１００によれば、ＥＧＲユニット４０をコンパクトに構成することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態に係るエンジンシステム２００のブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム２００は、過給機ユニット２０が第２過給機２２を備えていない一方、第１過給機２１が第１タービン部２３の入口に可変ノズル３９を有している点で第１実施形態に係るエンジンシステム１００と構成が異なる。本実施形態の可変ノズル３９の開口面積は、制御装置７０によって制御される。具体的には、制御装置７０は、ＥＧＲを行うときには可変ノズル３９の開口面積を小さくし、ＥＧＲを行わないときには可変ノズル３９の開口面積を大きくする。これにより、ＥＧＲを行う場合にも、第１過給機２１における過給性能の悪化を軽減することができる。なお、可変ノズル３９は、開口面積を滑らかに変化させる無段可変ノズルであってもよく、開口面積を択一的に切り換える二段可変ノズルであってもよい。本実施形態に係るエンジンシステム２００によれば、第１実施形態の場合に比べ、第２過給機２２を備えていない分、低コスト化及び省スペース化が可能である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態に係るエンジンシステム３００のブロック図である。図３に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム３００は、第１過給機２１が第１タービン部２３の入口に可変ノズル３９を有している点で第１実施形態に係るエンジンシステム１００と構成が異なる。可変ノズル３９の開口面積は、制御装置７０によって制御される。本実施形態の場合、第１実施形態の場合と同様に、ＥＧＲを行うときは第２過給機２２を停止させるが、さらに、過給機ユニット２０に流入する排気ガスの流量に応じて、第１過給機２１の効率が良くなるように可変ノズル３９の開口面積を調整する。かかる構成によれば、第１実施形態の場合に比べ、さらに掃気圧力の上昇、ひいては燃焼圧力の上昇が得られ、エンジン本体１０の燃費等をさらに向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図４は、第４実施形態に係るエンジンシステム４００のブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係るエンジンシステム４００は、ＥＧＲエコノマイザ４１を通過したＥＧＲガスをコンポジットボイラ６０へ導く迂回配管５２を備える点で第１実施形態に係るエンジンシステム１００と構成が異なる。

この迂回配管５２の一端側は、ＥＧＲエコノマイザ４１の出口側に位置するＥＧＲエコノマイザ出口配管５１に連結されている。また、ＥＧＲエコノマイザ出口配管５１には、制御装置７０によって開閉制御される開閉弁５３が設けられている。この開閉弁５３は、ＥＧＲエコノマイザ出口配管５１のうち迂回配管５２が連結されている部分よりも下流側に位置している。また、迂回配管５２の他端側は、第１排出通路２７に連結されている。迂回配管５２と第１排出通路２７の連結部分は、第２排出通路３４と第１排出通路２７の連結部分よりも下流側に位置している。さらに、迂回配管５２には、制御装置７０によって開閉制御される開閉弁５４が設けられている。

ＥＧＲエコノマイザ出口配管５１に設けられた開閉弁５３は、ＥＧＲが行われている間は開放され、ＥＧＲが行われていない間は閉鎖される。また、迂回配管５２に設けられた開閉弁５４は、ＥＧＲが行われている間は閉鎖され、ＥＧＲが行われていない間は開放される。なお、本実施形態の場合、ＥＧＲが行われているか否かにかかわらず、ＥＧＲユニット４０の入口側に位置するＥＧＲ制御弁４９は開度を調整することで、ＥＧＲユニット４０に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）の量を制御している。このように各弁が制御されることで、ＥＧＲが行われている間は、ＥＧＲエコノマイザ４１を通過した排気ガスは全てスクラバ４２に供給され、ＥＧＲが行われていない間は、ＥＧＲエコノマイザ４１を通過した排気ガスは全てコンポジットボイラ６０へ供給される。

ここで、例えばＮＯｘ等の排出規制がない海域で船舶１０１が航行する場合には、ＥＧＲは行われず、第１過給機２１と第２過給機２２の両方が稼働することになる。このとき高負荷域ではエンジン本体１０が最適条件で効率よく運転できるためエンジン本体１０から排出される排気ガスの温度が低くなる傾向にあり、その結果、コンポジットボイラ６０で生成する蒸気の量が少なくなるおそれがある。これに対し、本実施形態に係るエンジンシステム４００は、ＥＧＲが行われていない場合であっても掃気圧が下限以上となるような小量の掃気ガスをＥＧＲユニット４０に流し、ＥＧＲガスの熱エネルギを利用してＥＧＲエコノマイザ４１で蒸気を生成することができる。そのため、バーナー部６２による燃料消費量を抑えつつ、不足する蒸気を補うことができる。さらに、本実施形態では、ＥＧＲエコノマイザ４１を通過したＥＧＲガスがコンポジットボイラ６０へ供給されるため、ＥＧＲガスの熱エネルギを再度回収できることから効率的である。

なお、本実施形態では、２つの過給機２１、２２を用いてエンジン本体１０の効率が向上する場合について説明しているが、第２実施形態に係るエンジンシステム２００や第３実施形態に係るエンジンシステム３００のように過給機が可変ノズルを有している場合も、同様にエンジン本体１０の効率の向上に伴って排出される排気ガスの温度が低下することが起こりうる。そのため、第２実施形態に係るエンジンシステム２００や第３実施形態に係るエンジンシステム３００においても、本実施形態のようにＥＧＲエコノマイザ４１を通過したＥＧＲガスをコンポジットボイラ６０へ導くことができる構成とすることは有益である。

以上、本発明の実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、以上では、過給機ユニット２０を通過していない排気ガスをＥＧＲユニット４０に取り込んでいるが、過給機ユニット２０を通過した後の排ガスをＥＧＲユニット４０に取り込む構成であっても本発明に含まれる。

また、以上では、コンポジットボイラ６０やＳＯｘ除去装置６６の設置場所は特に限定していないが、エンジン本体１０の近傍に配置されていてもよく、船体側に配置されていても良い。つまり、コンポジットボイラ及びＳＯｘ除去装置が、その他の構成機器から離れて配置されていたとしても、全体としてエンジンシステムを構成するのであるから、そのようなエンジンシステムであっても本発明に含まれる。

さらに、以上では、エンジンシステム１００、２００、３００、４００が、船舶１０１に搭載されている場合について説明したが、これに限定されず、例えば、エンジンシステムが陸上に設置された発電用のものであっても本発明に含まれる。

本発明に係るエンジンシステムによれば、ＥＧＲユニット内に排ガスエコノマイザを備えつつも、ＥＧＲユニットが比較的コンパクトとなるエンジンシステムを提供できる。よって、エンジンシステムの技術分野において有益である。

１０エンジン本体
２０過給機ユニット
２１第１過給機
２２第２過給機
３７可変ノズル
４０ＥＧＲユニット
４１ＥＧＲエコノマイザ
４２洗浄集じん装置
４３ＥＧＲガス冷却器
６０コンポジットボイラ
６１排ガスエコノマイザ
６２バーナー部
６３気水分離部
６６ＳＯｘ除去装置
１００、２００、３００、４００エンジンシステム
１０１船舶

Claims

エンジン本体と、
排気ガスによって駆動される過給機ユニットと、
排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットと、
前記過給機ユニットの下流に配置され、排ガスエコノマイザを内部に有し、気水分離が可能なコンポジットボイラと、を備え、
前記ＥＧＲユニットは、ＥＧＲガスで被加熱水を加熱するＥＧＲエコノマイザを有し、
前記ＥＧＲエコノマイザで加熱された被加熱水、及び、被加熱水を加熱して生成された蒸気が前記コンポジットボイラへ供給されるとともに、これら被加熱水と蒸気が該コンポジットボイラで分離されるように構成されている、エンジンシステム。
前記ＥＧＲユニットはＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却器を有し、
前記ＥＧＲエコノマイザは前記ＥＧＲガス冷却器よりも上流側に配置されている、請求項１に記載のエンジンシステム。
前記ＥＧＲユニットはＥＧＲガスのばいじんを洗浄液によって取り除くスクラバをさらに有し、
前記ＥＧＲガス冷却器は、前記スクラバの下流側に配置されている、請求項２に記載のエンジンシステム。
前記過給機ユニットは、第１過給機と、該第１過給機と並列に配置された第２過給機とを有し、
前記ＥＧＲユニットが前記ＥＧＲガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記第２過給機が停止されるように構成されている、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
前記第１過給機には、タービン部入口に可変ノズルが設けられている、請求項４に記載のエンジンシステム。
前記過給機ユニットはタービン部入口に可変ノズルが設けられた第１過給機を有し、
前記ＥＧＲガスを前記エンジン本体に再循環させるとき、前記可変ノズルの開口面積を小さくするように構成されている、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
洗浄水を用いて排気ガスからＳＯｘを取り除くＳＯｘ除去装置をさらに備え、
該ＳＯｘ除去装置は前記過給機ユニットよりも下流側に配置されている、請求項４乃至６のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
前記ＥＧＲエコノマイザを通過したＥＧＲガスを前記コンポジットボイラへ供給できるように構成されている、請求項１乃至７のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステム。
請求項１乃至８のうちいずれか一の項に記載のエンジンシステムを備えた船舶。