特許 5746757 舶用発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5746757

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】舶用発電システム

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/18 20060101AFI20150618BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20150618BHJP

   F01N 5/04 20060101ALI20150618BHJP

   F02B 61/00 20060101ALI20150618BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20150618BHJP

   B63H 21/14 20060101ALI20150618BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/12 301A

   F02B37/00 302B

   F01N5/04 A

   F02B61/00 E

   F01K23/10 P

   F01K23/10 Q

   B63H21/14

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-511876(P2013-511876)

(86)(22)【出願日】2012年2月6日

(86)【国際出願番号】JP2012000762

(87)【国際公開番号】WO2012147246

(87)【国際公開日】20121101

【審査請求日】2013年7月16日

(31)【優先権主張番号】特願2011-97143(P2011-97143)

(32)【優先日】2011年4月25日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福田 俊一郎

(72)【発明者】

【氏名】大井 明

(72)【発明者】

【氏名】丸山 謙介

【審査官】 赤間 充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７４８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７６５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２３２３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１２５７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０４３５３３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３３／００〜４１／１０

Ｆ０１Ｎ ５／００〜 ５／０４

Ｆ０１Ｋ ２３／００〜２７／０２

Ｆ０２Ｂ ６１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

過給機付き主機の排気熱を利用して蒸気を生成する廃熱回収系と、
前記廃熱回収系において生成された蒸気により駆動される発電機と、
前記主機の給気又は排気の温度を検出するための温度検出手段と、
前記主機の負荷を検出するための負荷検出手段と、
前記主機からの排気が流れる排気通路と、
前記排気通路に接続され、前記過給機を迂回して排気が流れるバイパス通路と、
前記バイパス通路を流れる排気の流量と前記過給機に送られる排気の流量とを調整するための流量調整手段と、
前記温度検出手段により検出される温度及び前記負荷検出手段により検出される負荷に応じて、廃熱による前記発電機の発生可能電力が船内需用電力以上となるよう、前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備え、
前記流量調整手段は、前記バイパス通路上に開度可変に設けられた排気バイパス弁を有し、
前記制御手段は、温度及び負荷と、廃熱による前記発電機の発生可能電力が船内需用電力以上となるために必要な排気熱を前記廃熱回収系に供給しうる前記排気バイパス弁の開度との関係を規定した制御規則を予め記憶している記憶部を有し、前記制御規則は、温度が低いほどまたは負荷が低いほど前記排気バイパス弁の開度が大きくなるように、温度及び負荷と前記開度との関係を規定し、
前記制御手段は、前記制御規則に従って、温度及び負荷に応じて廃熱による前記発電機の発生可能電力が船内需用電力以上となるよう前記排気バイパス弁の開度を制御する、舶用発電システム。

【請求項2】

前記温度検出手段は、前記過給機に供給される給気の温度、前記過給機から前記主機に供給される給気の温度、前記主機から前記過給機に供給される排気の温度、又は、前記廃熱回収系の入口における排気の温度を検出する、請求項１に記載の舶用発電システム。

【請求項3】

前記負荷検出手段は、前記主機の出力軸及びそれに連れて回転する回転軸を含む軸動力系の回転数、前記過給機の回転数、前記主機への燃料噴射量、又は、前記主機からの排気の流量を検出する、請求項１に記載の舶用発電システム。

【請求項4】

前記制御規則において、常用出力よりも低負荷域における負荷と、前記排気バイパス弁の開度との関係が規定されている、請求項１に記載の舶用発電システム。

【請求項5】

前記過給機付き主機が、第１主機及び第２主機で構成され、前記流量調整手段が前記第１主機及び前記第２主機それぞれに対応して設けられた、第１流量調整手段及び第２流量調整手段で構成され、
前記制御手段は、前記第１主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力が前記船内需用電力の半分となり、前記第２主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力が前記船内需用電力の半分となるように、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御する、請求項１に記載の舶用発電システム。

【請求項6】

前記制御手段は、前記第１主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力が前記船内需用電力の半分に満たないときに、前記第２主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力を前記船内需用電力の半分の値から増大補正するように、前記第２流量調整手段を制御する、請求項５に記載の舶用発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気タービンにより発電機を駆動する舶用発電システムに関し、特に、過給機付き主機の排気熱を利用して蒸気を生成する廃熱回収系を備えた舶用発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

大型の船舶は、運航中に必要となる電力を発電する発電システムを搭載している。近年、省エネルギー化に対する要請に応えるため、主機周辺の廃熱を回収して蒸気を生成する廃熱回収系を舶用発電システムに付加し、廃熱回収系で生成された蒸気で蒸気タービンを駆動し、その駆動タービンの出力に基づいて発電機を駆動することがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２７０５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

廃熱回収系による回収熱量は、主機の負荷に応じて変化する。つまり、発電機の発生可能電力は、主機の負荷に応じて変化する。従来、廃熱回収系及び発電機を主機の負荷及び船内需用電力との関係でどのような仕様に設計するのかに関して、概して２つのアプローチがある。

【0005】

１つ目は、主機が低負荷域で運転されていても発電機が船内需要電力を賄えるだけの電力を発生可能なように、廃熱回収系及び発電機を設計するものである。この場合、主機が常用出力で運転されていれば、発電機が余剰電力を発生する。長期航海に供される船舶では、殆どの期間主機が常用出力で運転されることとなるので、無用な燃料消費が増大するし、システムの全体サイズが船内需用電力との関係で大型となる。

【0006】

２つ目は、主機が常用出力で運転されているときに発電機が船内需用電力を賄えるだけの電力を発生するように、廃熱回収系及び発電機を設計するものである。この場合、主機が部分負荷で運転されていれば、発電機が、船内需用電力を賄うだけの電力を発生し得ない。このため、補助ボイラを追い焚きするなど、化石燃料の燃焼を伴って蒸気生成量を嵩上げしなければならない。このように、２つ目のアプローチによっても、発電システムに廃熱回収系を付加したことによる省エネルギー効果を十二分に得ることは難しい。

【0007】

そこで本発明は、廃熱回収系を付加した舶用発電システムにおいて、船内需要電力を過不足なく発生可能な状況をなるべく広範なものとし、それにより燃料消費率の悪化を必要最小限に抑えることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本件発明者は、主機の負荷に応じて廃熱回収系による回収熱量が変化するとの知見とともに、主機の給気又は排気の温度に応じて廃熱回収系による回収熱量が変化し、温度及び負荷が同一条件下におかれていても過給機に送られる排気の流量に応じて廃熱回収系による回収熱量が変化するとの知見を得た。そこで、温度及び負荷に応じて過給機に送られる排気の流量を調整することにより、温度及び負荷の変化に関わらず廃熱回収系により回収可能な熱量が略一定に保たれ、それにより発電機の発生可能電力が略一定に保たれ得ると着想した。本件発明者は、このような知見及び着想から、下記の舶用発電システムを発明した。

【0009】

すなわち、本発明に係る舶用発電システムは、過給機付き主機の排気熱を利用して蒸気を生成する廃熱回収系と、前記廃熱回収系において生成された蒸気により駆動される発電機と、前記主機の給気又は排気の温度を検出するための温度検出手段と、前記主機の負荷を検出するための負荷検出手段と、前記主機からの排気が流れる排気通路と、前記排気通路に接続され、前記過給機を迂回して排気が流れるバイパス通路と、前記バイパス通路を流れる排気の流量と前記過給機に送られる排気の流量とを調整するための流量調整手段と、前記温度検出手段により検出される温度及び前記負荷検出手段により検出される負荷に応じて、前記発電機が船内需用電力以上の電力を発生するように前記流量調整手段を制御する制御手段と、を備える。

【0010】

前記構成によれば、温度と負荷とに応じて、過給機に送られる排気の流量及び過給機を迂回する排気の流量が調整される。そして、廃熱回収系は、発電機が船内需用電力以上の電力を発生するために必要な排気熱の供給を受けることができる。このように、本発明によれば、主機の給気又は排気の温度が変化しても、また、主機の負荷が変化しても、発電機が船内需用電力以上の電力を安定的に発電することができるようになる。したがって、温度及び負荷が変化しても、余剰電力が発生したり補助ボイラを作動させたりする状況が少なくなり、燃料消費率の悪化を好適に抑制することができる。

【0011】

前記温度検出手段は、前記過給機に供給される給気の温度、前記過給機から前記主機に供給される給気の温度、前記主機から前記過給機に供給される排気の温度、又は、前記廃熱回収系の入口における排気の温度を検出してもよい。前記構成によれば、温度に応じた流量調整制御、ひいては発生可能電力の安定化制御を好適に実行することができる。

【0012】

また、前記負荷検出手段は、前記主機の出力軸及びそれに連れて回転する回転軸を含む軸動力系の回転数、前記過給機の回転数、前記主機への燃料噴射量、又は、前記主機からの排気の流量を検出してもよい。前記構成によれば、負荷に応じた流量調整制御、ひいては発生可能電力の安定化制御を好適に実行することができる。

【0013】

前記流量調整手段は、前記バイパス通路上に開度可変にして設けられた排気バイパス弁を有し、前記制御手段は、温度及び負荷に応じて、前記発電機が船内需用電力以上の電力を発生可能となるよう前記排気バイパス弁の開度を制御してもよい。前記構成によれば、排気バイパス弁の開度を制御するだけで、温度及び負荷に応じた発生可能電力の安定化制御を好適に実行することができる。

【0014】

前記制御手段が、温度及び負荷と、前記発電機が船内需用電力以上の電力を発生するために必要な排気熱を前記廃熱回収系に供給しうる前記排気バイパス弁の開度との関係を規定した制御規則を予め記憶している記憶部を有していてもよい。前記構成によれば、温度及び負荷に応じた発生可能電力の安定化制御を好適に実行することができる。

【0015】

前記制御規則において、常用負荷よりも低負荷域における負荷と、前記排気バイパス弁の開度との関係が規定されていてもよい。前記構成によれば、主機が部分負荷で運転されていても、発電機が船内需用電力以上の電力を発生可能となる。補助ボイラを追い焚きしなくてはならない状況を少なくすることができ、燃料消費率を向上させることができる。

【0016】

前記制御手段は、温度が低いほど、前記排気バイパス弁の開度を大きくしてもよい。前記構成によれば、温度の低下により廃熱回収系に供給される排気熱量が小さくなりかけても、過給機を迂回する排気の流量が多くなり、これにより温度低下による排気熱量の減少分が補償される。したがって、温度が低下しても、発電機の発生可能電力が、船内需用電力以上の電力で安定する。

【0017】

前記制御手段は、負荷が低いほど、前記排気バイパス弁の開度を大きくしてもよい。前記構成によれば、負荷の低下により廃熱回収系に供給される排気熱量が小さくなりかけても、過給機を迂回する排気の流量が多くなり、これにより負荷低下による排気熱量の減少分が補償される。したがって、負荷が低下しても、発電機の発生可能電力が、船内需用電力以上の電力で安定する。

【0018】

前記過給機付き主機が、第１主機及び第２主機で構成され、前記流量調整手段が、前記第１主機及び前記第２主機それぞれに対応して設けられた第１流量調整手段及び第２流量調整手段で構成され、前記制御手段は、前記第１主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力が前記船内需用電力の半分となり、前記第２主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力が前記船内需用電力の半分となるように、前記第１流量調整手段及び前記第２流量調整手段を制御してもよい。前記構成によれば、いわゆる２機２軸型の船舶に舶用発電システムを搭載することができ、当該船舶の燃料消費率の悪化を良好に抑制することができる。

【0019】

前記制御手段は、前記第１主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力が前記船内需用電力の半分に満たないときに、前記第２主機の排気熱を利用して得られる発生可能電力を前記船内需用電力の半分の値から増大補正するように、前記第２流量調整手段を制御してもよい。前記構成によれば、主機における発生可能電力が目標とする値（例えば、船内需用電力の半分）を下回っても、他方の主機における発生可能電力を目標とする値（例えば、船内需用電力の半分）から増大させ、それにより当該一方の発生可能電力の不足分を補うことができる。このため、発電機の発電によって極力船内需用電力を賄いきることができるので、燃料消費率の悪化を良好に抑制することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、廃熱回収系を付加した舶用発電システムにおいて、船内需要電力を過不足なく発生可能な状況をなるべく広範なものとし、それにより燃料消費率の悪化を必要最小限に抑えることができる。本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係る舶用発電システムの全体構成を示す概念図である。

【図2】図１に示す舶用発電システムの過給機周辺の構成及び制御系の構成を示す概念図である。

【図3】図２に示す制御マップ記憶部に記憶されている制御マップの一例を模式的に示すグラフである。

【図4】図２に示すコントローラにより実行される制御の処理内容の一例を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第２実施形態に係る舶用発電システムの全体構成を示す概念図である。

【図6】図５に示す舶用発電システムの過給機周辺の構成及び制御系の構成を示す概念図である。

【図7】図６に示す制御マップ記憶部に記憶されている制御マップの一例を模式的に示すグラフである。

【図8】図６に示すコントローラにより実行される制御の処理内容の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。同一又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付し、その重複する詳細な説明を省略する。図１は、本発明の実施形態に係る舶用発電システム１００の全体構成を示す概念図である。図１に示す舶用発電システム１００は、舶用ディーゼルエンジンを主機１とした船舶に搭載されている。主機１には、排気により駆動される過給機２が備え付けられている。

【0023】

舶用発電システム１００は、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４を備えている。廃熱回収系３は、主機１の廃熱を回収し、蒸気を生成する。この廃熱には、主として主機１の排気熱が含まれ、他に主機１の給気又は掃気の熱も含まれる。蒸気ターボ発電機４は、廃熱回収系３で生成された蒸気により駆動される蒸気タービン５と、蒸気タービン５により駆動されて交流電力を発電する発電機６とを備えている。

【0024】

廃熱回収系３は、主として、排ガスエコノマイザ１０、復水器２１、給水系統２２、給水加熱器２３ａ，２３ｂ、高圧ドラム（高圧汽水分離器）２４、中圧ドラム（中圧汽水分離器）２５、低圧ドラム（低圧汽水分離器）２６、高圧循環水系統２７、蒸気系統２８、中圧循環水系統２９、中圧混気系統３０、低圧循環水系統３１、低圧蒸発器３２及び低圧混気系統３３を備えている。

【0025】

排ガスエコノマイザ１０は、過給機２と排気出口との間に介在しており、主機１の排気系の一部を構成している。排気系は、排ガスエコノマイザ１０を迂回するバイパス管７を備えている。排ガスエコノマイザ１０の入口部及びバイパス管７の入口部は、第１ダンパ８及び第２ダンパ９によりそれぞれ開閉される。第１ダンパ８及び第２ダンパ９の動作を制御することにより、排ガスエコノマイザ１０に供給される排気の流量及び熱量を調整することができる。

【0026】

排ガスエコノマイザ１０は、上流側から順に入口管１１、高圧蒸発器１２、中間管１３、中圧蒸発器１４及び出口管１５を備えている。入口管１１は、排気を高圧蒸発器１２に導く。中間管１３は、高圧蒸発器１２における熱交換後の排気を中圧蒸発器１４に導く。出口管１５は、中圧蒸発器１４における熱交換後の排気を排気出口に導く。

【0027】

復水器２１は、蒸気タービン５の蒸気出口５ａと接続され、蒸気出口５ａから流出した蒸気を凝縮させる。給水系統２２は、復水器２１を各ドラム２４〜２６に接続しており、復水器２１で生成された復水を給水として各ドラム２４〜２６まで送る。給水系統２２は、復水器２１から延びるライン２２ａと、ライン２２ａから分岐したライン２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとを有している。ライン２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、高圧ドラム２４、中圧ドラム２５及び低圧ドラム２６にそれぞれ接続されている。第１給水加熱器２３ａ及び第２給水加熱器２３ｂは、ライン２２ａ及びライン２２ｂにそれぞれ設けられている。第１給水加熱器２３ａは、各ドラム２４〜２６に送られる給水と主機１の掃気との間で熱交換させ、それにより当該給水を加熱して当該掃気を冷却する。第２給水加熱器２３ｂは、高圧ドラム２４に送られる給水と主機１の給気との間で熱交換させ、それにより当該給水を加熱して当該給気を冷却する。各ドラム２４〜２６は、給水を循環水として貯留し且つ循環水より得た蒸気を貯留する。

【0028】

高圧循環水系統２７は、高圧ドラム２４を高圧蒸発器１２に接続するライン２７ａと、高圧蒸発器１２を高圧ドラム２４に接続するライン２７ｂとを有する。蒸気系統２８は、高圧ドラム２４を蒸気タービン５の蒸気入口５ｂに接続する。ライン２７ａ上のポンプが動作すると、高圧ドラム２４内の循環水がライン２７ａに沿って高圧蒸発器１２へと送られ、送られた循環水が高圧蒸発器１２内で排気との熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２７ｂを介して高圧ドラム２４に戻され、戻された循環水は高圧ドラム２４内で蒸気と液体とに分離される。高圧ドラム２４内の蒸気は、蒸気系統２８を介して蒸気入口５ｂに供給される。中圧循環水系統２９は、中圧ドラム２５を中圧蒸発器１４に接続するライン２９ａと、中圧蒸発器１４を中圧ドラム２５に接続するライン２９ｂとを有する。中圧混気系統３０は、中圧ドラム２５を蒸気タービン５の中圧混気入口５ｃに接続する。ライン２９ａ上のポンプが動作すると、中圧ドラム２５内の循環水がライン２９ａを介して中圧蒸発器１４へと送られ、送られた循環水が中圧蒸発器１４で排気との熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２９ｂを介して中圧ドラム２５内に戻され、戻された循環水は中圧ドラム２５内で蒸気と液体とに分離される。中圧ドラム２５内の蒸気は、中圧混気系統３０を介して中圧混気入口５ｃに供給される。低圧循環水系統３１は、低圧ドラム２６を低圧蒸発器３２に接続するライン３１ａと、低圧蒸発器３２を低圧ドラム２６に接続するライン３１ｂとを有する。低圧混気系統３３は、低圧ドラム２６を蒸気タービン５の低圧混気入口５ｄに接続する。ライン３１ａ上のポンプが動作すると、低圧ドラム２６内の循環水がライン３１ａを介して低圧蒸発器３２へと送られる。本実施形態では、給気を冷却するためのエアクーラが低圧蒸発器３２に適用されており、送られた循環水は低圧蒸発器３２内で給気との熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン３１ｂを介して低圧ドラム２６内に戻され、戻された循環水は低圧ドラム２６内で蒸気と液体とに分離される。低圧ドラム２６内の蒸気は、低圧混気系統３３を介して低圧混気入口５ｄに供給される。

【0029】

蒸気タービン５は、複数の動翼を有した多段式の蒸気タービンである。蒸気タービン５は、蒸気入口５ｂ、中圧混気入口５ｃ及び低圧混気入口５ｄに供給された蒸気及び混気により動翼を回転させ、これにより出力軸に回転出力を発生させる。発電機６は、蒸気タービン５の出力、すなわち、蒸気タービン５に供給される蒸気及び混気の流量や圧力に応じて交流電力を発電する。

【0030】

なお、蒸気系統２８は、高圧ドラム２４側の上流ライン２８ａと、蒸気タービン５側の下流ライン２８ｂとを備えている。上流ライン２８ａと下流ライン２８ｂとの間には過熱器３５が介在している。蒸気系統２８は、過熱器３５を迂回して上流ライン２８ａ及び下流ライン２８ｂを接続するバイパスライン２８ｃを更に備えている。廃熱回収系３は、高圧ドラム２４からの蒸気が蒸気入口５ｂに送られるまでに過熱器３５を経由するか否かを制御する弁ユニット３４を備えている。弁ユニット３４は、バイパスライン２８ｃを介した蒸気の通流を許容又は阻止する第１開閉弁３４ａと、過熱器３５を介した蒸気の通流を許容又は阻止する第２開閉弁３４ｂと、過熱器３５を通流した蒸気を部分的に逃がすための逃がし弁３４ｃとを備えている。過熱器３５は、排ガスエコノマイザ１０の入口管１１内に設けられている。蒸気が過熱器３５を経由するときには、蒸気を排気との熱交換により過熱することができ、それにより蒸気タービン５の出力を大きくすることができる。また、低圧混気系統３３は、入口弁３６を備えている。入口弁３６の開度に応じて、低圧混気入口５ｄに供給される混気の流量が調整される。入口弁３６が低圧混気入口５ｄに供給される混気の流量を大きくするよう動作したときには、蒸気タービン５の出力を大きくすることができる。

【0031】

また、高圧ドラム２４は、補助ボイラ２４ａを備えている。補助ボイラ２４ａは、化石燃料の燃焼により生ずる熱で高圧ドラム２４内の循環水を加熱し、それにより高圧ドラム２４内で蒸気を発生することができる。この補助ボイラ２４ａの追い焚きによっても、蒸気タービン５の出力を大きくすることができる。中圧ドラム２５及び低圧ドラム２５は、加熱器２５ａ，２６ａをそれぞれ備えている。各加熱器２５ａ，２６ａは、蒸気系統２８を介して高圧ドラム２４からの蒸気の供給を受け（図１中米印参照）、それによりドラム２５，２６内の循環水を加熱することができる。

【0032】

以下の説明では、補助ボイラ２４ａの追い焚きに頼らず、回収された廃熱のみに基づいて生成された蒸気により発生した蒸気タービン５の出力を「廃熱による蒸気タービン５の出力」と称したり、当該廃熱による蒸気タービン５の出力に基づいて発電機６を駆動したときに蒸気ターボ発電機４が発生し得る電力を、「廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力」と称したりする場合がある。

【0033】

舶用発電システム１は、コントローラ５０を備えている。コントローラ５０は、弁ユニット３４、入口弁３６、第１ダンパ８及び第２ダンパ９などの動作を制御し、運転状態に応じて廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力を制御する。特に、本実施形態に係るコントローラ５０は、過給機２を迂回して排気が流れるバイパス通路４６上に設けられた排気バイパス弁４８の動作を制御する。コントローラ５０は、排気バイパス弁４８の制御を通じて、過給機２に送られる排気の流量と過給機２を迂回する排気の流量とを運転状態に応じて制御し、排ガスエコノマイザ１０に供給される排気の温度及び熱量を調整する。これにより、運転状態に変化が生じても、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力又はそれよりも高い値で安定的に維持されるようになる。ここで言う「船内需用電力」は、船舶の航行中に必要とされる電力量であり、船舶の航行中に常時必要とされる電力量（いわゆる連続電力）に一時的に必要となる電力量を加算した電力量である。なお、一時的に必要となる電力量は、船舶に搭載された冷凍装置のコンプレッサを起動するときなどに発生する。

【0034】

図２は、図１に示す舶用発電システム１００の過給機周辺の構成及び制御系の構成を示す概念図である。図２に示すように、主機１には、給気通路４１及び排気通路４２が接続されている。給気通路４１は、吸気口より取り入れられた後に過給機２で過給された給気を主機１の燃焼室（図示せず）に送るための通路である。排気通路４２は、主機１の燃焼室（図示せず）からの排気が流れる通路である。過給機２は、排気通路４２上に設けられたタービン４３と、給気通路４１上に設けられたコンプレッサ４４と、タービン４３及びコンプレッサ４４を接続して一体的に回転させるロータ４５とを備えている。

【0035】

前述したバイパス通路４６は、過給機２を迂回するようにして排気通路４２に接続されている。つまり、バイパス通路４６の上流端部は、排気通路４２のうちタービン４３よりも上流側に接続されている。バイパス通路４６の下流端部は、排気通路４２のうちタービン４３よりも下流側であって、排ガスエコノマイザ１０に向かう通路とバイパス管７に向かう通路との分岐点よりも上流側に接続されている。このため、バイパス通路４６では、過給機２を迂回して排気が流れ、その排気が排ガスエコノマイザ１０に供給されうる。

【0036】

バイパス通路４６には、バイパス通路４６を流れる排気の流量と、過給機２に送られる排気の流量とを調整するための流量調整手段４７が設けられている。別の言い方をすれば、流量調整手段４７は、主機１からの排気の全流量に対するバイパス通路４６を流れる排気の流量の割合を調整する。以下、この割合を「過給機バイパス率」と称して説明する。

【0037】

流量調整手段４７は、バイパス通路４６上に開度可変に設けられた排気バイパス弁４８と、バイパス通路４６上に設けられたオリフィス４９とを備えている。排気バイパス弁４８の開度が大きくなると、過給機バイパス率が増大する。つまり、排気バイパス弁４８の開度を調整することによって、バイパス通路４６を流れる排気の流量が調整され、過給機２に送られる排気の流量が受動的に調整される。オリフィス４９は、過給機バイパス率が或る値を超えるのを制限する要素であり、過給機バイパス率のリミッタとして機能する。これにより、排気が過給機２に適切に送られ、主機１の出力が不所望に低下するのを防ぐことができる。なお、図２では、オリフィス４９が、排気バイパス弁４８の下流側に配置されているが、排気バイパス弁４８の上流側に配置されていてもよい。

【0038】

コントローラ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェイスを主体として構成されたマイクロコンピュータである。コントローラ５０の入力側は、温度センサ６１及び過給機回転数センサ６２と接続されている。温度センサ６１は、給気通路４１に沿って過給機２に向かって流れている給気の温度を検出する。過給機回転数センサ６２は、過給機２の回転数を検出する。コントローラ５０の出力側は、前述したとおり、排気バイパス弁４８、第１ダンパ８、第２ダンパ９及び補助ボイラ２４ａと接続されている。コントローラ５０のＲＯＭは、制御プログラムを記憶している。コントローラ５０のＣＰＵは、ＲＯＭに予め記憶される制御プログラムを実行し、主機１の給気の温度及び主機１の負荷に応じて、排気バイパス弁４８、第１ダンパ８、第２ダンパ９及び補助ボイラ２４ａを操作し、それにより過給機バイパス率及び蒸気ターボ発電機４により発生される電力を制御する。

【0039】

コントローラ５０は、このような制御を実行する機能部として、温度測定部５１、負荷測定部５２、制御マップ記憶部５３、バイパス率算出部５４、バイパス弁制御部５５、ダンパ制御部５６及び補助ボイラ制御部５７を有している。

【0040】

温度測定部５１は、温度センサ６１からの入力に応じて主機１の給気の温度を測定する。負荷測定部５２は、過給機回転数センサ６２からの入力に応じて主機１の負荷を測定する。負荷測定部５２により測定される負荷の測定値は、例えば、定格負荷を１００％とした百分率である。制御マップ記憶部５３は、主機１の給気の温度及び主機の負荷と、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力以上の値である目標発生電力となるために必要とされる過給機バイパス率との間の対応関係を規定した制御マップ６５（図３参照）を記憶している。バイパス率算出部５４は、温度測定部５１により測定された主機１の給気の温度と、負荷測定部５２により測定された主機１の負荷とに応じて、過給機バイパス率の算出値を導出する。バイパス弁制御部５５は、過給機バイパス率の算出値に応じて排気バイパス弁４８を制御する。ダンパ制御部５６は、過給機バイパス率の算出値に応じて第１ダンパ８及び第２ダンパ９を制御する。補助ボイラ制御部５７は、過給機バイパス率の算出値に応じて補助ボイラ２４ａを制御する。

【0041】

図３は、図２に示す制御マップ記憶部に記憶される制御マップ６５の一例を模式的に示すグラフである。図３の下側は、制御マップ６５を模式的に示すグラフである。図３の上側は、制御マップ６５がどのようにして導出されるのかを説明するためのグラフである。何れのグラフも二次元直交座標系に表されており、何れのグラフの横軸も、定格負荷を１００％とした主機負荷の百分率である。制御マップ６５の縦軸は、図３右側に示すように過給機バイパス率である。説明用グラフの縦軸は、図３左側に示すように、蒸気ターボ発電機４の発生可能電力である。細線は、給気の温度ＴがＴ１である場合、破線は、給気の温度ＴがＴ２である場合、太線は、給気の温度ＴがＴ３である場合をそれぞれ表わしており、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、関係：Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３ を満たす。なお、Ｔ１は、例えば、国際標準規格に準拠した摂氏２５度であってもよい。菱形状のプロット（◆）が通過する線は、過給機バイパス率が０％である場合、丸形状のプロット（●）が通過する線は、過給機バイパス率が最大値である場合をそれぞれ表わしている。前述のとおり、最大値は、オリフィス４９の仕様に応じて機械的に決められる。正方形状のプロット（■）が通過する線、三角形状のプロット（▲）が通過する線及びクロス状のプロット（×）が通過する線は、過給機バイパス率が０％から最大値の間の値をとる場合をそれぞれ表わしている。

【0042】

図３上側に示した説明用グラフを参照して、運転状態の変化に応じた蒸気ターボ発電機４の発生可能電力の変化について説明する。説明用グラフを構成する複数線のうち任意の一つを参照すればわかるとおり、同一温度且つ同一過給機バイパス率条件下においては、負荷が高いほど、蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が高くなる。主機１の負荷が高いほど、排気の流量が増え、その分廃熱回収系３で回収可能な熱量が増えるからである。説明用グラフを構成する線同士を対比すればわかるとおり、負荷の変化に応じた蒸気ターボ発電機４の発生可能電力の変化の傾向は、温度及び過給機バイパス率への依存性が低く、温度及び過給機バイパス率に関わらず概ね同一である。

【0043】

説明用グラフを構成する複数線のうち同一形状のプロットが通過する線同士を対比すればわかるとおり、同一負荷且つ同一過給機パイパス率条件下においては、給気の温度が高いほど、蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が高くなる。排ガスエコノマイザ１０に供給される排気の温度及び熱量は、給気の温度に依存するからであると考えられる。説明用グラフを構成する複数線のうち同一線種の線同士を対比すればわかるとおり、同一温度且つ同一負荷条件下においては、過給機バイパス率が高いほど、蒸気ターボ発電機４の発生可能電力は高くなる。過給機２を経由するよりも過給機２を迂回したほうが、排ガスエコノマイザ１０に供給されるまでの排気の熱損失が小さくなるからであると考えられる。

【0044】

従来から一般に、廃熱回収系を付加した舶用発電システムにおいて、蒸気ターボ発電機４の定格出力は船内需用電力よりも高い値に設定される。そして、主機１が常用出力（８０〜９０％負荷）で運転されており且つ給気の温度が所定温度（例えば、国際標準規格に準拠した摂氏２５度）である場合に、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力を賄いきれるようにして、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様が設計される。従来、主機１が常用出力未満で運転されていれば、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力を賄いきれなくなり、補助ボイラ２４ａを即座に追い焚きする必要が生じている。また、主機１が常用出力で運転されているような場合、給気の温度が上記所定温度よりも大きくなれば、蒸気ターボ発電機４が余剰電力を発生する。このように、運転状態が変化したときに、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が変化してしまい、船内需用電力に対する過不足が生じやすい。

【0045】

これに対し、本実施形態によれば、負荷のみならず、温度及び過給機バイパス率も廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力に影響を与える因子であるとの知見に基づき、温度及び負荷が変化したときに過給機バイパス率がどのように変化すれば廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力以上の目標発生電力となるのかを示す対応関係を導出し、導出された対応関係を規定する制御マップ６５を制御マップ記憶部５３に予め記憶させている。

【0046】

この対応関係を導出する手順の一例とともに、この対応関係がどのようなものであるかについて説明する。まず、図３上側に示す線図を得る。つまり、温度及び過給機バイパス率を固定し、負荷に対する廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力を解析する。この解析は、温度及び過給機バイパス率の値を変えて複数回行われる。解析は、数値シミュレーションにより算出されたデータに基づくものでもよいし、実機から取得されたデータに基づくものでもよい。解析の結果、横軸に負荷をとり縦軸に廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力をとった二次元直交座標系において、複数の右肩上がりの線を得ることができる（図３上側参照）。勿論、得られた線のトレンドや位置は、主機１、過給機２、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様に応じて変わる。

【0047】

そして、得られた線の各々に関し、目標発生電力を得るための負荷の値を導出する。その後、横軸に負荷をとり縦軸に過給機バイパス率をとった二次元直交座標系において、導出された負荷の値に対する過給機バイパス率をプロットする（図３下側参照）。そして、同一温度条件下のプロットを用いて、負荷に対する過給機バイパス率の対応関係を導出する。この対応関係は、右肩下がりの直線に近似して表すことができる。つまり、温度を固定した状況下で、過給機パイパス率が負荷の変化に応じて概ね線形に変化すると、蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が目標発生電力で維持される。異なる温度条件同士を対比すると、近似直線の傾きは略同一である（図３下側参照）。つまり、或る温度条件下での近似直線を横軸方向に平行移動させるだけで、別の温度条件下での負荷と過給機バイパス率との間の対応関係を導出することができる。したがって、幾つかの温度条件下における近似直線を導出しておけば、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力を目標発生電力で維持するために必要な過給機バイパス率を負荷及び温度に応じて求めるための式（１）を下記のとおり導出することができる。

【0048】

Ｙ＝ａＸ＋ｆ（Ｔ） …（１）
ここで、ａは近似直線の傾き、Ｔは温度、Ｘは負荷、Ｙは過給機バイパス率である。ｆ（Ｔ）は、近似直線の補正項であり、温度に応じた近似直線の横軸方向の平行移動量を傾きａを加味して考慮したものとなっている。上記式（１）に従えば、負荷Ｘ及び温度Ｔが決まると、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力を目標発生電力に維持するために必要な過給機バイパス率Ｙを導き出すことができる。傾きａは負の値であるので、負荷が低いほど、過給機バイパス率Ｙは大きくなる。また、温度Ｔが低いほど、過給機バイパス率Ｙは大きくなる。ただし、過給機バイパス率Ｙは、ゼロ未満の値をとり得ず、また、オリフィス４９により規定される最大値ＭＡＸよりも大きい値をとり得ない。そこでコントローラ５０は、過給機バイパス率Ｙの算出値に応じて、排気バイパス弁４８、ダンパ８，９及び補助ボイラ２４ａを下記のとおり制御する。

【0049】

図４は、図２に示すコントローラ５０により実行される制御の処理内容の一例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、航行中に所定の周期で繰り返し実行される。図４に示すように、まず、温度センサ６１からの入力に応じて温度測定部５１が温度Ｔを測定する（ステップＳ１）。次に、過給機回転数センサ６２からの入力に応じて、負荷測定部５２が主機１の負荷を測定する（ステップＳ２）。次に、バイパス率算出部５４が、温度測定部５１により測定された温度と、負荷測定部５２により測定された負荷とに応じて、制御マップ記憶部５３に記憶されている制御マップ６５を参照して、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が目標発生電力となるために必要な過給機バイパス率Ｙを算出する（ステップＳ３）。次に、バイパス率算出部５４が、過給機バイパス率の算出値が、オリフィスにより規定される最大値ＭＡＸよりも大きいか否か、及び、ゼロ未満であるか否かを判断する（ステップＳ４，Ｓ５）。

【0050】

算出値がゼロ以上であり且つ最大値ＭＡＸ以下であれば（Ｓ４：ＮＯ，Ｓ５：ＮＯ）、バイパス弁制御部５５が、過給機バイパス率の算出値に応じた排気バイパス弁４８の開度を算出し、算出された値となるよう排気バイパス弁４８の開度を制御する（ステップＳ６）。

【0051】

このように、本実施形態に係る舶用発電システム１００によれば、式（１）に従って算出された過給機バイパス率Ｙの算出値が、ゼロ以上であり且つ最大値ＭＡＸ以下を満たす運転状態においては、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力を目標発生電力に維持することができる。この条件を満たす運転状態においては、蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力に対し過剰に大きくなることもないので、無用な燃料消費率の悪化を抑制することができる。そして、本実施形態では、温度ＴがＴ１、Ｔ２又はＴ３である３つの条件の何れにおいても、過給機バイパス率Ｙが最大値ＭＡＸをとるときの主機１の負荷が、常用出力での負荷ＸＮ未満となっている（図３参照）。このように、補助ボイラ２４ａの追い焚きを実施せずとも蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力を賄える運転領域を常用出力ＸＮよりも低負荷側に拡大することができ、燃料消費率の悪化を良好に抑制することができる。

【0052】

算出値Ｙがゼロ未満であれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、バイパス弁制御部５５が、排気バイパス弁４８の開度を全閉とする（ステップＳ７）。これにより、過給機バイパス率がゼロとなる。しかし、このままであれば、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力を超える。そこで、ダンパ制御部５７が、算出値Ｙとゼロとの偏差に応じて、ダンパ８，９を制御する（ステップＳ８）。例えば、偏差が大きいときほど、第２ダンパ９の開度が大きくなるように及び／又は第１ダンパ８の開度が小さくなるようにして、第１ダンパ８及び第２ダンパ９を制御する。これにより、蒸気ターボ発電機４が余剰電力を発生するのを回避することができる。なお、図３には、算出値Ｙがゼロ未満になる運転領域の一例を、Ｐ１，Ｐ２で表わしている。Ｐ１は、温度がＴ３である場合において、過給機バイパス率Ｙの算出値がゼロ未満となる負荷の範囲を表わし、Ｐ２は、温度がＴ２である場合において、過給機バイパス率Ｙの算出値がゼロ未満となる負荷の範囲を表す。

【0053】

算出値Ｙが最大値ＭＡＸよりも大きければ（Ｓ４：ＹＥＳ）、バイパス弁制御部５５が、排気バイパス弁４８の開度を全開に制御する（ステップＳ９）。これにより、過給機バイパス率は、オリフィス４９により規定される最大値ＭＡＸになる。しかし、このままでは、廃熱による蒸気ターボ発電機４の発生可能電力が船内需用電力を賄いきれなくなる。そこで、補助ボイラ制御部４６が、電力の不足分を補うため、補助ボイラ２４ａの追い焚きを実施する（ステップＳ１０）。補助ボイラ２４ａが発生する熱量は、算出値と最大値との偏差に応じて決められていてもよい。このようにすることで、補助ボイラ２４ａを追い焚きしたときに、船内需用電力を超える余剰電力が発生するのをなるべく抑制することができ、無駄な燃料消費を良好に抑制することができる。なお、図３には、算出値Ｙが最大値ＭＡＸよりも大きくなる運転領域の一例を、Ｑ１，Ｑ２で表わしている。Ｑ１は、温度がＴ１である場合において、過給機バイパス率Ｙの算出値が最大値ＭＡＸよりも大きくなる負荷の範囲を表わし、Ｑ２は、温度がＴ２である場合において、過給機バイパス率Ｙの算出値が最大値ＭＡＸよりも大きくなる負荷の範囲を表す。

【0054】

このように本実施形態によれば、廃熱による蒸気ターボ発電機の発生可能電力が船内需用電力以上の値で維持される運転領域を拡大することができ、燃料消費率の悪化を良好に抑制することができる。

【0055】

図３下側に示される制御マップ６５を表すグラフは、図３上側に示すグラフをベースにして作成されることができ、図３上側のグラフのトレンド及び位置は、主機１、過給機２、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様に応じて変わる。言い換えれば、主機１及び過給機２の仕様が決まれば、図３下側に示すグラフが上記作用効果を良好に発揮するようなものとなるように、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様を調整することができる。すなわち、図３下側に示す制御マップ６５の最適化を第一義的なものとする設計コンセプトの下、最適化された制御マップ６５に基づいて廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様を逆算的に設計することが可能になる。このように、制御マップ６５は、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の設計を支援するためのツールとしても非常に有用である。

【0056】

給気の温度は、船舶の使用状況に大きく依存する。そこで、高緯度帯を航行する機会が多いと見込まれている船舶においては、給気の温度が低くても蒸気ターボ発電機４が船内需用電力を賄えるように、図３下側に示されるグラフが左側にシフトしていることが好ましい。逆に、低緯度帯を航行する機会が多いと見込まれている船舶においては、給気の温度が低下する機会が少ないので、図３下側に示されるグラフを右側にシフトさせることができる。このようにして図３下側の制御マップ６５の仕様を決めたうえで、廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様を逆算的に設計することも可能になる。よって、搭載対象の船舶に想定される使用状況に応じて、舶用発電システム１００の仕様を容易に最適設計可能になる。

【0057】

このように、蒸気ターボ発電機４が船内需用電力を賄う運転領域が低負荷側に拡大可能になることと、主機１及び過給機２の仕様と最適な制御マップ６５とを決めれば廃熱回収系３及び蒸気ターボ発電機４の仕様を逆算的に最適設計可能になることとに照らして、従前は廃熱回収系を付加した舶用発電システムを搭載することが困難であると見られていた比較的小型の船舶にも、かかる舶用発電システムを適用しやすくなる。これにより、船舶業界における省エネルギー化を広く推進することができる。

【0058】

図５は、本発明の第２実施形態に係る舶用発電システム２００の全体構成を示す概念図である。本実施形態は、いわゆる２機２軸型の推進システムを搭載した船舶に好適に適用される。以下では、一方の主機１Ａに対応する構成要素の名称に序数「第１」を付すと共に当該構成要素の参照符号に「Ａ」を付す場合がある。他方の主機１Ｂに対応する構成要素の名称に序数「第２」を付すと共に当該構成要素の参照符号に「Ｂ」を付す場合がある。

【0059】

図５に示すように、本実施形態に係る発電システム２００は、２機の主機１Ａ，１Ｂを備える船舶に搭載され、廃熱回収系２０３及び蒸気ターボ発電機２０４を備えている。蒸気ターボ発電機２０４は、第１実施形態のものと概ね同様であり、廃熱回収系２０３で生成された蒸気により駆動される１台の蒸気タービン２０５と、当該蒸気タービン２０５により駆動されて交流電力を発電する１台の発電機２０６とを備える。２機の主機１Ａ，１Ｂそれぞれに、過給機２Ａ，２Ｂと排気系とが設けられている。各排気系は、第１実施形態の排気系と同様にして、排ガスエコノマイザ１０Ａ，１０Ｂ、バイパス管７Ａ，７Ｂ、排気通路４２Ａ，４２Ｂ及びバイパス通路４６Ａ，４６Ｂを備えている。各排ガスエコノマイザ１０Ａ，１０Ｂは、第１実施形態と同様にして、入口管１１Ａ，１１Ｂ、高圧蒸発器１２Ａ，１２Ｂ、中間管１３Ａ，１３Ｂ、中圧蒸発器１４Ａ，１４Ｂ及び出口管１５Ａ，１５Ｂを備えている。

【0060】

廃熱回収系２０３は、排ガスエコノマイザ１０Ａ，１０Ｂ、高圧ドラム（高圧汽水分離器）２２４、中圧ドラム２２５、高圧循環水系統２２７、蒸気系統２２８、中圧循環水系統２２９、中圧混気系統２３０を備えている。説明便宜のため図５では図示を省略するが、廃熱回収系２０３は、第１実施形態と同様にして、復水器、給水系統、給水加熱器、低圧ドラム、低圧循環水系統及び低圧混気系統を備えている。高圧ドラム２２４は、第１実施形態のものと概ね同様であり、補助ボイラ２２４ａを備える。中圧ドラム２２５も第１実施形態のものと概ね同様である。

【0061】

高圧循環水系統２２７は、高圧ドラム２２４を第１排ガスエコノマイザ１０Ａの第１高圧蒸発器１２Ａに接続するライン２２７ａと、第１高圧蒸発器１２Ａを高圧ドラム２２４に接続するライン２２７ｂと、ライン２２７ａから分岐して第２排ガスエコノマイザ１０Ｂの第２高圧蒸発器１２Ｂに接続するライン２２７ｃと、第２高圧蒸発器１２Ｂを高圧ドラム２２４に接続するライン２２７ｄとを有している。このように、高圧ドラム２２４の高圧循環水系統２２７は、第１高圧蒸発器１２Ａ及び第２高圧蒸発器１２Ｂを高圧ドラム２２４に並列接続している。

【0062】

蒸気系統２２８は、高圧ドラム２２４から延びるライン２２８ａと、ライン２２８ａから分岐したライン２２８ｂと、ライン２２８ａ，２２８ｂが集合して成るライン２２８ｃとを有し、ライン２２８ｃが蒸気タービン２０５の蒸気入口に接続されている。ライン２２８ａ，２２８ｂにはそれぞれ、第１過熱器３５Ａ及び第２過熱器３５Ｂが接続されている。

【0063】

ライン２２７ａ上のポンプが動作すると、高圧ドラム２２４内の循環水の一部がライン２２７ａを介して第１高圧蒸発器１２Ａへと送られ、送られた循環水は第１高圧蒸発器１２Ａ内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２２７ｂを介して高圧ドラム２２４に戻される。また、高圧ドラム２２４内の循環水の一部がライン２２７ｃを介して第２高圧蒸発器１２Ｂへと送られ、送られた循環水は第２高圧蒸発器１２Ｂ内で排ガスとの熱交換により蒸気となる。循環水は気液混合状態でライン２２７ｄを介して高圧ドラム２２４に戻される。高圧ドラム２２４内の蒸気の一部は、ライン２２８ａ及びライン２２８ｃを経由して蒸気タービン２０５の蒸気入口に供給される。また、高圧ドラム２２４内の蒸気の一部は、ライン２２８ｂ及びライン２２８ｃを経由して蒸気タービン２０５の蒸気入口に供給される。

【0064】

中圧循環水系統２２９は、中圧ドラム２２５を第１排ガスエコノマイザ１０Ａの第１中圧蒸発器１４Ａに接続するライン２２９ａと、第１低圧蒸発器１４Ａを中圧ドラム２２５に接続するライン２２９ｂと、ライン２２９ａから分岐して第２排ガスエコノマイザ１０Ｂの第２中圧蒸発器１４Ｂに接続するライン２２９ｃと、第２中圧蒸発器１４Ｂを中圧ドラム２２５に接続するライン２２９ｄとを有している。このように、中圧循環水系統２２９は、第１中圧蒸発器１４Ａ及び第２中圧蒸発器１４Ｂを中圧ドラム２２５に並列接続している。ライン２２９ａ上のポンプが動作すると、高圧循環水系統２２７と同様にして、中圧ドラム２２５内の循環水が第１中圧蒸発器１４Ａ又は第２中圧蒸発器１４Ｂで蒸気になり、循環水が気液混合状態で中圧ドラム２２５に戻る。中圧混気系統２３０は、第１実施形態のものと概ね同様である。中圧ドラム２２５内の蒸気は、中圧混気系統２３０を介して蒸気タービン２０５の中圧混気入口に供給される。

【0065】

このように本実施形態においては、２機の主機１Ａ，１Ｂからの排気熱が２つの排ガスエコノマイザ１０Ａ，１０Ｂによって個別に回収される。そして、２つの排ガスエコノマイザ１０Ａ，１０Ｂが、高圧循環水系統２２７を介して単一の高圧ドラム２２４に並列接続され、中圧循環水系統２２９を介して単一の中圧ドラム２２５に並列接続されている。この構成により、２つの排ガスエコノマイザ１０Ａ，１０ｂに個別に高圧ドラム２２４及び中圧ドラム２２５のセットを設ける場合と比較して、廃熱回収系２０３の構成をコンパクトにすることができる。なお、図示省略するが、低圧循環水系統も、各主機１Ａ，１Ｂに個別に設けられた２つの低圧蒸発器を低圧ドラムに並列接続しており、同様の作用効果を奏する。

【0066】

図６は、図５に示す舶用発電システム２００の過給機２Ａ，２Ｂ周辺の構成及び制御系の構成を示す概念図である。図６に示すように、２機の主機１Ａ，１Ｂそれぞれに、給気通路４１Ａ，４１Ｂ及び排気通路４２Ａ，４２Ｂが接続されている。各過給機２Ａ，２Ｂは、排気通路４２Ａ，４２Ｂ上に設けられたタービン４３Ａ，４３Ｂと、給気通路４１Ａ，４１Ｂ上に設けられたコンプレッサ４４Ａ，４４Ｂと、タービン４３Ａ，４３Ｂ及びコンプレッサ４４Ａ，４４Ｂを接続して一体的に回転させるロータ４５Ａ，４５Ｂとを備えている。各排気通路４２Ａ，４２Ｂに、バイパス通路４６Ａ，４６Ｂが接続されている。各バイパス通路４６Ａ，４６Ｂに、流量調整手段４７Ａ，４７Ｂが設けられ、各流量調整手段４７Ａ，４７Ｂは、排気バイパス弁４８Ａ，４８Ｂとオリフィス４９Ａ，４９Ｂとを備えている。

【0067】

コントローラ２５０の入力側は、第１温度センサ６１Ａ、第２温度センサ６１Ｂ、第１過給機回転数センサ６２Ａ及び第２過給機回転数センサ６２Ｂに接続されている。第１温度センサ６１Ａは、第１過給機２Ａに向かう給気の温度を検出し、第２温度センサ６１Ｂは、第２過給機２Ｂに向かう給気の温度を検出する。第１過給機回転数センサ６２Ａは、第１過給機２Ａの回転数を検出し、第２過給機回転数センサ６２Ｂは、第２過給機２Ｂの回転数を検出する。コントローラ２５０の出力側は、第１排気バイパス弁４８Ａ、第２排気バイパス弁４８Ｂ、補助ボイラ２２４ａ（図５参照）などに接続されている。コントローラ２５０の出力側は、第１排ガスエコノマイザ１０Ａに対応するダンパ８Ａ、第１パイパス管７Ａに対応するダンパ９Ａ、第２排ガスエコノマイザ１０Ｂに対応するダンパ８Ｂ、第２バイパス管７Ｂに対応するダンパ９Ｂにも接続されている。

【0068】

コントローラ２５０は、各主機１Ａ，１Ｂの給気の温度及び各主機１Ａ，１Ｂの負荷に応じて、第１排気バイパス弁４８Ａ及び第２排気バイパス弁４８Ｂを制御し、それにより過給機バイパス率や蒸気ターボ発電機２０４により発生される電力を制御する。コントローラ２５０は、このような制御を実行する機能部として、第１実施形態と同様にして、温度測定部２５１、負荷測定部２５２、制御マップ記憶部２５３、バイパス率算出部２５４、バイパス弁制御部２５５、ダンパ制御部２５６及び補助ボイラ制御部２５７を有している。

【0069】

図７は、図６に示す制御マップ記憶部２５３に記憶される制御マップ２６５の一例を模式的に示すグラフである。バイパス率算出部２５４は、図７に示す制御マップ２６５を参照し、温度及び負荷に応じて、２機の主機１Ａ，１Ｂごと（２つの排気バイパス弁４８Ａ，４８Ｂごと）に過給機バイパス率を算出する。この制御マップ２６５を参照することで、コントローラ２５０は、第１主機１Ａからの廃熱による発生可能電力（以下、第１発生可能電力）が船内需用電力の半分に相当し、第２主機１Ｂからの廃熱による発生可能電力（以下、第２発生可能電力）が船内需用電力の半分に相当するように、排気バイパス弁４８Ａ，４８Ｂの開度を制御する。つまり、本実施形態では、２つの排気バイパス弁４８Ａ，４８Ｂの開度が、共通の制御マップ２６５を用いながらも独立して制御され、それにより、各主機１Ａ，１Ｂの廃熱による発生可能電力を船内需用電力Ｗｄの半分ずつに分けるようにし、２機全体としての廃熱による発生可能電力を船内需用電力Ｗｄにする。

【0070】

図８は、図６に示すコントローラ２５０により実行される制御内容を示すフローチャートである。図８に示す処理は、航行中に所定の周期で繰り返し実行される。図８に示すように、まず、温度測定部２５１が、第１温度センサ６１Ａからの入力に応じて第１過給機２Ａに対応した給気温度Ｔ１を測定し、第２温度センサ６１Ｂからの入力に応じて第２過給機２Ｂに対応した給気温度Ｔ２を測定する（ステップＳ１０１）。次に、負荷測定部２５２が、第１過給機回転数センサ６２Ａからの入力に応じて第１主機１Ａの負荷Ｘ１を測定し、第２過給機回転数センサ６２Ｂからの入力に応じて第２主機１Ｂの負荷Ｘ２を測定する（ステップＳ１０２）。

【0071】

次に、バイパス率算出部２５４が、制御マップ２６５を参照して、給気温度Ｔ１及び負荷Ｘ１に応じて第１発生可能電力Ｗ１を船内需用電力Ｗｄの半分以上とするために必要な第１過給機パイパス率Ｙ１を算出する（ステップＳ１０３）。また、バイパス率算出部２５４が、制御マップ２５６を参照して、給気温度Ｔ２及び負荷Ｘ２に応じて第２発生可能電力Ｗ２を船内需用電力Ｗｄの半分以上とするために必要な第２過給機バイパス率Ｙ２を算出する（ステップＳ１０３）。

【0072】

次に、バイパス率算出部２５４が、第１発生可能電力Ｗ１と第２発生可能電力Ｗ２との和が船内需用電力Ｗｄに達しているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。達していれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、補助ボイラ２２４ａやディーゼル発電機等の補機を停め、第１過給機バイパス率Ｙ１及び第２過給機パイパス率Ｙ２がステップＳ１０３で得た値にそれぞれなるように、第１排気バイパス弁４８Ａ及び第２排気バイパス弁４８Ｂをそれぞれ駆動する（ステップＳ１０５）。これにより、２機の主機１Ａ，１Ｂからの廃熱による発生可能電力が船内需用電力を賄うことができる。

【0073】

達していなければ（Ｓ１０４：ＮＯ）、第１発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分未満であり且つ第２発生可能電力Ｗ２が船内需用電力Ｗｄの半分未満であるのか否かを判断する（ステップＳ１０６）。また、いずれか一方のみが半分未満であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、それが第１発生可能電力Ｗ１であるのか第２発生可能電力Ｗ２であるのかを判断する（ステップＳ１０７）。

【0074】

なお、第１発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分未満である場合には、第１過給機バイパス率Ｙ１はオリフィス４９Ａによって規定される最大値ＭＡＸに達しているにも関わらず、第１発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分を賄いきれないことを意味する。よって、第１発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分を賄いきれない場合には、既に、第１排気バイパス弁４８Ａの開度を増やす余地が残っていない。第２発生可能電力Ｗ２についても同様のことが言える。

【0075】

第１発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分未満であり且つ第２発生可能電力Ｗ２が船内需用電力Ｗｄの半分未満であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、２機の主機１Ａ，１Ｂ全体としての廃熱による発生可能電力が船内需用電力Ｗｄを賄いきれないので、不足分を補うため補機を駆動する（ステップＳ１０８）。

【0076】

第１発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分未満である一方で第２発生可能電力Ｗ２が船内需用電力Ｗｄの半分に達していれば（Ｓ１０６：ＮＯ，Ｓ１０７：ＹＥＳ）、第２過給機バイパス率Ｙ２を、ステップＳ１０３で得られた値から増大させる（ステップＳ１０９）。これにより、第２発生可能電力Ｗ２が船内需要電力Ｗｄの半分の値から増大し、それにより第１発生可能電力Ｗ１の不足分を補うことができる。次に、第１発生可能電力Ｗ１と、増大補正後の第２発生可能電力Ｗ２との和が船内需用電力Ｗｄに達したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。達していれば、ステップＳ１０５に進み、補機を止めた状態で蒸気ターボ発電機を駆動する。達していなければ、第２過給機バイパス率Ｙ２が最大値ＭＡＸに達したか否か（すなわち、第２発生可能電力Ｗ２を増大させる余地がもう残っていないか否か）を判断する（ステップＳ１１１）。最大値ＭＡＸに達していなければ（Ｓ１１１：ＮＯ）、ステップＳ１０９に戻って、第２過給機バイパス率Ｙ２を更に増大させ、処理を繰り返す。最大値ＭＡＸに達していれば（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８に進み、補機を駆動して不足分を補う。

【0077】

第２発生可能電力Ｗ１が船内需用電力Ｗｄの半分未満である一方で第１発生可能電力Ｗ２が船内需用電力Ｗｄの半分に達していれば（Ｓ１０６：ＮＯ，Ｓ１０７：ＮＯ）、前述同様の処理が、第１過給機バイパス率と第２過給機バイパス率とを入れ替えて行われる（ステップＳ１１２〜１１４）。すなわち、第１発生可能電力Ｗ１の増大補正（第１過給機バイパス率Ｙ１の拡大補正）によって第２発生可能電力Ｗ２の不足分を極力補う。第１発生可能電力Ｗ１が最大限増大補正されてもなお、第１発生可能電力Ｗ１と第２発生可能電力Ｗ２との和が船内需用電力Ｗｄに満たない場合には（Ｓ１１４：ＮＯ）、補機を駆動することによってその不足分が補われるようにする。

【0078】

このように本実施形態によれば、一方の主機からの廃熱による発生可能電力が目標とする値（船内需用電力の半分）を下回っても、他方の主機からの廃熱による発生可能電力を目標とする値（船内需用電力の半分）から増大させ、それにより、前記一方の発生可能電力の不足分を補うことができる。このため、補機をなるべく停止させた状態にして蒸気ターボ発電機２０４が船内需用電力を賄いきることができるので、燃料消費率の悪化を良好に抑制することができる。

【0079】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する好適な態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の趣旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。例えば、温度センサは、過給機２に供給される給気の温度を検出するものに限定されず、過給機２から主機１に供給される給気の温度、主機１から過給機２に供給される排気の温度、又は、廃熱回収系３の入口（排ガスエコノマイザ１０の入口）における排気の温度を検出するものであってもよい。主機１の負荷は、過給機の回転数に基づいて測定されるものに限定されず、主機１の出力軸及びそれに連れて回転する回転軸を含む軸動力系の回転数、主機１への燃料噴射量、主機１からの排気の流量に基づいて測定されてもよい。

【0080】

制御マップ６５は、温度及び負荷に対する過給機バイパス率の対応関係を規定する制御規則であればどのような形態であってもよく、図３に示すように直交座標系に示されるグラフ又は当該グラフを表す演算式に限定されず、ルックアップテーブルのような形態であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明は、廃熱回収系を付加した舶用発電システムにおいて、船内需要電力を過不足なく発生可能な状況をなるべく広範なものとし、それにより燃料消費率の悪化を必要最小限に抑えることができるとの作用効果を奏し、過給機付き主機を搭載した船舶に広く利用することができる。

【符号の説明】

【0082】

１００ 舶用発電システム
１ 主機
２ 過給機
３ 廃熱回収系
４ 蒸気ターボ発電機
４１ 給気通路
４６ バイパス通路
４７ 流量調整手段
４８ 排気バイパス弁
５０ コントローラ
５１ 温度測定部
５２ 負荷測定部
５３ 制御マップ記憶部
６１ 温度センサ
６２ 過給機回転数センサ
６５ 制御マップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】