特許 5951593 排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置および排熱回収方法

(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】5951593

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置および排熱回収方法

(51)【国際特許分類】

   F02G 5/00 20060101AFI20160630BHJP

   F01P 3/20 20060101ALI20160630BHJP

   F01P 11/16 20060101ALI20160630BHJP

   F01K 23/06 20060101ALI20160630BHJP

   F01K 23/10 20060101ALI20160630BHJP

   F01K 25/10 20060101ALI20160630BHJP

   F02G 5/04 20060101ALI20160630BHJP

   F01K 23/02 20060101ALI20160630BHJP

   F01K 27/02 20060101ALI20160630BHJP

【ＦＩ】

   F02G5/00 E

   F01P3/20 E

   F01P11/16 D

   F01K23/06 P

   F01K23/10 P

   F01K25/10 R

   F01K25/10 W

   F02G5/04 Q

   F02G5/04 R

   F02G5/00 C

   F02G5/00 B

   F01K23/02 P

   F01K27/02 A

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-273202(P2013-273202)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-127519(P2015-127519A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2015年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】川見 雅幸

(72)【発明者】

【氏名】市来 芳弘

(72)【発明者】

【氏名】森 匡史

(72)【発明者】

【氏名】川波 晃

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８０６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４９５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３１６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０２６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３１７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１７３４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｂ １／００−６９／００

Ｂ６３Ｈ １／００−２０／３２

２０／３６−２５／５２

Ｂ６３Ｊ １／００−９９／００

Ｆ０１Ｋ ２３／００−２７／０２

Ｆ０１Ｐ １／００−１１／２０

Ｆ０２Ｇ １／００− ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関と、
前記内燃機関から排出される排出ガスにより駆動され、空気を圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として供給する過給機と、
前記過給機から前記内燃機関に供給される前記燃焼用空気を冷却する空気冷却器と、
前記内燃機関を冷却する冷却水を循環させる冷却水流路と、
前記冷却水流路を循環する前記冷却水と作動流体の熱交換をする熱交換器と、を備え、
前記冷却水流路は、
前記空気冷却器を通過させずに前記内燃機関から排出される前記冷却水を前記熱交換器に導く第１流路と、
前記空気冷却器を通過させて前記内燃機関から排出される前記冷却水を前記熱交換器に導く第２流路と、をさらに備え、
前記第１流路を介して前記熱交換器に導かれる前記冷却水の第１流量と、前記第２流路を介して前記熱交換器に導かれる前記冷却水の第２流量とを調整する第１流量調整弁を備える排熱回収装置。

【請求項2】

前記第１流量調整弁の下流側に設けられ、該第１流量調整弁から前記熱交換器に導かれる前記冷却水の温度を検出する温度検出部を備え、
前記第１流量調整弁は、前記温度検出部が検出する前記冷却水の温度が所定温度以上となるように前記第１流量と前記第２流量とを調整する請求項１に記載の排熱回収装置。

【請求項3】

前記過給機を通過した前記排出ガスの熱を回収する排熱回収システムと、
前記排熱回収システムにより回収された熱と前記熱交換器に導かれる前記冷却水との熱交換を行う補助熱交換器とを備える請求項２に記載の排熱回収装置。

【請求項4】

前記補助熱交換器に導かれる蒸気の流量を調整する第２流量調整弁を備え、
前記第２流量調整弁は、前記温度検出部が検出する前記冷却水の温度が所定温度以上となるように前記蒸気の流量を調整する請求項３に記載の排熱回収装置。

【請求項5】

前記内燃機関が、船舶の推進力を発生させる主機関であり、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排熱回収装置を備えた排熱回収型船舶推進装置。

【請求項6】

排出ガスを排出する工程と、
前記排出ガスにより空気を圧縮して燃焼用空気を生成する工程と、
前記燃焼用空気を燃焼用空気冷却水により冷却する工程と、
前記燃焼用空気冷却水の流量と、前記燃焼用空気を冷却させない冷却水の流量とを調整し、前記燃焼用空気冷却水と前記燃焼用空気を冷却させない冷却水とを混合する工程と、
前記混合する工程により混合された冷却水を作動流体と熱交換させる工程と、を備える排熱回収方法。

【請求項7】

前記作動流体と熱交換する前の前記混合された冷却水の温度を検出する工程を備え、
前記混合する工程は、前記温度を検出する工程が検出する前記混合された冷却水の温度が所定温度以上となるように前記燃焼用空気冷却水の流量と前記燃焼用空気を冷却させない冷却水の流量とを調整する請求項６に記載の排熱回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置および排熱回収方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、船舶のディーゼルエンジンの排熱を回収して発電を行う排熱回収装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示された排熱回収装置は、ディーゼルエンジンの冷却水を蒸発器に導き、蒸発器で蒸発した作動流体をパワータービンに導く。そして、作動流体によってパワータービンが回転し、それに伴ってパワータービンの回転動力が発電機に伝達される。

【0003】

特許文献１に開示された排熱回収装置において、ディーゼルエンジンの冷却水は、ディーゼルエンジンから排出された後は他の熱交換器により熱せられることなく排熱回収装置が備える蒸発器に導かれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２１５１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された排熱回収装置においては、排熱回収装置が回収可能な熱量は、蒸発器に導かれる冷却水の温度に依存することとなる。
したがって、船舶の主機関であるディーゼルエンジンの負荷（出力）が低下すると、それに伴って冷却水の温度が低下する。そして、冷却水の温度の低下に伴って、排熱回収装置が回収する熱量が低下してしまい、十分な熱量を回収できなくなってしまう。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても冷却水を加熱して回収される熱量を維持することが可能な排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置および排熱回収方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る排熱回収装置は、内燃機関と、前記内燃機関から排出される排出ガスにより駆動され、空気を圧縮して前記内燃機関に燃焼用空気として供給する過給機と、前記過給機から前記内燃機関に供給される前記燃焼用空気を冷却する空気冷却器と、前記内燃機関を冷却する冷却水を循環させる冷却水流路と、前記冷却水流路を循環する前記冷却水と作動流体の熱交換をする熱交換器と、を備え、前記冷却水流路は、前記空気冷却器を通過させずに前記内燃機関から排出される前記冷却水を前記熱交換器に導く第１流路と、前記空気冷却器を通過させて前記内燃機関から排出される前記冷却水を前記熱交換器に導く第２流路と、をさらに備え、前記第１流路を介して前記熱交換器に導かれる前記冷却水の第１流量と、前記第２流路を介して前記熱交換器に導かれる前記冷却水の第２流量とを調整する第１流量調整弁を備える。

【0008】

本発明に係る排熱回収装置によれば、第１流路に導かれる冷却水は空気冷却器によって加熱されることなく熱交換器に導かれ、第２流路に導かれる冷却水は空気冷却器によって加熱されてから熱交換器に導かれる。第１流路に導かれる冷却水の第１流量を減少させ、第２流路に導かれる冷却水の第２流量を増加させることにより熱交換器に導かれる冷却水の温度が上昇する。したがって、内燃機関から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても、第１流量と第２流量とを第１流量調整弁により適切に調整することにより、熱交換器に導かれる冷却水の温度が適切な温度に調整される。
このようにすることで、内燃機関から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても冷却水を加熱して回収される熱量を維持することが可能な排熱回収装置を提供することができる。

【0009】

本発明の第１態様の排熱回収装置は、前記第１流量調整弁の下流側に設けられ、該第１流量調整弁から前記熱交換器に導かれる前記冷却水の温度を検出する温度検出部を備え、前記第１流量調整弁は、前記温度検出部が検出する前記冷却水の温度が所定温度以上となるように前記第１流量と前記第２流量とを調整する。
このようにすることで、第１流量調整弁は、第１流量調整弁の下流側から発電システムの熱交換器に導かれる冷却水の温度が所定温度以上となるように調整し、回収される熱量を維持することができる。

【0010】

本発明の第１態様の排熱回収装置においては、前記過給機から排出される前記排出ガスの熱を回収する排熱回収システムと、前記排熱回収システムにより回収された熱と前記熱交換器に導かれる前記冷却水との熱交換を行う補助熱交換器とを備える構成にしてもよい。
このようにすることで、内燃機関から排出される冷却水の温度が低く、空気冷却器による加熱では冷却水の温度を十分に維持できない場合であっても、排熱回収システムにより回収される排出ガスを熱源とする補助熱交換器により冷却水の温度を維持することが可能となる。

【0011】

上記構成においては、前記補助熱交換器に導かれる蒸気の流量を調整する第２流量調整弁を備え、前記第２流量調整弁は、前記温度検出部が検出する前記冷却水の温度が所定温度以上となるように前記蒸気の流量を調整するようにしてもよい。
このようにすることで、補助熱交換器に導かれる蒸気の流量を冷却水の温度が所定温度以上となるように適切に調整することができる。

【0012】

本発明に係る排熱回収型船舶推進装置は、前記内燃機関が、船舶の推進力を発生させる主機関であり、上述したいずれかに記載の排熱回収装置を備える。
このようにすることで、内燃機関から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても冷却水を加熱して回収される熱量を維持することが可能な排熱回収型船舶推進装置を提供することができる。

【0013】

本発明に係る排熱回収方法は、排出ガスを排出する工程と、前記排出ガスにより空気を圧縮して燃焼用空気を生成する工程と、前記燃焼用空気を燃焼用空気冷却水により冷却する工程と、前記燃焼用空気冷却水の流量と、前記燃焼用空気を冷却させない冷却水の流量とを調整し、前記燃焼用空気冷却水と前記燃焼用空気を冷却させない冷却水とを混合する工程と、前記混合する工程により混合された冷却水を作動流体と熱交換させる工程と、を備える。

【0014】

本発明に係る排熱回収方法によれば、燃焼用空気を冷却する燃焼用空気冷却水の流量を多くし、燃焼用空気を冷却させない冷却水の流量を少なくすることにより作動流体と熱交換される冷却水の温度が上昇する。したがって、冷却水の温度が低下する場合であっても、燃焼用空気を冷却する燃焼用空気冷却水の流量と燃焼用空気を冷却させない冷却水の流量とを適切に調整することにより、作動流体と熱交換される冷却水の温度が適切な温度に調整される。
このようにすることで、冷却水の温度が低下する場合であっても冷却水を加熱して回収される熱量を維持することが可能な排熱回収方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、内燃機関から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても冷却水を加熱して回収される熱量を維持することが可能な排熱回収装置、排熱回収型船舶推進装置および排熱回収方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置の概略構成図である。

【図2】冷却水の温度調整動作を示すフローチャートである。

【図3】図１に示す排熱回収型船舶推進装置における主機負荷に対する掃気空気温度を示すグラフである。

【図4】図１に示す排熱回収型船舶推進装置における主機負荷に対する掃気空気およびジャケット冷却水の熱量を示すグラフである。

【図5】本発明の第２実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置の概略構成図である。

【図6】冷却水の温度調整動作を示すフローチャートである。

【図7】図５に示す排熱回収型船舶推進装置における主機負荷に対する主機排ガス温度を示すグラフである。

【図8】図５に示す排熱回収型船舶推進装置における主機負荷に対するコンポジットボイラにおける蒸気発生量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１（排熱回収装置）は、ディーゼルエンジン（内燃機関）３と、ターボチャージャ（過給機）４と、空気冷却器５と、冷却水流路７と、三方弁（第１流量調整弁）８と、ＯＲＣシステム（発電システム）２と、排熱回収システム１０とを備える。

【0018】

本実施形態の排熱回収型船舶推進装置１は、船舶の推進力を発生させる主機関（主機）であるディーゼルエンジン３の冷却水の排熱を、熱交換によってＯＲＣシステム２の有機流体（作動流体）に伝達し、有機流体によって発電を行う装置である。本実施形態の排熱回収型船舶推進装置１は、ディーゼルエンジン３の冷却水の排熱を発電に利用することで、排熱を有効に回収して再利用することを可能にする。
以下、本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１の各部について図面を参照して説明する。

【0019】

ディーゼルエンジン３は、船舶の推進力を発生させる主機関（主機）であり、燃料油および燃料ガスの少なくともいずれか一方を主燃料として掃気空気とともに燃焼させる内燃機関である。
ターボチャージャ４は、ディーゼルエンジン３が主燃料を燃焼させることにより排出される排出ガスにより駆動されるタービン４ａと、タービンの回転動力によって外気を圧縮する圧縮機４ｂとを備える。ターボチャージャ４により圧縮された外気は、燃焼用の掃気空気としてディーゼルエンジン３に供給される。

【0020】

空気冷却器５は、ターボチャージャ４の圧縮機４ｂからディーゼルエンジン３に供給される掃気空気を冷却する装置である。空気冷却器５の入口における掃気空気の温度は、図３に実線で一例を示すように、主機負荷（主機であるディーゼルエンジン３の負荷）に応じて約５０℃〜約２００℃の範囲となる。空気冷却器５により掃気空気を冷却することにより、空気冷却器５の出口における掃気空気の温度は、主機負荷にかかわらず約４０℃に維持される。このように、掃気空気の温度を低くすることにより、ディーゼルエンジン３に供給される掃気空気の単位体積あたりの重量を増加させることができる。

【0021】

空気冷却器５は、燃焼用空気の流通方向の上流側に配置される第１空気冷却部５ａと、その下流側に配置される第２空気冷却部５ｂとを備えている。第１空気冷却部５ａは、冷却水流路７から供給されるディーゼルエンジン３の冷却水と圧縮機４ｂから供給される掃気空気との熱交換を行うことで、掃気空気を冷却する。第２空気冷却部５ｂは、セントラル冷却器（不図示）により海水にて冷却された清水と第１空気冷却部５ａにより冷却された掃気空気との熱交換を行うことで、掃気空気を更に冷却する。

【0022】

冷却水流路７は、図１に示すように、流路７１，流路７２，流路７３，流路７４，流路７５，流路７６，流路７７の順に冷却水を循環させる流路である。冷却水流路７は、流路７３と流路７４とが接続される分岐点Ｄに接続される流路７８を更に備えている。
流路７４（第１流路）は、空気冷却器５を通過させずにディーゼルエンジン３から排出される冷却水をＯＲＣシステム２の蒸発器２１に導く流路である。流路７８（第２流路）は、空気冷却器５を通過させてディーゼルエンジン３から排出される冷却水をＯＲＣシステム２の蒸発器２１に導く流路である。

【0023】

三方弁８は、流路７４（第１流路）を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第１流量）と、流路７８（第２流路）を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）とを調整する弁である。三方弁８は、流路７４から流路７５に流入する冷却水の流量を０とし、流路７３を流通する冷却水の全量を流路７８から流路７５に流入させることができる。また、三方弁８は、流路７８から流路７５に流入する冷却水の流量を０とし、流路７３を流通する冷却水の全量を流路７４から流路７５に流入させることができる。

【0024】

ＯＲＣシステム（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒａｎｋｉｎｅ Ｃｙｃｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ）２は、冷却水流路７を循環する冷却水と有機流体の熱交換をする蒸発器２１を有し、蒸発器２１により冷却水と熱交換した有機流体により発電を行うシステムである。ＯＲＣシステム２は、ディーゼルエンジン３の燃焼により発生する熱が伝達される冷却水を熱源として利用することにより、ディーゼルエンジン３の排熱を有効に回収することができる。

【0025】

ＯＲＣシステム２は、有機流体を循環させる有機流体流路２０を備えている。有機流体経路を流れる有機流体としては、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、冷媒として用いられるＲ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等を用いることができる。ＯＲＣシステム２は、蒸発器２１と、パワータービン２２と、エコノマイザ２３と、凝縮器２４と、循環ポンプ２５とを備えており、これらは図１に示すように有機流体流路２０によって接続されている。

【0026】

ＯＲＣシステム２において、蒸発器２１は、流路７５を流通する冷却水と有機流体との熱交換を行って有機流体を蒸発させる。蒸発器２１で蒸発した有機流体は、有機流体流路２０によってパワータービン２２に導かれる。パワータービン２２は、気相の有機流体によって回転動力が与えられて回転する。パワータービン２２の出力軸には減速機２６を介して発電機２７が接続されている。したがって、パワータービン２２の回転動力によって発電機２７による発電が行われる。

【0027】

パワータービン２２に回転動力を与えた気相の有機流体は凝縮器２４に導かれ、海水によって冷却されることにより気相の有機流体が凝縮して液相の有機流体となる。液相の有機流体は、循環ポンプ２５によってエコノマイザ２３に導かれる。エコノマイザ２３は、循環ポンプ２５から導かれる液相の有機流体とパワータービン２２から排出された気相の有機流体との熱交換を行い、液相の有機流体を加熱してから蒸発器２１に導く。このように、ＯＲＣシステム２の有機流体は、蒸発器２１，パワータービン２２，凝縮器２４，循環ポンプ２５，エコノマイザ２３の順に、有機流体流路２０内を循環する。

【0028】

次に、冷却水流路７を循環する冷却水の流量の調整機構について説明する。
排熱回収型船舶推進装置１は、図１に示す制御部９を備えている。制御部９が流量調整弁８１，８２，８３，三方弁８４，８，８７の開度を調整することにより、冷却水流路７を循環する冷却水の流量の調整が行われる。

【0029】

流量調整弁８１，８２，８３は、流路７１から排出されるディーゼルエンジン３の冷却水の一定量を造水装置（不図示）に導くように冷却粋の流量を調整する弁である。ここで、造水装置は、バイパス流路９１を介して導かれたディーゼルエンジン３の冷却水の排熱を利用して、船外から取り入れられた海水を加熱し、加熱された海水を蒸発させて清水を造り出す蒸発式（フラッシュ式）の造水装置である。常に一定量の清水を造り出すことを可能とするために、造水装置には、一定量（例えば、流路７１を流通する１４０ｔ／ｈの流量の内の７０ｔ／ｈの流量）の冷却水が導かれる。

【0030】

造水装置に導かれた冷却水は、海水を蒸発させるのに利用された後にバイパス流路９２を介して流路７２に導かれる。このように、ディーゼルエンジン３の冷却水の排熱のうちの一定量は、造水装置の熱源として利用される。一方、ディーゼルエンジン３の冷却水の排熱のうちの他の一定量（造水装置に導かれない冷却水の流量）は、流量調整弁８１を介して流路７２に導かれる。

【0031】

三方弁８４は、流路７２に導かれた冷却水のうち一部の流量を流路７３に導き、他の一部の流量を三方弁８７および循環ポンプ８８が設けられる流路７７に導く弁である。三方弁８４は、流路７２に導かれる冷却水の全量を流路７３に導くことや、流路７２に導かれる冷却水の全量を流路７７に導くことができる。
制御部９は、流路７３上に設けられる流量計８５によって流路７３を流通する冷却水の流量を検知し、三方弁８４の開度を調整する。

【0032】

流路７３に導かれた冷却水は、分岐点Ｄにおいて、流路７４と流路７８とに分岐する。流路７４および流路７８それぞれの下流端は、三方弁８に接続されている。三方弁８は、制御部９の指示に応じて、流路７３を流通する冷却水のうち、流路７４（第１流路）を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第１流量）と、流路７８（第２流路）を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）との比率を調整する。

【0033】

三方弁８の下流側の流路７５には温度センサ８６（温度検出部）が設けられており、流路７４および流路７８から流入する冷却水が混合した状態で、冷却水の温度を検出する。制御部９は、後述するように、温度センサ８６が検出する温度が所定温度以上となるように、三方弁８を制御する。

【0034】

所定温度以上となるように調整された冷却水は、ＯＲＣシステム２の蒸発器２１を通過した後、流路７６に導かれる。流路７６の下流端は三方弁８７に接続されている。三方弁８７は、流路７６を流通する冷却水を流路７７に設けられた循環ポンプ８８に導くものである。三方弁８７は、制御部９の指示に応じて、流路７６からセントラル冷却器を介して流路７７に導かれる冷却水の流量と、セントラル冷却器を介さずに流路７７に導かれる冷却水の流量とを調整することが可能となっている。

【0035】

循環ポンプ８８は、冷却水流路７内で冷却水が循環するように冷却水に流速を与える装置である。循環ポンプ８８に導かれた冷却水は、流路７７から再びディーゼルエンジン３に導かれ、ディーゼルエンジン３の冷却水として用いられる。

【0036】

次に、ディーゼルエンジン３から排出され、ターボチャージャ４の動力として用いられた排ガス（燃焼ガス）の排熱を回収して利用する排熱回収システム１０について説明する。
排熱回収システム１０は、コンポジットボイラ１０１を備えている。

【0037】

コンポジットボイラ１０１は、ターボチャージャ４から流路１０２を介して高温の排ガスが導かれる。コンポジットボイラ１０１に送り込まれた水は、排ガスとの熱交換によって蒸発し、発生した蒸気はヒータ１０３に送出され、各種の機器（油加熱器、タンク加熱器等）の熱源として用いられる。ヒータ１０３にて熱源として用いられた蒸気は、大気圧ドレンタンク１０４に回収される。

【0038】

大気圧ドレンタンク１０４内の水は、給水ポンプ１０５によって送出され、コンポジットボイラ１０１に導かれる。大気圧ドレンタンク１０４に回収されたコンポジットボイラ１０１内の水の水位は、図示しないフロートスイッチによって、一定の水位を保つように調整される。
このように、排熱回収システム１０は、ターボチャージャ４の動力として用いられた排ガス（燃焼ガス）の排熱を回収して蒸気を発生させ、各種の機器（油加熱器、タンク加熱器等）の熱源として用いることができる。

【0039】

次に、図２を参照して、制御部９が三方弁８を調整することにより行われる冷却水の温度調整動作について説明する。図２に示す各工程は、制御部９が記憶部（不図示）から制御プラグラムを読み出して実行することにより行われる。
図２の説明にあたっては、図３および図４を参照する。図３は、主機負荷に対する掃気空気温度を示すグラフであり、実線が空気冷却器５の入口における掃気空気温度を示し、鎖線が空気冷却器５の出口における掃気空気温度を示す。図４は、主機負荷に対する熱量を示すグラフであり、実線がターボチャージャ４から排出される掃気空気が備える熱量を示し、鎖線がディーゼルエンジン３から排出される冷却水が備える熱量を示す。

【0040】

ステップＳ２０１で、制御部９は、主機（ディーゼルエンジン３）の負荷が所定負荷より低いかを判定し、所定負荷より低い場合にはステップＳ２０２に処理を進め、そうでなければステップＳ２０４に処理を進める。
ここで、所定負荷より低い場合とは、例えば、主機負荷が６０％となる場合をいう。主機負荷が１００％となる場合、その出力は例えば１３０００ｋＷ（回転数１０２．６ｒｐｍ）となる。図４に一例を示すように、主機負荷が６０％となる場合、ディーゼルエンジン３から排出される冷却水の熱量はＱ２ｋＷ（約１４００ｋＷ）となる。前述したように、冷却水の熱量に含まれる一定熱量（約６００ｋＷ）は、造水装置の熱源として消費される。図４に示すように、（Ｑ２−Ｑ１）に相当する熱量が造水装置用熱量として消費される。従って、ＯＲＣシステム２の熱源として利用可能な熱量は、主機負荷が６０％の場合、Ｑ１ｋＷ（約８００ｋＷ）となる。

【0041】

ＯＲＣシステム２の熱源として利用可能な熱量が８００ｋＷを下回る場合、ＯＲＣシステム２に供給される冷水の温度が８５℃を下回り、ＯＲＣシステム２が所望の発電電力（約１００ｋＷ）を発生させることができなくなる。そこで、主機の負荷が所定負荷より低い場合、制御部９は、以下に説明するように三方弁８を調整して、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度を上昇させる。
図３および図４に示すように、主機負荷が６０％以下となる場合であっても、掃気空気の温度および熱量は十分であるので（例えば、主機負荷５０％では、約１３０℃で約１２００ｋＷ）、掃気空気を熱源とすることにより、冷却水の温度を上昇させることができる。

【0042】

ステップＳ２０２（温度検出工程）で、制御部９は、温度センサ８６の検出値を参照し、流路７５を流通する冷却水の温度が所定温度（例えば、８５℃）より低いかどうかを判定する。冷却水の温度が所定温度より低いと判定される場合は、冷水の温度を上昇させる必要があるので、ステップＳ２０３に処理を進める。冷却水の温度が所定温度より低いと判定されない場合、冷却水の温度が十分な温度となっていることから、ステップＳ２０４に処理を進める。

【0043】

ステップＳ２０３で、制御部９は、三方弁８を調整することにより、流路７４を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第１流量）を減少させ、流路７８を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）を増加させる。流量の調整量は、予め固定された流量を調整してもよいし、温度センサ８６の検出値と所定温度（例えば、８５℃）との差分に基づいて流量を調整してもよい。
制御部９は、ステップＳ２０３の後に再びステップＳ２０１に処理を戻すので、冷却水の温度が所定温度以上となるまで、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３の処理が繰り返される。

【0044】

冷却水の温度が所定温度以上となり、さらにステップＳ２０１で主機の負荷が所定負荷以上となったことが判定された場合、制御部９は、ステップＳ２０４に処理を進める。
ステップＳ２０４で、制御部９は、主機であるディーゼルエンジン３の負荷が所定負荷以上となり、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度が所定温度以上となることから、流路７４を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第１流量）を１００％とし、流路７８を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）を０％とする。第２流量を０％とすることにより、空気冷却器５による冷却水の加熱が行われないようにする。

【0045】

以上の図２にて説明したように、制御部９は、主機であるディーゼルエンジン３の負荷が所定負荷より低くなってＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度が所定温度以上とならない場合、三方弁８を調整して冷却水の温度を上昇させる。これにより、ディーゼルエンジン３の負荷が低く、ディーゼルエンジン３から排出される冷却水の温度が低くなる場合であっても、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度を所定温度以上に維持することができる。

【0046】

以上説明した本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置１（排熱回収発電装置）によれば、流路７４（第１流路）に導かれる冷却水は空気冷却器５によって加熱されることなく蒸発器２１（熱交換器）に導かれ、流路７８（第２流路）に導かれる冷却水は空気冷却器５によって加熱されてから蒸発器２１に導かれる。流路７４に導かれる冷却水の流量（第１流量）を減少させ、流路７８に導かれる冷却水の流量（第２流量）を増加することにより蒸発器２１に導かれる冷却水の温度が上昇する。したがって、ディーゼルエンジン３（内燃機関）から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても、流路７４に導かれる冷却水の流量と流路７８に導かれる冷却水の流量とを三方弁８（第１流量調整弁）により適切に調整することにより、蒸発器２１に導かれる冷却水の温度が適切な温度に調整される。
このようにすることで、ディーゼルエンジン３から排出される冷却水の温度が低下する場合であっても冷却水を加熱してＯＲＣシステム２（発電システム）が回収する熱量（発電量）を維持することが可能な排熱回収型船舶推進装置１を提供することができる。

【0047】

本実施形態の排熱回収型船舶推進装置１は、三方弁８の下流側に設けられ、三方弁８から蒸発器２１に導かれる冷却水の温度を検出する温度センサ８６（温度検出部）を備え、三方弁８は、温度センサ８６が検出する冷却水の温度が所定温度以上となるように流路７４に導かれる冷却水の流量と流路７８に導かれる冷却水の流量とを調整する。
このようにすることで、三方弁８は、三方弁８の下流側からＯＲＣシステム２の蒸発器２１に導かれる冷却水の温度が所定温度以上となるように調整し、ＯＲＣシステム２が回収する熱量（発電量）を維持することができる。

【0048】

本実施形態の排熱回収型船舶推進装置１は、ＯＲＣシステム２が、蒸発器２１により蒸発した有機流体（作動流体）により駆動されるパワータービン２２と、パワータービン２２の回転に応じて電力を発生する発電機２７とを有する。
このようにすることで、ディーゼルエンジン３から排出される冷却水の排熱を有機流体に伝達して蒸発させ、蒸発した有機流体によって発電を行うことができる。

【0049】

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置２００について、図面を参照して説明する。
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとする。以下では、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。

【0050】

第１実施形態の排熱回収型船舶推進装置２００は、コンポジットボイラ１０１が発生させる蒸気をヒータ１０３のみで用いるものであった。それに対して、第２実施形態の排熱回収型船舶推進装置２００は、コンポジットボイラ１０１により発生する蒸気をヒータ１０３と、ヒータ２０３（補助熱交換器）の双方で用いるものである。ヒータ２０３に供給される蒸気は、冷却水流路７の流路７８を流通する冷却水を加熱する熱源として用いられる。

【0051】

以下、冷却水流路７の流路７８を流通する冷却水を加熱する機構について説明する。
図５に示すように、コンポジットボイラ１０１内の蒸気は、ヒータ１０３およびヒータ２０３の双方に供給可能となっている。制御部９は、制御弁２０２の開度を調整することにより、ヒータ１０３およびヒータ２０３のそれぞれに供給される蒸気量を調整する。

【0052】

ヒータ２０３は、その内部に制御弁２０２から供給される蒸気が流通するものであり、蒸気と流路７８を流通する冷却水との間で熱交換を行うことにより、冷却水を加熱する。ヒータ２０３を通過して冷却水を加熱する熱源として用いられた蒸気は、大気圧ドレンタンク１０４に回収される。
このように、制御部９は、コンポジットボイラ１０１内の蒸気をヒータ２０３に供給するとともに、供給される蒸気量を制御弁２０２により調整することにより、冷却水流路７の流路７８を流通する冷却水を適温まで加熱する。

【0053】

次に、図６を参照して、制御部９が三方弁８，制御弁２０２を調整することにより行われる冷却水の温度調整動作について説明する。図６に示す各工程は、制御部９が記憶部（不図示）から制御プラグラムを読み出して実行することにより行われる。
図６の説明にあたっては、図７および図８を参照する。図７は、主機負荷に対する主機排ガス温度（ディーゼルエンジン３から排出される燃焼ガスの温度）を示す。図８は、主機負荷に対するコンポジットボイラ１０１における蒸気発生量を示すグラフである。

【0054】

ステップＳ６０１で、制御部９は、主機（ディーゼルエンジン３）の負荷が所定負荷より低いかを判定し、所定負荷より低い場合にはステップＳ６０２に処理を進め、そうでなければステップＳ６０６に処理を進める。
ここで、所定負荷より低い場合とは、例えば、主機負荷が６０％となる場合をいう。第１実施形態で図４を参照して説明したように、ＯＲＣシステム２の熱源として利用可能な熱量は、主機負荷が６０％の場合、Ｑ１ｋＷ（約８００ｋＷ）となる。

【0055】

ＯＲＣシステム２の熱源として利用可能な熱量が８００ｋＷを下回る場合、ＯＲＣシステム２に供給される冷水の温度が８５℃を下回り、ＯＲＣシステム２が所望の発電電力（約１００ｋＷ）を発生させることができなくなる。そこで、主機の負荷が所定負荷より低い場合、制御部９は、以下に説明するように三方弁８，制御弁２０２を調整して、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度を上昇させる。

【0056】

第１実施形態の図３および図４に示すように、主機負荷が６０％以下となる場合であっても、掃気空気の温度および熱量は十分であるので（例えば、主機負荷５０％では、約１３０℃で約１２００ｋＷ）、掃気空気を熱源とすることにより、冷却水の温度を上昇させることができる。また、本実施形態の図７および図８に示すように、約６０％から約３５％に至るまで主機負荷が低くなるにつれて、主機であるディーゼルエンジン３から排出される排出ガスの温度は上昇する。

【0057】

これは、燃焼効率を考慮して予め設定した負荷よりも低くなって燃焼効率が悪化し、その結果として多くの熱量を持った排出ガスが排出されるからである。そして、排出ガスの熱量の増加に伴って、図８に示すように、約６０％から約３５％に至るまで主機負荷が低くなるにつれて、コンポジットボイラ１０１が発生する蒸気発生量が増加する。以下に説明するように制御弁２０２を調整して、コンポジットボイラ１０１が発生する蒸気を冷却水の熱源として用い、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度を上昇させる。

【0058】

ステップＳ６０２で、制御部９は、温度センサ８６の検出値を参照し、流路７５を流通する冷却水の温度が所定温度（例えば、８５℃）より低いかどうかを判定する。冷却水の温度が所定温度より低いと判定される場合は、冷水の温度を上昇させる必要があるので、ステップＳ６０３に処理を進める。冷却水の温度が所定温度より低いと判定されない場合、冷却水の温度が十分な温度となっていることから、ステップＳ６０６に処理を進める。

【0059】

ステップＳ６０３で、制御部９は、流路７８を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）が、流路７３を流通する冷却水に対する流量の比率が１００％未満であるかを判定し、１００％未満であればステップＳ６０４によりを進め、そうでなければステップＳ６０５に処理を進める。
ステップＳ６０３で制御部がＮＯと判定する場合とは、流路７３を流通する冷却水の全量が空気冷却器５を経由して流路７８を流通する場合をいう。この場合、流路７８を流通する冷却水の流量をこれ以上増加させることができない。

【0060】

ステップＳ６０４で、制御部９は、三方弁８を調整することにより、流路７４を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第１流量）を減少させ、流路７８を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）を増加させる。流量の調整量は、予め固定された流量を調整してもよいし、温度センサ８６の検出値と所定温度（例えば、８５℃）との差分に基づいて流量を調整してもよい。
制御部９は、ステップＳ６０４の後に再びステップＳ６０１に処理を進めるので、冷却水の温度が所定温度以上となるまで、ステップＳ６０１からステップＳ６０４の処理が繰り返される。

【0061】

ステップＳ６０５で、制御部９は、空気冷却器５を熱源として冷却水を更に加熱することができないことから、蒸発ドラム１０１ａからヒータ２０３に供給される蒸気の流量（第３流量）を増加させるように、制御弁２０２を調整する。蒸気の流量の調整量は、予め固定された流量を調整してもよいし、温度センサ８６の検出値と所定温度（例えば、８５℃）との差分に基づいて流量を調整してもよい。
制御部９は、ステップＳ６０５の後に再びステップＳ６０１に処理を進めるので、冷却水の温度が所定温度以上となるまで、ステップＳ６０１からステップＳ６０３およびステップＳ６０５の処理が繰り返される。

【0062】

冷却水の温度が所定温度以上となり、さらにステップＳ６０１で主機の負荷が所定負荷以上となったことが判定された場合、制御部９は、ステップＳ６０６に処理を進める。
ステップＳ６０４で、制御部９は、主機であるディーゼルエンジン３の負荷が所定負荷以上となり、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度が所定温度以上となることから、流路７４を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第１流量）を１００％とし、流路７８を介して蒸発器２１に導かれる冷却水の流量（第２流量）を０％とする。第２流量を０％とすることにより、空気冷却器５による冷却水の加熱が行われないようにする。また、制御部９は、蒸発ドラム１０１ａからヒータ２０３に供給される蒸気の流量（第３流量）を０％とすることにより、ヒータ２０３による冷却水の加熱が行われないようにする。

【0063】

以上の図６にて説明したように、制御部９は、主機であるディーゼルエンジン３の負荷が所定負荷より低くなってＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度が所定温度以上とならない場合、三方弁３を調整して冷却水の温度を上昇させる。更に、三方弁３を調整しても冷却水の温度を上昇させることができなくなる場合、制御弁１０７および制御弁２０２を調整して冷却水の温度を上昇させる。これにより、ディーゼルエンジン３の負荷が低く、ディーゼルエンジン３から排出される冷却水の温度が低くなる場合であっても、ＯＲＣシステム２に供給される冷却水の温度を所定温度以上に維持することができる。

【0064】

以上説明した本実施形態に係る排熱回収型船舶推進装置が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の排熱回収型船舶推進装置２００は、第１実施形態の排熱回収型船舶推進装置１に対して、ターボチャージャ４から排出される排出ガスを熱源として蒸気を発生させるコンポジットボイラ１０１と、コンポジットボイラ１０１が発生させる蒸気と蒸発器２１に導かれる冷却水との熱交換を行うヒータ２０３（補助熱交換器）とを備える。
このようにすることで、ディーゼルエンジン３（内燃機関）から排出される冷却水の温度が低く、空気冷却器５による加熱では冷却水の温度を十分に維持できない場合であっても、ヒータ２０３により冷却水の温度を維持することが可能となる。

【符号の説明】

【0065】

１，２００ 排熱回収型船舶推進装置（排熱回収装置）
２ ＯＲＣシステム（発電システム）
３ ディーゼルエンジン（内燃機関）
４ ターボチャージャ（過給機）
４ａ タービン
４ｂ 圧縮機
５ 空気冷却器
５ａ 第１空気冷却部
５ｂ 第２空気冷却部
７ 冷却水流路
８ 三方弁（第１流量調整弁）
９ 制御部
１０ 排熱回収システム
２１ 蒸発器（熱交換器）
２２ パワータービン（タービン）
２７ 発電機
７４ 流路（第１流路）
７８ 流路（第２流路）
８６ 温度センサ（温度検出部）
１０１ コンポジットボイラ
２０２ 制御弁
Ｄ 分岐点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】