船舶用发电系统的制作方法

1.本发明涉及一种船舶用发电系统。


背景技术：

2.以往，已知有船舶用发电系统。例如，在专利文献1中公开了一种船舶用发电系统，其具有：空气冷却器，其使用空气对供水进行预热；以及废热锅炉，其使用废气将预热后的水蒸气化。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开昭55-25590号公报
6.在专利文献1的船舶用发电系统中，能够利用由废热锅炉生成的蒸气使蒸汽轮机旋转来进行发电。但是，专利文献1的船舶用发电系统不能说充分有效地利用了在船舶中产生的能量。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，提供一种能够有效利用在船舶中产生的能量的船舶用发电系统。
8.本发明是一种船舶用发电系统(例如，船舶用发电系统1)，其用于具备内燃机(例如，内燃机11)、以及向该内燃机送入增压空气(例如，增压空气a1)的排气涡轮式的增压器(例如，增压器12)的船舶，所述船舶用发电系统具备：废气节能器(例如，废气节能器31)，其使用来自所述内燃机的废气(例如，废气e1)生成蒸气(例如，蒸气s1)；以及双循环发电机(binary generator)(例如，双循环发电机40)，其经由循环的工作介质(例如，工作介质r1)回收热能，并基于工作介质的膨胀进行发电，所述双循环发电机具有：第一蒸发器(例如，第一蒸发器41a)，其通过来自所述增压器的增压空气与工作介质之间的热交换来加热工作介质；以及第二蒸发器(例如，第二蒸发器41b)，其通过来自所述内燃机的废气与工作介质之间的热交换来加热工作介质，来自所述内燃机的废气依次流经作为所述增压器的驱动源的排气涡轮机、所述废气节能器、所述第二蒸发器。
9.另外，优选的是，所述双循环发电机还具有第三蒸发器(例如，第三蒸发器41c)，所述第三蒸发器通过由所述废气节能器生成的蒸气与工作介质之间的热交换来加热工作介质。
10.另外，优选的是，所述内燃机是将液化燃料气体作为燃料的内燃机，所述船舶用发电系统还具备锅炉(例如，锅炉32)，该锅炉以液化燃料气体的蒸发气体作为燃料而生成蒸气(例如，蒸气s2)，所述双循环发电机还具有第三蒸发器(例如，第三蒸发器41c)，所述第三蒸发器通过由所述锅炉生成的蒸气与工作介质之间的热交换来加热工作介质。
11.另外，优选的是，所述船舶用发电系统还具备蒸气膨胀发电机(例如，蒸气膨胀发电机50)，该蒸气膨胀发电机将蒸气的膨胀转换为旋转力来进行发电，所述蒸气膨胀发电机
使用由所述废气节能器生成的蒸气来进行发电。
12.另外，优选的是，所述内燃机是将液化燃料气体作为燃料的内燃机，所述船舶用发电系统还具备：锅炉(例如，锅炉32)，其将液化燃料气体的蒸发气体作为燃料而生成蒸气(蒸气s2)；以及蒸气膨胀发电机(例如，蒸气膨胀发电机50)，其将蒸气的膨胀转换为旋转力来进行发电，所述蒸气膨胀发电机使用由所述锅炉生成的蒸气来进行发电。
13.另外，优选的是，所述船舶用发电系统还具有蒸气双循环发电机(例如，蒸气双循环发电机60)，该蒸气双循环发电机将由所述蒸气膨胀发电机使用后的蒸气(例如，蒸气s4)作为热源流体来进行发电。
14.另外，优选的是，所述蒸气双循环发电机具有蒸发器(例如，蒸发器61)，该蒸发器通过由所述蒸气膨胀发电机使用后的蒸气与工作介质(例如，工作介质r2)之间的热交换来加热工作介质。
15.发明效果
16.根据本发明，能够提供一种可以有效利用在船舶中产生的能量的船舶用发电系统。
附图说明
17.图1是示出本发明的第一实施方式的船舶用发电系统的概要图。
18.图2是示出本发明的第二实施方式的船舶用发电系统的概要图。
19.附图标记说明：
20.s...船舶；
21.1...船舶用发电系统；
22.11...内燃机(主机)；
23.12...增压器；
24.13...中间冷却器；
25.20...燃料箱；
26.31...废气节能器；
27.32...锅炉；
28.40...双循环发电机；
29.41...蒸发器；
30.41a...第一蒸发器；
31.41b...第二蒸发器；
32.41c...第三蒸发器；
33.42...膨胀器；
34.43...冷凝器；
35.44...循环泵；
36.45...发电机；
37.50...蒸气膨胀发电机；
38.60...蒸气双循环发电机；
39.61...蒸发器；
40.62...膨胀器；
41.63...冷凝器；
42.64...循环泵；
43.65...发电机；
44.r1、r2...制冷剂；
45.a1...空气、增压空气(压缩空气)；
46.e1...废气；
47.lng...液化天然气；
48.s1、s2、s3、s4...蒸气。
具体实施方式
49.《第一实施方式》
50.以下，参照附图对本发明的实施方式的船舶用发电系统1进行说明。需要说明的是，本说明书中的“管线”是流路、路径、管路等流体能够流通的管线的总称。
51.图1是示出具备本实施方式的船舶用发电系统1的船舶s的概要图。本实施方式的船舶用发电系统1是在具备内燃机11及增压器12的船舶s中使用的发电系统1。在此，具备本实施方式的发电系统1的船舶s具备内燃机11、增压器12、中间冷却器13、燃料箱20、高压泵21、气化器22、压缩机25、以及发电机26。
52.内燃机11例如是用于获得使船舶推进的动力的主机。本实施方式的内燃机11是在未图示的主机箱内保持有工作缸、在该工作缸中以能够进退的方式嵌入有活塞的公知的柴油发动机。内燃机11将从空气管线la1送入的增压空气a1(压缩空气a1)吸入工作缸内并利用活塞进行压缩，向成为高压状态的空气喷射燃料并使其爆炸燃烧，由此驱动活塞而得到旋转动力。在使内燃机11运转时，产生废气e1。废气e1通过与内燃机11连接的废气管线le1而排出。
53.本实施方式的内燃机11使用液化燃料气体作为燃料。液化燃料气体从后述的燃料箱20通过燃料管线lf1供给。作为液化燃料气体，例如可以使用液化天然气(lng)、液化石油气(lpg)、氨等。在本实施方式中，使用lng。
54.增压器12是排气涡轮式的涡轮增压器，向内燃机11送入增压空气a1。增压器12利用由于从内燃机11排出的废气e1的流动而旋转的排气涡轮机的旋转力来取入空气a1，并对空气a1进行压缩。压缩后的增压空气a1通过空气管线la1被送入内燃机11。
55.中间冷却器13对送入内燃机11的增压空气a1进行冷却。中间冷却器可以是水冷式，也可以是空冷式。在水冷式的情况下，作为冷却液也可以使用海水。在本实施方式中，从增压器12供给的增压空气a1在由后述的第一蒸发器41a冷却后，向中间冷却器13供给并被进一步冷却。
56.燃料箱20是贮存向内燃机11供给的液化燃料气体的箱。液化燃料气体以液体的状态贮存于燃料箱20。在本实施方式中，lng作为液化燃料气体贮存于燃料箱20。
57.高压泵21将贮存于燃料箱20的lng保持液体的状态升压，并向气化器22供给。
58.气化器22将从燃料箱20供给的lng气化。气化器22具备用于加热lng的加热器。气化器22通过加热器对lng进行加热以使其气化。需要说明的是，作为加热器，能够使用温水
加热器、蒸气加热器。通过气化器22而气化后的lng通过燃料管线lf1向内燃机11供给。
59.在此，在燃料箱20内呈液体状态的液化燃料气体通过来自外部的自然热输入而在燃料箱20内气化。由此，在燃料箱20内产生蒸发气体(boil off gas，bog)。若产生bog，则燃料箱20的内部压力上升。因此，为了保护燃料箱20，需要处理bog。优选的是，该bog并不是单纯地进行焚烧处理，而是作为在船舶中产生的能量被有效利用。bog通过第一bog管线lb1向压缩机25供给。
60.压缩机25对从燃料箱20供给的bog进行压缩而使其升压。
61.发电机26使用由压缩机25压缩后的bog进行发电。发电机26例如可以是气体焚烧发动机驱动的发电机，使用将供给的bog燃烧而得到的动力来生成电力。由发电机26生成的电力被供给至需要电力的船内负荷。需要说明的是，本实施方式的发电系统1也可以包括该发电机26。
62.接着，对本实施方式的发电系统1进行说明。发电系统1具备废气节能器31、以及双循环发电机40。
63.废气节能器31是利用废气而产生蒸气的蒸气产生器。废气节能器31回收来自内燃机11的废气e1的热量而生成蒸气s1。更详细而言，废气节能器31通过在经由废气管线le1供给的废气e1与水之间进行热交换，从而生成蒸气s1。在废气节能器31中进行热交换后的温度降低了的废气e1向后述的双循环发电机40的第二蒸发器41b供给。
64.双循环发电机40是经由循环的工作介质r1回收热能、并利用工作介质r1的膨胀来进行发电的发电机。更详细而言，本实施方式的双循环发电机40是利用热源流体对作为低沸点的高分子有机工作介质的工作介质r1进行加热而使其蒸发、并利用其蒸气使涡轮机旋转而进行发电的有机朗肯循环(orc)方式的发电机。在orc中，反复进行工作介质r1的蒸发和冷凝。
65.双循环发电机40具备：蒸发器41，其使用热源流体对工作介质r1进行加热而使其气化；膨胀器42，其将由蒸发器41加热而气化了的工作介质r1作为动力源来生成动力；冷凝器43，其对来自膨胀器42的工作介质r1进行冷却而使其冷凝；循环泵44，其将来自冷凝器43的工作介质r1送入蒸发器41；以及工作介质管线lr1，其供在蒸发器41、膨胀器42、冷凝器43、以及循环泵44中流通的工作介质r1循环。在此，在膨胀器42连接有发电机45。发电机45随着膨胀器42的旋转而生成电力。
66.蒸发器41具备第一蒸发器41a及第二蒸发器41b。在本实施方式中，还具备第三蒸发器41c。
67.第一蒸发器41a通过来自增压器12的增压空气a1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1。增压空气a1通过空气管线la1向第一蒸发器41a供给。
68.第二蒸发器41b通过来自内燃机11的废气e1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1。第二蒸发器41b利用在废气节能器31中进行热交换后的温度降低了的废气e1来加热工作介质r1。
69.第三蒸发器41c通过在船舶中生成的蒸气与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1。第三蒸发器41c例如通过由废气节能器31生成的蒸气s1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1。在第三蒸发器41c中进行热交换的蒸气优选包含由废气节能器31生成的蒸气s1，但并不限于此。
70.膨胀器42将由第一蒸发器41a、第二蒸发器41b及第三蒸发器41c加热而气化了的工作介质r1作为动力源来生成动力。本实施方式的膨胀器42是螺杆式的膨胀器。通过被加热而气化了的高压的工作介质r1使螺杆转子旋转，伴随于此而发电机45生成电力。需要说明的是，膨胀器42不限于螺杆式。例如也可以是涡旋式、涡轮式。
71.冷凝器43对来自膨胀器42的低压的工作介质r1进行冷却而使其冷凝。冷凝器43进行通过冷却液管线lw1送来的冷却液w1与工作介质r1的热交换，来对工作介质r1进行冷却。作为冷却液w1，例如也可以使用海水、船内的冷却水。在后者的情况下，也可以使用通过海水来冷却淡水的未图示的冷却器。
72.循环泵44将来自冷凝器43的工作介质r1送入蒸发器41。
73.需要说明的是，作为在工作介质管线lr1中循环的工作介质r1，使用沸点比水低的高分子有机化合物。工作介质r1例如可以是hfc-245fa(化学名：1，1，1，3，3-五氟丙烷、1个大气压下的沸点：15.3℃)等氟利昂系介质。另外，也可以使用异戊烷(1个大气压下的沸点：27.8℃)、戊烷(1个大气压下的沸点：36.1℃)等非氟利昂系介质。进而，也可以使用25％氨水(1个大气压下的沸点：38℃)等自然介质来代替高分子有机化合物。
74.本实施方式的双循环发电机40的orc例如是如下设计：在将膨胀器42的入口的饱和蒸气压力设为2mpa、使用25～30℃左右的海水作为冷却水w1的情况下，冷凝器43的出口的饱和蒸气压力为0.2～0.3mpa。在工作介质r1使用hfc-245fa的情况下，冷凝器43的出口温度大约为30～40℃的范围。
75.需要说明的是，在与工作介质r1之间进行热交换的热源流体的供给流量也可以通过控制未图示的阀等流量调整机构来调整。例如，也可以在蒸发器41、冷凝器43的出口设置检测工作介质r1的温度、压力的传感器，基于传感器的检测结果来调整热源流体的流量。
76.在本实施方式的发电系统1中，作为蒸气产生器，除了前述的废气节能器31之外，还具备锅炉32。另外，本实施方式的发电系统1还具备蒸汽联箱(steam header)33。
77.锅炉32是将作为液化燃料气体的lng的bog作为燃料而生成蒸气s2的设备，例如使用船舶用水管锅炉。在燃料箱20中产生的bog通过第二bog管线lb2向锅炉32供给。
78.第二bog管线lb2是将未被压缩机压缩的bog供给至锅炉32的自由流管线。即，第二bog管线lb2是用于使因bog的产生而上升了的燃料箱20内的压力释放的管线，该管线与锅炉32相连。锅炉32使通过第二bog管线lb2供给的bog燃烧而生成蒸气s2。由此，能够有效利用作为在船舶中产生的能量的bog。
79.需要说明的是，在由发电机26产生的发电量充足等状况下，也可以将剩余bog向锅炉32供给。例如，也可以通过设置于第一bog管线lb1的阀27控制由压缩机25压缩的bog的供给目标，将bog的全部或一部分向锅炉32供给。由此，锅炉32能够生成更多的蒸气s2。这样，能够根据所需的电力量和所需的蒸气量，适当地分配并有效地利用作为在船舶中产生的能量的bog。
80.蒸汽联箱33经由蒸气管线ls1与废气节能器31连结。另外，蒸汽联箱33经由蒸气管线ls2与锅炉32连结。在蒸汽联箱33内，由废气节能器31生成的蒸气s1和由锅炉32生成的蒸气s2集合。例如，蒸气s1及蒸气s2在蒸汽联箱33内集合，作为这些蒸气的集合蒸气的蒸气s3通过蒸气管线ls3a向第三蒸发器41c等供给。
81.在此，作为在与工作介质r1之间进行热交换的蒸气，第三蒸发器41c可以使用由废
气节能器31生成的蒸气s1，也可以使用由锅炉32生成的蒸气s2。另外，如本实施方式所示，也可以使用包含蒸气s1及蒸气s2的蒸气s3。
82.需要说明的是，在第三蒸发器41c中使用的蒸气不限于此，只要是在船舶中生成的蒸气即可。例如，在第三蒸发器41c中使用的蒸气也可以是由未图示的辅助锅炉生成的蒸气。辅助锅炉的燃料可以是气体燃料，也可以是油燃料。
83.需要说明的是，对于由废气节能器31生成的蒸气s1、由锅炉32生成的蒸气s2，也可以是一部分通过蒸气管线ls3a向第三蒸发器41c供给，一部分通过蒸气管线ls3b向船舶中的蒸气的需要目标d(燃料油、润滑油的加温、空调加温等)供给。向各供给目标供给的蒸气的供给量通过作为供给量调整单元的阀34、阀35等进行调整。
84.本实施方式的发电系统1具备用于进行各种控制的控制部100。控制部100为了能够有效利用在船舶中产生的能量，对本实施方式的发电系统1、内燃机11等进行控制。控制部100例如也可以基于安装于各部分的传感器的检测结果来对设置于各管线的阀等进行控制。
85.接着，对在各管线中流通的各流体的流动进行说明。
86.首先，对作为液化燃料气体的lng的流动进行说明。在燃料管线lf1中流通的lng从燃料箱20供给，依次流经高压泵21、气化器22、内燃机11。燃料管线lf1是连接燃料箱20、高压泵21、气化器22、以及内燃机11的管线。
87.贮存于燃料箱20的lng通过高压泵21而升压，并向气化器22供给。通过气化器22而气化了的lng向内燃机11供给。
88.接着，对空气a1的流动进行说明。在空气管线la1中流通的空气a1被增压器12压缩，依次流经第一蒸发器41a、中间冷却器13、内燃机11。空气管线la1是连接增压器12、第一蒸发器41a、中间冷却器13、以及内燃机11的管线。
89.取入至增压器12的空气a1被压缩，作为增压空气a1向第一蒸发器41a供给。被压缩而成为高温的增压空气a1在第一蒸发器41a中与工作介质r1之间进行热交换，从而加热工作介质r1。通过进行热交换而温度降低了的增压空气a1在中间冷却器13中进一步被冷却至规定的温度，并被送入内燃机11。
90.需要说明的是，流入第一蒸发器41a的增压空气a1的温度例如可以是50℃以上且250℃以下，送入内燃机11的增压空气a1的温度例如可以是40℃以上且50℃以下。流入第一蒸发器41a的增压空气a1的温度例如可以是150℃左右。
91.需要说明的是，若增压空气a1保持高温的状态向内燃机11供给，则内燃机11的热负荷增大。另外，填充空气量减少，输出也减少。因此，增压空气a1需要被冷却。在本实施方式中，不将由增压器12压缩后的增压空气a1的压缩热立即在中间冷却器13中进行排热，而是首先作为第一蒸发器41a的热源流体来使用。这样，通过利用第一蒸发器41a对增压空气a1的压缩热进行排热回收，能够有效利用在船舶中产生的能量。
92.接着，对废气e1的流动进行说明。在废气管线le1中流通的废气e1从内燃机11排出，依次流经作为增压器12的驱动源的排气涡轮机、废气节能器31、第二蒸发器41b。废气管线le1是连接内燃机11、增压器12、废气节能器31、以及第二蒸发器41b的管线。
93.从内燃机11排出的废气e1在增压器12中驱动排气涡轮机。废气e1在通过用作排气涡轮机的驱动力而回收了排气压力的状态下被向废气节能器31供给。废气e1在废气节能器
31中与水之间进行热交换，从而生成蒸气s1。通过在废气节能器31中进行热交换而温度降低了的废气e1向第二蒸发器41b供给。废气e1在与工作介质r1之间进行热交换，从而加热工作介质r1。通过在第二蒸发器41b中进行热交换而温度进一步降低了的废气e1从第二蒸发器41b排出。
94.需要说明的是，流入废气节能器31的废气e1的温度例如可以是180℃以上且400℃以下，流入第二蒸发器41b的废气e1的温度例如可以是150℃以上且300℃以下。流入第二蒸发器41b的废气e1的温度例如可以是170℃左右。
95.若使内燃机11运转，则产生废气e1。如本实施方式所示，通过增压器12的驱动来回收废气e1的排气压力，并且通过废气节能器31一次回收废气e1的废热，进一步通过第二蒸发器41b二次回收废气e1的废热，由此能够有效地利用在船舶中产生的能量。
96.接着，对bog的流动进行说明。在第一bog管线lb1中流通的bog从燃料箱20排出，并经由压缩机25向发电机26及锅炉32供给。在第二bog管线lb2中流通的bog从燃料箱20直接向锅炉32供给。第一bog管线lb1是连接燃料箱20和压缩机25、并进一步而连接发电机26和锅炉32的管线。第二bog管线lb2是直接连接燃料箱20和锅炉32的管线。
97.在第一bog管线lb1中流动的bog被压缩机25加压至发电机26所要求的压力，并向发电机26供给。bog在发电机26中燃烧，由此生成电力。
98.在第一bog管线lb1中流动的bog通过控制阀27也向锅炉32供给。另外，在燃料箱20中产生的bog通过第二bog管线lb2向锅炉32供给。bog在锅炉中燃烧，由此生成蒸气s2。
99.接着，对蒸气s1、蒸气s2、蒸气s3的流动进行说明。
100.由废气节能器31生成的蒸气s1通过蒸气管线ls1向蒸汽联箱33供给。由锅炉32生成的蒸气s2通过蒸气管线ls2向蒸汽联箱33供给。集合到蒸汽联箱中的蒸气s1及蒸气s2作为蒸气s3通过蒸气管线ls3a向第三蒸发器41c供给。另外，蒸气s3通过蒸气管线ls3b向船舶中的蒸气的需要目标d供给。向各供给目标供给的蒸气s3的供给量通过作为供给量调整单元的阀34、阀35等进行调整。
101.需要说明的是，流入第三蒸发器41c而与工作介质r1进行热交换的蒸气s3的温度优选为100℃以上。
102.接着，对工作介质r1的流动进行说明。工作介质r1在将蒸发器41、膨胀器42、冷凝器43、以及循环泵44连接的工作介质管线lr1中循环。
103.工作介质r1在蒸发器41中被加热而气化。气化了的高压的工作介质r1使膨胀器42的螺杆转子旋转而驱动发电机45。通过了膨胀器42的螺杆转子的低压的工作介质r1由冷凝器43冷却而冷凝。冷凝后的工作介质r1被循环泵44再次送入蒸发器41。这样，工作介质r1一边在工作介质管线lr1中循环一边反复进行蒸发和冷凝。
104.在本实施方式中，如上所述，蒸发器41具有第一蒸发器41a、第二蒸发器41b、以及第三蒸发器41c。因此，工作介质r1依次流经第一蒸发器41a、第二蒸发器41b、第三蒸发器41c。工作介质r1在第一蒸发器41a中与增压空气a1之间进行热交换，其温度上升。工作介质r1在第二蒸发器41b中与废气e1之间进行热交换，其温度进一步上升。工作介质r1在第三蒸发器41c中与蒸气之间进行热交换，其温度进一步上升。这样，通过具备多个蒸发器，能够将在船舶中产生的多个不同的热源流体作为能量有效利用，阶段性地加热工作介质r1。
105.需要说明的是，从第三蒸发器41c流出的工作介质r1的温度例如可以是120℃左
右，从冷凝器43流出的工作介质r1的温度例如可以是40℃左右。
106.作为第三蒸发器41c的热源流体被利用后的蒸气s3在凝汽器中用海水进行冷却，由此作为冷凝排水而回收。该冷凝排水能够作为废气节能器31、锅炉32的供水而再利用。
107.《变形例1》
108.在由需要目标d利用后的蒸气s3中，残留有未利用的热能的情况较多，因此期望有效利用该热能。具体而言，使由需要目标d利用后的蒸气s3集合，作为双循环发电机40的热源流体进行再利用。在该情况下，对工作介质r1循环的orc追加第四蒸发器。第四蒸发器例如连接在第三蒸发器41c与膨胀器42之间。在第四蒸发器中作为热源流体利用后的蒸气s3在凝汽器中冷却后，作为冷凝排水回收，并作为废气节能器31、锅炉32的供水而再利用。
109.《变形例2》
110.在双循环发电机40的冷凝器43中将海水用于冷却液w1的情况下，若考虑海水温度高的条件，则冷凝器43中的工作介质r1的出口温度的界限为30～40℃左右。若使工作介质r1的出口温度比该温度低，则使蒸发器41中的吸热量增加，因此能够提高发电量。例如，若将工作介质r1的出口温度降低至10～20℃左右、即降低20℃的量，则发电量增加大约20～30％。
111.因此，优选搭载用于使工作介质r1的散热量增加的过冷却器。具体而言，在冷凝器43与循环泵44之间连接过冷却器，使工作介质r1与从高压泵21送来的lng进行热交换。将通过冷凝器43后的工作介质r1所具有的热量用于lng的气化能量，由此能够使流入蒸发器41的工作介质r1的温度降低。同时，在气化器22中消耗的加热器等的热能与搭载过冷却器之前相比减少。
112.在过冷却器中降低了工作介质r1的温度的量的热回收能够在变形例1的第四蒸发器中进行。另外，在能够进行进一步的热回收的情况下，也可以在orc追加第五蒸发器。第五蒸发器例如连接在第四蒸发器与膨胀器42之间。作为第五蒸发器的热源流体，例如能够利用作为内燃机11的封套冷却水使用后的温废水。
113.《变形例3》
114.在本实施方式中，回收在作为主机的内燃机11运转时产生的多个热源流体(增压空气a1、废气e1)的废热而进行双循环发电，但在船舶停泊时、低速航行时，成为这些热源流体不足的状况。在船舶停泊时、低速航行时，船内蒸气用量存在减少的倾向，因此即使废气节能器31中的蒸气s1的生成量减少也没有问题。另一方面，在内燃机11使用液化燃料气体的情况下，为了处理稳定地产生的bog而设置锅炉32，但在船舶停泊时、低速航行时，由锅炉32生成的蒸气s2会变得剩余。
115.因此，在船舶停泊时、低速航行时，优选切换所使用的蒸发器41，利用双循环发电机40进行热回收。具体而言，绕过增压空气a1向第一蒸发器41a的供给，并且绕过废气e1向第二蒸发器41b的供给。并且，仅将由锅炉32生成的蒸气s2向第三蒸发器41c供给而使双循环发电机40工作。由此，能够有效利用在船舶中产生的能量。
116.需要说明的是，也可以将蒸气管线ls3a的阀34用作控制剩余蒸气向第三蒸发器41c的供给的剩余蒸气控制阀。控制部100也可以基于表示船舶停泊时、低速航行时这样的状况的信息来控制剩余蒸气控制阀。
117.《变形例4》
118.在本实施方式中，通过废气节能器31进行废气e1的热回收，生成蒸气s1，但来自作为主机的内燃机11的废气e1为高温，气体量也大。由于船舶的通常航行时的船内蒸气用量变动，因此若废气节能器31的热回收量过大，则生成的蒸气s1容易变得剩余。另外，若将双燃料式的内燃机11的紧急用燃料从重质燃料油切换为轻质燃料油(船用轻柴油(marine gas oil))，则不需要燃料的加热，剩余蒸气增加。
119.因此，优选调整废气节能器31中的热回收量和第二蒸发器41b中的热回收量。具体而言，将相对于废气节能器31的旁通管线连接于废气管线le1。并且，以供给至第二蒸发器41b的废气e1的入口温度成为设定温度ti的方式来调整废气e1相对于废气节能器31的供给量和旁通量。由此，能够适当地调整基于废气节能器31的蒸气生成量和基于双循环发电机40的发电量。
120.此时，也可以基于船内所需蒸气量，每次变更设定温度ti，增减废气e1相对于废气节能器31的供给量和旁通量。需要说明的是，若固定设定温度ti，则有时因船内蒸气用量的变动而产生剩余蒸气，但在该情况下，也可以将剩余蒸气导入第三蒸发器41c而进行热回收，增加基于双循环发电机40的发电量。
121.《变形例5》
122.作为双燃料式的内燃机11的紧急用燃料的重质燃料油(例如c重油)的硫成分浓度高。在使用硫成分浓度高的燃料的情况下，废气节能器31及第二蒸发器41b的腐蚀成为问题。特别是，若由于第二蒸发器41b的腐蚀而引起工作介质r1的泄漏，则双循环发电机40无法运转。
123.因此，优先进行废气节能器31及第二蒸发器41b的腐蚀对策。具体而言，检测废气节能器31的出口废气温度，以该温度成为设定温度to1(例如，200℃)以上的方式来调整供水的流量。例如，通过增加未图示的供水泵的转速来降低供水的热吸收量，从而以在废气节能器31的内部废气e1的温度不低于酸露点的方式进行操作。
124.另外，检测第二蒸发器41b的出口废气温度，以该温度成为设定温度to2(例如，150℃)以上的方式来调整工作介质r1的流量。例如，通过增加循环泵44的转速而使工作介质r1的热吸收量降低，从而以在第二蒸发器41b的内部废气e1的温度不低于酸露点的方式进行操作。在该操作中，设定温度to2的值在使用硫成分浓度3.5％的燃料油的情况下被设定为150℃，在使用硫成分浓度0.5％的燃料油的情况下被设定为130℃，在使用硫成分浓度0.1％的燃料油的情况下被设定为120℃。
125.根据以上说明的本实施方式的船舶用发电系统1，起到以下那样的效果。
126.(1)本实施方式的船舶用发电系统1用于具备内燃机11、以及向内燃机11送入增压空气a1的排气涡轮式的增压器12的船舶s，其中，所述船舶用发电系统1具备：废气节能器31，其使用来自内燃机11的废气e1生成蒸气s1；以及双循环发电机40，其经由循环的工作介质r1回收热能，并基于工作介质r1的膨胀进行发电，双循环发电机40具有：第一蒸发器41a，其通过来自增压器12的增压空气a1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1；以及第二蒸发器41b，其通过来自内燃机11的废气e1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1，来自内燃机11的废气e1依次流经作为增压器12的驱动源的排气涡轮机、废气节能器31、第二蒸发器41b。由此，能够有效利用在船舶中产生的能量。
127.更详细而言，在第一蒸发器41a中，通过来自增压器12的增压空气a1与工作介质r1
之间的热交换来加热工作介质r1，进而在第二蒸发器41b中，通过来自内燃机11的废气e1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1，由此在双循环发电机40中高效地回收增压空气a1及废气e1的热能。而且，废气节能器31使用通过增压器12之后且流入第二蒸发器41b之前的还高温的废气e1来生成蒸气s1，因此能够有效利用在船舶中产生的能量。
128.在此，用于双循环发电的工作介质通常使用沸点比水低的介质。因此，即使是在废气节能器31中进行热交换后的温度降低了的废气e1，第二蒸发器41b也能够进行工作介质r1的加热。因此，能够有效地利用在船舶中产生的能量。
129.(2)本实施方式的船舶用发电系统1的双循环发电机40还具有第三蒸发器41c，第三蒸发器41c通过由废气节能器31生成的蒸气s1与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1。这样，在第三蒸发器41c中，通过由利用来自内燃机11的废气e1的废气节能器31生成的蒸气s1与工作介质r1之间的热交换，来加热工作介质r1，因此在双循环发电机40中，更高效地回收在船舶中产生的能量。
130.(3)本实施方式的船舶用发电系统1的内燃机11是将液化燃料气体作为燃料的内燃机，所述船舶用发电系统1还具备锅炉32，该锅炉32以液化燃料气体的蒸发气体(bog)作为燃料而生成蒸气s2，双循环发电机40还具有第三蒸发器41c，第三蒸发器41c通过由锅炉32生成的蒸气s2与工作介质r1之间的热交换来加热工作介质r1。这样，在第三蒸发器41c中，通过由将在内燃机11中使用的液化燃料气体的bog作为燃料的锅炉32生成的蒸气s2与工作介质r2之间的热交换，来加热工作介质r1，因此在双循环发电机40中，更高效地回收在船舶中产生的能量。
131.《第二实施方式》
132.接着，参照附图对第二实施方式进行说明。需要说明的是，对与第一实施方式相同的结构，省略其说明。图2是示出本发明的第二实施方式的船舶用发电系统1的概要的图。
133.如图2所示，本实施方式的船舶用发电系统1还具备蒸气膨胀发电机50、以及蒸气双循环发电机60。需要说明的是，本实施方式的双循环发电机40的蒸发器41由第一蒸发器41a及第二蒸发器41b构成。但是，双循环发电机40的蒸发器41也可以与第一实施方式同样地具有第三蒸发器41c。
134.蒸气膨胀发电机50是将蒸气的膨胀转换为旋转力而进行发电的发电机。蒸气膨胀发电机50例如也可以具有双螺杆式的膨胀机构。在该情况下，通过流入到蒸气膨胀发电机50的供气端口的蒸气的供气压力与蒸气膨胀发电机50的排气端口侧的排气压力的差压，使配置于转子壳体内的一对螺杆转子旋转。该旋转动力被传递给发电机轴，从而生成电力。
135.该蒸气膨胀发电机50基本上不进行来自蒸气s3的热能的回收，而进行蒸气s3的压力能量的回收来生成电力。因此，从蒸气膨胀发电机50排出的蒸气s4与流入到蒸气膨胀发电机50的蒸气s3相比压力降低，成为与降低后的压力对应的饱和蒸气温度。流入蒸气膨胀发电机50的进气端口流入的蒸气s3成为减压后的蒸气s4，从蒸气膨胀发电机50的排气端口排出，向蒸气双循环发电机60供给。这样，蒸气膨胀发电机50还具有作为减压装置的功能。
136.蒸气膨胀发电机50例如利用由废气节能器31生成的蒸气s1、由锅炉32生成的蒸气s2来进行发电。但是，使用的蒸气并不限于此。
137.蒸气双循环发电机60是经由循环的工作介质r2从作为热源流体的蒸气回收热能，并基于工作介质r2的膨胀进行发电的双循环发电机。更详细而言，本实施方式的蒸气双循
环发电机60是利用作为热源流体的蒸气对低沸点的高分子有机工作介质即工作介质r2进行加热而使其气化、并利用因气化而产生的工作介质r2的蒸气使螺杆转子旋转而进行发电的有机朗肯循环(orc)方式的发电机。本实施方式的蒸气双循环发电机60将由蒸气膨胀发电机50使用后的减压了的蒸气s4作为热源流体来进行发电。
138.蒸气双循环发电机60具备：蒸发器61，其使用蒸气s4对工作介质r2而使其气化；膨胀器62，其将由蒸发器61加热而气化后的工作介质r2作为动力源而生成动力；冷凝器63，其对来自膨胀器62的工作介质r2进行冷却而使其冷凝；循环泵64，其将来自冷凝器63的工作介质r2送入蒸发器61；以及工作介质管线lr2，其供在蒸发器61、膨胀器62、冷凝器63、以及循环泵64中流通的工作介质r2循环。在此，在膨胀器62连接有发电机65。发电机65随着膨胀器62的旋转而生成电力。
139.蒸发器61通过在蒸气膨胀发电机50中使用后的减压了的蒸气s4与工作介质r2之间的热交换来加热工作介质r2。蒸气s4通过蒸气管线ls4向蒸发器61供给。
140.膨胀器62将由蒸发器61加热而气化后的工作介质r2作为动力源而生成动力。本实施方式的膨胀器62是螺杆式的膨胀器。通过被加热而气化了的高压的工作介质r2使螺杆转子旋转，伴随于此而发电机65生成电力。需要说明的是，膨胀器62不限于螺杆式。例如，也可以是涡旋式、涡轮式。
141.冷凝器63对来自膨胀器62的低压的工作介质r2进行冷却而使其冷凝。冷凝器63进行通过冷却液管线lw2送来的冷却液w2与工作介质r2的热交换，将工作介质r2冷却。作为冷却液w2，例如也可以使用海水、船内的冷却水。在本实施方式中，设置有利用海水对冷却液w2进行冷却的冷却器71，该冷却器71使冷却液w2在与冷凝器63之间循环。
142.循环泵64将来自冷凝器63的工作介质r2送入蒸发器61。
143.需要说明的是，作为在工作介质管线lr1中循环的工作介质r1，使用沸点比水低的高分子有机化合物。工作介质r1例如可以是hfc-245fa(化学名：1，1，1，3，3-五氟丙烷、1个大气压下的沸点：15.3℃)等氟利昂系介质。另外，也可以使用异戊烷(1个大气压下的沸点：27.8℃)、戊烷(1个大气压下的沸点：36.1℃)等非氟利昂系介质。而且，也可以使用25％氨水(1个大气压下的沸点：38℃)等自然介质来代替高分子有机化合物。
144.需要说明的是，在与工作介质r2之间进行热交换的蒸气s4及冷却液w2的供给流量也可以通过控制未图示的阀等流量调整机构来调整。例如，也可以在蒸发器61、冷凝器63的出口设置检测工作介质r2的温度、压力的传感器，并基于传感器的检测结果来调整这些流体的流量。
145.蒸汽联箱33经由蒸气管线ls1与废气节能器31连结。另外，蒸汽联箱33经由蒸气管线ls2与锅炉32连结。在蒸汽联箱33内，由废气节能器31生成的蒸气s1和由锅炉32生成的蒸气s2集合。例如，蒸气s1及蒸气s2在蒸汽联箱33内集合，作为这些蒸气的集合蒸气的蒸气s3通过蒸气管线ls3c向蒸气膨胀发电机50等供给。
146.在此，蒸气膨胀发电机50作为用于获得动力的蒸气，可以使用由废气节能器31生成的蒸气s1，也可以使用由锅炉32生成的蒸气s2。另外，如本实施方式所示，还可以使用包含蒸气s1及蒸气s2的蒸气s3。
147.需要说明的是，在蒸气膨胀发电机50中使用的蒸气不限于此，只要是在船舶中生成的蒸气即可。例如，在蒸气膨胀发电机50中使用的蒸气也可以是由未图示的辅助锅炉生
成的蒸气。辅助锅炉的燃料可以是气体燃料，也可以是油燃料。
148.需要说明的是，对于由废气节能器31生成的蒸气s1、由锅炉32生成的蒸气s2，也可以是一部分通过蒸气管线ls3c向蒸气膨胀发电机50供给，一部分通过蒸气管线ls3b向船舶中的蒸气的需要目标d(燃料油、润滑油的加温、空调加温等)供给。向各供给目标供给的蒸气的供给量通过作为供给量调整单元的阀36、阀35等进行调整。
149.需要说明的是，蒸气管线也可以具备用于不经由蒸气膨胀发电机50而向蒸气双循环发电机60供给蒸气的蒸气管线ls3d。在该情况下，在蒸气管线ls3d设置有减压阀37。
150.接着，对蒸气s1、蒸气s2、蒸气s3、蒸气s4的流动进行说明。
151.由废气节能器31生成的蒸气s1通过蒸气管线ls1向蒸汽联箱33供给。由锅炉32生成的蒸气s2通过蒸气管线ls2向蒸汽联箱33供给。集合于蒸汽联箱的蒸气s1及蒸气s2作为蒸气s3通过蒸气管线ls3c向蒸气膨胀发电机50供给。另外，蒸气s3通过蒸气管线ls3b向船舶中的蒸气的需要目标d供给。向各供给目标供给的蒸气s3的供给量通过作为供给量调整单元的阀36、阀35等进行调整。
152.蒸气s3由蒸气膨胀发电机50回收压力，作为减压后的蒸气s4通过蒸气管线ls4向蒸气双循环发电机60供给。
153.需要说明的是，在不需要基于蒸气膨胀发电机50的发电的情况下等，蒸气s3也可以通过蒸气管线ls3d向蒸气双循环发电机60供给。在该情况下，蒸气s3由减压阀37减压，作为减压后的蒸气s4向蒸气双循环发电机60供给。
154.需要说明的是，流入蒸气双循环发电机60的蒸发器61的蒸气s4的压力p4比流入蒸气膨胀发电机50的蒸气s3的压力p3低。例如，压力p3为0.4mpa以上且0.95mpa以下，压力p4为0.1mpa以上且0.35mpa以下。需要说明的是，流入蒸气双循环发电机60的蒸发器61的蒸气s4的温度t4比流入蒸气膨胀发电机50的蒸气s3的温度t3低。例如，温度t3为152℃以上且182℃以下，温度t4为100℃以上且148℃以下。但是，由于通过蒸气双循环发电机60而引起的蒸气的温度的降低是有限的，该蒸气的热能能够在蒸气双循环发电机60中充分利用。
155.接着，对工作介质r2的流动进行说明。工作介质r2在连接蒸发器61、膨胀器62、冷凝器63、以及循环泵64的工作介质管线lr2中循环。
156.工作介质r2在蒸发器61中被蒸气s4加热而气化。气化了的高压的工作介质r2驱动膨胀器62的螺杆转子而生成电力。通过了膨胀器62的螺杆转子的低压的工作介质r2被冷凝器63冷却而冷凝。冷凝后的工作介质r2被循环泵64再次送入蒸发器61。这样，工作介质r2一边在工作介质管线lr2中循环一边反复进行蒸发和冷凝。
157.需要说明的是，上述的变形例1～5也能够应用于本实施方式中。
158.《变形例6》
159.由需要目标d利用后的蒸气s3也可以作为蒸气双循环发电机60的热源流体而再利用。在该情况下，对工作介质r2循环的orc追加第二蒸发器。第二蒸发器例如连接在蒸发器61与膨胀器62之间。作为第二蒸发器的热源流体而被利用后的蒸气s3与变形例1同样地作为冷凝排水回收，能够作为废气节能器31、锅炉32的供水而再利用。
160.根据以上说明的本实施方式的船舶用发电系统1，除了上述的(1)～(3)之外，还起到以下那样的效果。
161.(4)本实施方式的船舶用发电系统1还具备将蒸气的膨胀转换为旋转力来进行发
电的蒸气膨胀发电机50，蒸气膨胀发电机50使用由废气节能器31生成的蒸气s1来进行发电。这样，蒸气膨胀发电机50使用由利用来自内燃机11的废气e1的废气节能器31生成的蒸气s1来进行发电，因此能够更有效地利用在船舶中产生的能量。
162.(5)本实施方式的船舶用发电系统1的内燃机11是将液化燃料气体作为燃料的内燃机，所述船舶用发电系统1还具备：锅炉32，其将液化燃料气体的蒸发气体(bog)作为燃料而生成蒸气s2；以及蒸气膨胀发电机50，其将蒸气的膨胀转换为旋转力来进行发电，蒸气膨胀发电机50使用由锅炉32生成的蒸气s2来进行发电。这样，蒸气膨胀发电机50使用由将在内燃机11中使用的液化燃料气体的bog作为燃料的锅炉32生成的蒸气s2来进行发电，因此能够更有效地利用在船舶中产生的能量。
163.(6)本实施方式的船舶用发电系统1还具有蒸气双循环发电机60，该蒸气双循环发电机60将由蒸气膨胀发电机50使用后的蒸气s4作为热源流体来进行发电。这样，通过进行使用了蒸气膨胀发电机50和蒸气双循环发电机60的蒸气级联方式的发电，能够有效利用在船舶中产生的蒸气。在蒸气双循环发电机60中，在与工作介质r2之间进行热交换的蒸气也可以是低压力的蒸气。另一方面，要求在蒸气膨胀发电机50中使用的蒸气为中压以上的压力。因此，蒸气膨胀发电机50使用在船舶中生成的中压以上的压力的蒸气进行发电，然后，蒸气双循环发电机60使用在蒸气膨胀发电机50中被使用后的减压了的蒸气进行发电，由此能够有效利用在船舶中生成的蒸气，能够进行高效的发电。
164.(7)本实施方式的船舶用发电系统1的蒸气双循环发电机60具有蒸发器61，该蒸发器61通过在蒸气膨胀发电机50中使用后的蒸气s4与工作介质r2之间的热交换来加热工作介质r2。由此，适当地进行在蒸气膨胀发电机50中使用后的蒸气s4与在蒸气双循环发电机60中循环的工作介质r2之间的热交换。
165.以上，对本发明的船舶用发电系统的优选各实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够进行适当变更。另外，也能够组合多个实施方式。

技术特征：
1.一种船舶用发电系统，其用于具备内燃机、以及向该内燃机送入增压空气的排气涡轮式的增压器的船舶，其中，所述船舶用发电系统具备：废气节能器，其使用来自所述内燃机的废气生成蒸气；以及双循环发电机，其经由循环的工作介质回收热能，并基于工作介质的膨胀进行发电，所述双循环发电机具有：第一蒸发器，其通过来自所述增压器的增压空气与工作介质之间的热交换来加热工作介质；以及第二蒸发器，其通过来自所述内燃机的废气与工作介质之间的热交换来加热工作介质，来自所述内燃机的废气依次流经作为所述增压器的驱动源的排气涡轮机、所述废气节能器、所述第二蒸发器。2.根据权利要求1所述的船舶用发电系统，其中，所述双循环发电机还具有第三蒸发器，所述第三蒸发器通过由所述废气节能器生成的蒸气与工作介质之间的热交换来加热工作介质。3.根据权利要求1所述的船舶用发电系统，其中，所述内燃机是将液化燃料气体作为燃料的内燃机，所述船舶用发电系统还具备锅炉，该锅炉以液化燃料气体的蒸发气体作为燃料而生成蒸气，所述双循环发电机还具有第三蒸发器，所述第三蒸发器通过由所述锅炉生成的蒸气与工作介质之间的热交换来加热工作介质。4.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶用发电系统，其中，所述船舶用发电系统还具备蒸气膨胀发电机，该蒸气膨胀发电机将蒸气的膨胀转换为旋转力来进行发电，所述蒸气膨胀发电机使用由所述废气节能器生成的蒸气来进行发电。5.根据权利要求1至3中任一项所述的船舶用发电系统，其中，所述内燃机是将液化燃料气体作为燃料的内燃机，所述船舶用发电系统还具备：锅炉，其将液化燃料气体的蒸发气体作为燃料而生成蒸气；以及蒸气膨胀发电机，其将蒸气的膨胀转换为旋转力来进行发电，所述蒸气膨胀发电机使用由所述锅炉生成的蒸气来进行发电。6.根据权利要求4所述的船舶用发电系统，其中，所述船舶用发电系统还具有蒸气双循环发电机，该蒸气双循环发电机将由所述蒸气膨胀发电机使用后的蒸气作为热源流体来进行发电。7.根据权利要求5所述的船舶用发电系统，其中，所述船舶用发电系统还具有蒸气双循环发电机，该蒸气双循环发电机将由所述蒸气膨胀发电机使用后的蒸气作为热源流体来进行发电。
8.根据权利要求6所述的船舶用发电系统，其中，所述蒸气双循环发电机具有蒸发器，该蒸发器通过由所述蒸气膨胀发电机使用后的蒸气与工作介质之间的热交换来加热工作介质。9.根据权利要求7所述的船舶用发电系统，其中，所述蒸气双循环发电机具有蒸发器，该蒸发器通过由所述蒸气膨胀发电机使用后的蒸气与工作介质之间的热交换来加热工作介质。

技术总结
本发明提供能够有效利用在船舶中产生的能量的船舶用发电系统。一种船舶用发电系统(1)，其用于具备内燃机(11)、以及向内燃机送入增压空气(A1)的排气涡轮式的增压器(12)的船舶(S)，该船舶用发电系统具备使用来自内燃机的废气(E1)生成蒸气(S1)的废气节能器(31)、及经由循环的工作介质回收热能并基于工作介质的膨胀进行发电的双循环发电机(40)，双循环发电机具有通过来自增压器的增压空气与工作介质(R1)之间的热交换来加热工作介质的第一蒸发器(41A)、及通过来自内燃机的废气与工作介质之间的热交换来加热工作介质的第二蒸发器(41B)，来自内燃机的废气依次流经作为增压器的驱动源的排气涡轮机、废气节能器、第二蒸发器。器。器。


技术研发人员：真锅敦行 菊地将司
受保护的技术使用者：三浦工业株式会社
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/6/28