JP2014001675A - Prime mover system - Google Patents

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Takeshi Kato
剛 加藤
Yasuhide Okazaki
泰英 岡▲崎▼
Kotaro Yagi
厚太郎 八木
Takamitsu Motoda
隆光 元田
Masahisa Fukuyama
雅久 福山
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently recover waste heat from pressurized intake air.SOLUTION: A prime mover system 1 comprises: a prime mover 3; a supercharger 4; a first heat exchanger 5; and a waste heat recovery device 6. The supercharger 4 comprises a turbine 41, and a compressor 42. The prime mover 3 and the supercharger 4 are connected to each other by a scavenging passage 31 and an exhaust passage 32. The exhaust passage 32 comprises: a main exhaust passage 321 for introducing exhaust air from the prime mover 3 to the turbine 41; and a branch exhaust passage 322 branched from the main exhaust passage 321. Branch exhaust air that is one part of the exhaust from the prime mover 3 flow through the branch exhaust passage 322. The first heat exchanger 5 is provided on the branch exhaust passage 322 and the scavenging passage 31. The first heat exchanger 5 is a plate-type heat exchanger for gas-gas, and heats scavenging air flowing through the scavenging passage 31 with the branch exhaust air as a heat source. Thereby, a scavenging temperature becomes high, so that waste heat can be efficiently recovered from the scavenging air by the waste heat recovery device 6 and recovery power can be made large.

Description

本発明は、原動機システムに関する。   The present invention relates to a prime mover system.

従来より、ランキンサイクルを利用して原動機の廃熱からエネルギーを回収する技術が知られている。例えば、特許文献1では、内燃機関の排熱を、水よりも沸点が高い熱媒により回収し、当該熱媒と有機流体とを熱交換させて有機流体を蒸発させ、蒸発した有機流体によりタービンを駆動して発電を行う排熱回収発電装置が開示されている。   Conventionally, a technique for recovering energy from waste heat of a prime mover using a Rankine cycle is known. For example, in Patent Document 1, exhaust heat of an internal combustion engine is recovered by a heat medium having a boiling point higher than that of water, the heat medium and the organic fluid are heat-exchanged to evaporate the organic fluid, and the evaporated organic fluid is used as a turbine. An exhaust heat recovery power generation device that generates electricity by driving a power source is disclosed.

特開2011−149332号公報JP 2011-149332 A

ところで、過給機付き原動機を備える原動機システムでは、過給機で加圧された吸気(加圧吸気)から廃熱を回収することが考えられるが、原動機の出力が低い場合、過給機から原動機へと供給される加圧吸気の温度も低いため、加圧吸気の廃熱から回収されるエネルギーが小さくなってしまう。   By the way, in a prime mover system equipped with a prime mover with a supercharger, it is conceivable to recover waste heat from the intake air pressurized by the supercharger (pressurized intake air), but if the output of the prime mover is low, Since the temperature of the pressurized intake air supplied to the prime mover is also low, the energy recovered from the waste heat of the pressurized intake air is reduced.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、加圧吸気から効率良く廃熱を回収することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to efficiently recover waste heat from pressurized intake air.

請求項1に記載の発明は、原動機システムであって、原動機と、吸気を加圧して前記原動機に供給する過給機と、前記過給機にて加圧された吸気である加圧吸気を前記原動機へと導く流路である加圧吸気路と、前記原動機からの排気を前記過給機へと導く排気路と、前記加圧吸気流路上に設けられ、前記排気を熱源として前記加圧吸気路を流れる前記加圧吸気を加熱する第1熱交換器と、前記加圧吸気路上において前記第1熱交換器と前記原動機との間に配置され、前記加圧吸気路を流れる前記加圧吸気を熱源として作動流体を加熱して気化する第2熱交換器と、前記第2熱交換器にて気化された前記作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、前記膨張機にて膨張させた前記作動流体を凝縮して液化する凝縮器と、前記凝縮器にて液化された前記作動流体を前記第2熱交換器へと送出するポンプとを備える。   The invention according to claim 1 is a prime mover system, comprising a prime mover, a supercharger that pressurizes intake air and supplies the prime mover to the prime mover, and a pressurized intake air that is pressurized by the supercharger. A pressurized intake passage that is a flow path that leads to the prime mover, an exhaust passage that guides exhaust from the prime mover to the supercharger, and the pressurized intake passage that is provided on the pressurized intake flow path and uses the exhaust as a heat source. The first heat exchanger that heats the pressurized intake air flowing through the intake passage, and the pressurization that is disposed between the first heat exchanger and the prime mover on the pressurized intake passage and flows through the pressurized intake passage. A second heat exchanger that heats and vaporizes the working fluid using the intake air as a heat source; an expander that expands the working fluid vaporized in the second heat exchanger to recover mechanical energy; and the expander A condenser for condensing and liquefying the working fluid expanded in The liquefied the working fluid at the vessel and a pump for sending to the second heat exchanger.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の原動機システムであって、前記排気路が、前記原動機と前記過給機とを接続する主排気路と、前記主排気路から分岐し、前記原動機からの前記排気の一部が流れる分岐排気路とを備え、前記第1熱交換器の前記熱源が、前記分岐排気路を流れる排気であり、前記原動機システムが、前記分岐排気路を流れる前記排気の流量を調節する排気流量調節部と、前記第2熱交換器における熱負荷を取得する熱負荷取得部と、前記熱負荷取得部からの出力に基づいて前記排気流量調節部を制御する排気流量制御部とをさらに備える。   Invention of Claim 2 is a motor | power_engine system of Claim 1, Comprising: The said exhaust path branches from the main exhaust path which connects the said prime mover and the said supercharger, and the said main exhaust path, A branch exhaust passage through which a part of the exhaust from the prime mover flows, wherein the heat source of the first heat exchanger is exhaust flowing through the branch exhaust passage, and the prime mover system flows through the branch exhaust passage The exhaust flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the exhaust gas, the thermal load acquisition unit that acquires the thermal load in the second heat exchanger, and the exhaust flow rate adjustment unit that is controlled based on the output from the thermal load acquisition unit And an exhaust flow rate controller.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の原動機システムであって、前記熱負荷取得部が、前記原動機の回転数に基づいて前記熱負荷を取得する。   Invention of Claim 3 is a motor | power_engine system of Claim 2, Comprising: The said thermal load acquisition part acquires the said thermal load based on the rotation speed of the said motor | power_engine.

請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の原動機システムであって、前記膨張機が、前記第2熱交換器にて気化された前記作動流体により回転するタービンである。   Invention of Claim 4 is a motor | power_engine system in any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising: The said expander is a turbine rotated with the said working fluid vaporized in the said 2nd heat exchanger. is there.

請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の原動機システムであって、船舶の主機システムである。   The invention according to claim 5 is the prime mover system according to any one of claims 1 to 4, which is a main engine system of a ship.

本発明では、加圧吸気から効率良く廃熱を回収することができる。   In the present invention, waste heat can be efficiently recovered from pressurized intake air.

一の実施の形態に係る原動機システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the motor | power_engine system which concerns on one embodiment. 廃熱回収装置における回収動力と掃気温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the recovery motive power and scavenging temperature in a waste heat recovery apparatus. 比較例の原動機システムにおける原動機負荷と掃気温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the motor | power_engine load and scavenging temperature in the motor | power_engine system of a comparative example. 原動機負荷と回収動力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a motor | power_engine load and collection | recovery motive power.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る原動機システム1の構成を示す図である。原動機システム1は、船舶の主機システムとして利用される。原動機システム1は、過給機付き原動機2と、第1熱交換器5と、過給機付き原動機2の廃熱を回収する廃熱回収装置6とを備える。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a prime mover system 1 according to a first embodiment of the present invention. The prime mover system 1 is used as a main engine system of a ship. The motor system 1 includes a motor 2 with a supercharger, a first heat exchanger 5, and a waste heat recovery device 6 that recovers waste heat of the motor 2 with a supercharger.

過給機付き原動機2は、2ストロークエンジンである舶用原動機3(以下、単に「原動機3」という。)と、ターボチャージャである過給機4とを備える。過給機4は、タービン41と、タービン41に機械的に接続されるコンプレッサ42とを備える。原動機3と過給機4とは、掃気路31および排気路32により接続される。   The supercharger-equipped prime mover 2 includes a marine prime mover 3 that is a two-stroke engine (hereinafter simply referred to as “prime mover 3”) and a turbocharger 4 that is a turbocharger. The supercharger 4 includes a turbine 41 and a compressor 42 that is mechanically connected to the turbine 41. The prime mover 3 and the supercharger 4 are connected by a scavenging path 31 and an exhaust path 32.

排気路32は、原動機3からの排気を過給機4のタービン41へと導く。タービン41は、排気路32を介して供給された排気により回転する。タービン41の回転に利用された排気は、原動機システム1の外部に排出される。コンプレッサ42は、タービン41にて発生する回転力を利用して(すなわち、タービン41の回転を動力として)、原動機システム1の外部から吸気路43により過給機4に導かれた吸気(空気)を加圧して圧縮する。コンプレッサ42により加圧された吸気である加圧吸気(以下、「掃気」という。)は、掃気路31を介して原動機3に供給される。このように、過給機4では、排気を利用して吸気を加圧し、掃気が生成される。掃気路31は、過給機4から原動機3へと加圧吸気を導く流路である加圧吸気路である。   The exhaust path 32 guides the exhaust from the prime mover 3 to the turbine 41 of the supercharger 4. The turbine 41 is rotated by the exhaust gas supplied through the exhaust passage 32. Exhaust gas used for the rotation of the turbine 41 is discharged outside the prime mover system 1. The compressor 42 uses the rotational force generated in the turbine 41 (that is, using the rotation of the turbine 41 as power), and intake air (air) guided to the supercharger 4 from the outside of the prime mover system 1 through the intake passage 43. And press to compress. Pressurized intake air (hereinafter referred to as “scavenging”) that is the intake air pressurized by the compressor 42 is supplied to the prime mover 3 via the scavenging passage 31. Thus, in the supercharger 4, the intake air is pressurized using the exhaust gas, and scavenging is generated. The scavenging passage 31 is a pressurized intake passage that is a passage that guides the pressurized intake air from the supercharger 4 to the prime mover 3.

排気路32は、主排気路321と、分岐排気路322とを備える。主排気路321は、原動機3と過給機4のタービン41とを接続する。分岐排気路322は、原動機3近傍の分岐部324にて主排気路321から分岐し、タービン41近傍の合流部325にて主排気路321に再び合流する。分岐排気路322には、原動機3からの排気の少なくとも一部(以下、「分岐排気」という。)が流れる。分岐排気は、分岐排気路322を通過した後、主排気路321を介してタービン41に導かれる。   The exhaust path 32 includes a main exhaust path 321 and a branch exhaust path 322. The main exhaust path 321 connects the prime mover 3 and the turbine 41 of the supercharger 4. The branch exhaust passage 322 branches from the main exhaust passage 321 at the branch portion 324 in the vicinity of the prime mover 3, and rejoins the main exhaust passage 321 at the merge portion 325 in the vicinity of the turbine 41. At least a part of the exhaust from the prime mover 3 (hereinafter referred to as “branch exhaust”) flows through the branch exhaust path 322. The branch exhaust passes through the branch exhaust passage 322 and is then guided to the turbine 41 through the main exhaust passage 321.

分岐排気路322上には調節弁323が設けられる。調節弁323は、分岐排気路322を流れる分岐排気の流量を調節する排気流量調節部である。分岐排気の流量は、排気流量制御部72により調節弁323の開度が制御されることにより制御される。調節弁323が閉じられると、分岐排気路322には排気は流れず、原動機3からの排気の全量が主排気路321を介してタービン41へと導かれる。   A control valve 323 is provided on the branch exhaust path 322. The control valve 323 is an exhaust flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the branch exhaust flowing through the branch exhaust path 322. The flow rate of the branch exhaust gas is controlled by controlling the opening degree of the control valve 323 by the exhaust gas flow rate control unit 72. When the control valve 323 is closed, no exhaust flows through the branch exhaust passage 322, and the entire amount of exhaust from the prime mover 3 is guided to the turbine 41 via the main exhaust passage 321.

第1熱交換器5は、分岐排気路322および掃気路31上に設けられる。分岐排気路322上では、第1熱交換器5は、調節弁323と合流部325との間に配置される。第1熱交換器5は、ガス−ガス用プレート式熱交換器であり、分岐排気を熱源として、掃気路31を流れる掃気を加熱する。   The first heat exchanger 5 is provided on the branch exhaust path 322 and the scavenging path 31. On the branch exhaust path 322, the first heat exchanger 5 is disposed between the control valve 323 and the junction 325. The first heat exchanger 5 is a gas-gas plate heat exchanger, and heats the scavenging gas flowing through the scavenging passage 31 using the branch exhaust as a heat source.

廃熱回収装置6は、作動流体が流れる配管61と、第2熱交換器62と、膨張機63と、凝縮器64と、ポンプ65とを備える。第2熱交換器62、膨張機63、凝縮器64およびポンプ65は、配管61により接続される。作動流体としては、様々な流体が用いられてよく、本実施の形態では、R245faのような代替フロン等の有機媒体が作動流体として用いられ、廃熱回収装置6において、いわゆる有機ランキンサイクル(ORC:Organic Rankine Cycle)が行われる。   The waste heat recovery apparatus 6 includes a pipe 61 through which a working fluid flows, a second heat exchanger 62, an expander 63, a condenser 64, and a pump 65. The second heat exchanger 62, the expander 63, the condenser 64 and the pump 65 are connected by a pipe 61. Various fluids may be used as the working fluid. In this embodiment, an organic medium such as an alternative chlorofluorocarbon such as R245fa is used as the working fluid, and the waste heat recovery apparatus 6 uses a so-called organic Rankine cycle (ORC). : Organic Rankine Cycle).

第2熱交換器62は、原動機3へと掃気を導く流路である掃気路31上において、第1熱交換器5と原動機3との間に配置され、掃気路31を流れる掃気を熱源として作動流体を加熱して気化させる。一方、掃気路31内の掃気は、第2熱交換器62内の作動流体により冷却された後、原動機3へと導かれる。換言すれば、第2熱交換器62は、掃気を冷却するいわゆるインタークーラである。   The second heat exchanger 62 is disposed between the first heat exchanger 5 and the prime mover 3 on the scavenging path 31 that is a flow path that guides the scavenging air to the prime mover 3, and uses the scavenged gas flowing through the scavenging path 31 as a heat source. The working fluid is heated and vaporized. On the other hand, the scavenging gas in the scavenging passage 31 is guided to the prime mover 3 after being cooled by the working fluid in the second heat exchanger 62. In other words, the second heat exchanger 62 is a so-called intercooler that cools the scavenged air.

膨張機63は、第2熱交換器62により気化された作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する。本実施の形態では、膨張機63として、第2熱交換器62にて気化された作動流体により回転するタービンが利用される。当該タービンの軸は発電機8に接続されており、第2熱交換器62から配管61を介して送り込まれる作動流体の飽和蒸気によりタービンが駆動されることにより、発電機8において発電が行われる。凝縮器64は、膨張機63にて膨張させた作動流体を凝縮して液化させる。ポンプ65は、凝縮器64にて液化された作動流体を加圧しつつ第2熱交換器62へと送出する昇圧ポンプである。   The expander 63 expands the working fluid vaporized by the second heat exchanger 62 and recovers mechanical energy. In the present embodiment, a turbine that is rotated by the working fluid vaporized in the second heat exchanger 62 is used as the expander 63. The shaft of the turbine is connected to the generator 8, and the turbine is driven by the saturated steam of the working fluid sent from the second heat exchanger 62 through the pipe 61, thereby generating power in the generator 8. . The condenser 64 condenses and liquefies the working fluid expanded by the expander 63. The pump 65 is a booster pump that sends the working fluid liquefied by the condenser 64 to the second heat exchanger 62 while pressurizing the working fluid.

熱負荷取得部71は、第2熱交換器62における熱負荷を取得する。熱負荷取得部71による熱負荷の取得は、原動機3の回転数に基づいて行われる。具体的には、コンプレッサ42から掃気路31へと供給される掃気の温度および流量が、原動機3の回転数に基づいて求められ、第1熱交換器5による掃気の加熱を考慮して、第2熱交換器62に供給される掃気の温度および流量が求められる。そして、第2熱交換器62に供給される掃気の温度および流量に基づいて第2熱交換器62における熱負荷が取得される。   The heat load acquisition unit 71 acquires the heat load in the second heat exchanger 62. The acquisition of the thermal load by the thermal load acquisition unit 71 is performed based on the rotation speed of the prime mover 3. Specifically, the temperature and flow rate of the scavenging gas supplied from the compressor 42 to the scavenging passage 31 is obtained based on the number of revolutions of the prime mover 3, and considering the heating of the scavenging gas by the first heat exchanger 5, 2 The temperature and flow rate of the scavenging gas supplied to the heat exchanger 62 are obtained. Then, the heat load in the second heat exchanger 62 is acquired based on the temperature and flow rate of the scavenging gas supplied to the second heat exchanger 62.

図2は、廃熱回収装置6における発電機8による発電量(以下、「回収動力」という。)と掃気温度との関係を示す図である。図2の横軸は掃気温度(℃)を示し、縦軸は、掃気温度が213℃のときの回収動力に対する各掃気温度における回収動力の割合を示す。図2に示すように、掃気温度が高くなると廃熱回収装置6による回収動力は増加し、掃気温度が低くなると回収動力は減少する。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of power generated by the generator 8 (hereinafter referred to as “recovered power”) in the waste heat recovery apparatus 6 and the scavenging temperature. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the scavenging temperature (° C.), and the vertical axis indicates the ratio of the recovery power at each scavenging temperature to the recovery power when the scavenging temperature is 213 ° C. As shown in FIG. 2, the recovery power by the waste heat recovery device 6 increases when the scavenging temperature increases, and the recovery power decreases when the scavenging temperature decreases.

図3は、第1熱交換器や分岐排気路が設けられない原動機システム(以下、「比較例の原動機システム」という。)における原動機負荷と掃気温度との関係を示す図である。図3の横軸は原動機負荷(%)を示し、縦軸は、原動機負荷が80%である場合の掃気温度に対する各原動機負荷における掃気温度の割合を示す。図3に示すように、比較例の原動機システムでは、原動機負荷が低下するに従って掃気温度が大きく低下する。換言すれば、原動機負荷が低下するに従って、廃熱回収装置の第2熱交換器における熱負荷が大きく低下する。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the prime mover load and the scavenging temperature in a prime mover system (hereinafter referred to as “comparative example prime mover system”) in which the first heat exchanger and the branch exhaust passage are not provided. The horizontal axis of FIG. 3 shows the prime mover load (%), and the vertical axis shows the ratio of the scavenging temperature at each prime mover load to the scavenging temperature when the prime mover load is 80%. As shown in FIG. 3, in the prime mover system of the comparative example, the scavenging temperature greatly decreases as the prime mover load decreases. In other words, as the prime mover load decreases, the heat load in the second heat exchanger of the waste heat recovery apparatus greatly decreases.

図4は、原動機負荷と回収動力との関係を示す図である。図4の横軸は原動機負荷(%)を示し、縦軸は、原動機負荷が80%である場合の回収動力に対する各原動機負荷における回収動力の割合を示す。比較例の原動機システムでは、原動機負荷が低下するに従って上述のように第2熱交換器における熱負荷が大きく低下するため、図4中において破線91にて示すように、廃熱回収装置による回収動力も大きく減少する。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the prime mover load and the recovered power. The horizontal axis of FIG. 4 indicates the prime mover load (%), and the vertical axis indicates the ratio of the recovered power at each prime mover load to the recovered power when the prime mover load is 80%. In the prime mover system of the comparative example, the heat load in the second heat exchanger is greatly reduced as described above as the prime mover load is reduced. Therefore, as shown by the broken line 91 in FIG. Is also greatly reduced.

これに対し、本実施の形態に係る原動機システム1では、分岐排気路322および掃気路31上に設けられた第1熱交換器5により、分岐排気を熱源として掃気が加熱されるため、比較例の原動機システムよりも掃気温度が高くなる。これにより、比較例の原動機システムに比べて、廃熱回収装置6により掃気から効率良く廃熱を回収し、回収動力を大きくすることができる。   On the other hand, in the prime mover system 1 according to the present embodiment, the scavenging air is heated using the branch exhaust as a heat source by the first heat exchanger 5 provided on the branch exhaust passage 322 and the scavenging passage 31. The scavenging temperature is higher than the prime mover system. Thereby, compared with the motor | power_engine system of a comparative example, waste heat can be efficiently collect | recovered from scavenging by the waste heat recovery apparatus 6, and recovery power can be enlarged.

原動機システム1では、熱負荷取得部71により取得された第2熱交換器62における熱負荷に基づいて(すなわち、熱負荷取得部71からの出力に基づいて)、排気流量制御部72により調節弁323が制御され、第1熱交換器5における掃気の加熱が制御される。これにより、第2熱交換器62における熱負荷、および、廃熱回収装置6による回収動力を容易に制御することができる。   In the prime mover system 1, based on the thermal load in the second heat exchanger 62 acquired by the thermal load acquisition unit 71 (that is, based on the output from the thermal load acquisition unit 71), the exhaust flow rate control unit 72 adjusts the control valve. 323 is controlled, and heating of the scavenging gas in the first heat exchanger 5 is controlled. Thereby, the heat load in the 2nd heat exchanger 62 and the recovery power by the waste heat recovery apparatus 6 can be controlled easily.

原動機システム1では、例えば、原動機3の出力が常用出力未満の場合(本実施の形態では、原動機負荷が80%未満の場合)のみ、分岐排気路322を介して第1熱交換器5に分岐排気が供給される。そして、排気流量制御部72により分岐排気の流量が制御されることにより、第1熱交換器5と第2熱交換器62との間における掃気温度が、常用出力時における掃気温度におよそ等しくされる。これにより、図4中において実線92にて示すように、原動機3の出力が常用出力未満の場合に、比較例の原動機システムに比べて、効率良く掃気から廃熱を回収し、回収動力を大きくすることができる。また、原動機3の出力が常用出力以上の場合には、第1熱交換器5への分岐排気の供給を停止することにより、原動機3からの排気が、第1熱交換器5において冷却されることなくタービン41に供給される。その結果、コンプレッサ42において効率良く吸気を圧縮することができる。   In the prime mover system 1, for example, only when the output of the prime mover 3 is less than the normal output (in this embodiment, when the prime mover load is less than 80%), the first heat exchanger 5 is branched via the branch exhaust passage 322. Exhaust is supplied. Then, by controlling the flow rate of the branch exhaust gas by the exhaust flow rate control unit 72, the scavenging temperature between the first heat exchanger 5 and the second heat exchanger 62 is made approximately equal to the scavenging temperature at the normal output. The As a result, as shown by the solid line 92 in FIG. 4, when the output of the prime mover 3 is less than the normal output, the waste heat is efficiently recovered from the scavenging and the recovery power is increased compared to the prime mover system of the comparative example. can do. When the output of the prime mover 3 is equal to or higher than the normal output, the exhaust from the prime mover 3 is cooled in the first heat exchanger 5 by stopping the supply of branch exhaust to the first heat exchanger 5. Without being supplied to the turbine 41. As a result, the intake air can be efficiently compressed in the compressor 42.

なお、第1熱交換器5に対する分岐排気の供給の有無の基準となる原動機3の出力は、必ずしも常用出力には限定されず、原動機3の出力が所定の閾値出力未満の場合に分岐排気が第1熱交換器5に供給されて掃気の加熱が行われ、閾値出力以上の場合には第1熱交換器5に対する分岐排気の供給が停止されてもよい。また、原動機3の出力の全範囲において、分岐排気が第1熱交換器5に供給されてもよい。   It should be noted that the output of the prime mover 3 which is a reference for the presence or absence of the supply of branch exhaust to the first heat exchanger 5 is not necessarily limited to the normal output, and branch exhaust is generated when the output of the prime mover 3 is less than a predetermined threshold output. The scavenging gas is heated by being supplied to the first heat exchanger 5, and the supply of branch exhaust to the first heat exchanger 5 may be stopped when the output is equal to or higher than the threshold output. Further, branch exhaust may be supplied to the first heat exchanger 5 in the entire range of the output of the prime mover 3.

原動機システム1では、分岐排気路322を流れる分岐排気が、第1熱交換器5を通過後、タービン41に導かれる。このように、掃気の加熱に利用された後の排気も過給機4の駆動に利用することにより、原動機システム1の効率をより向上することができる。   In the prime mover system 1, the branch exhaust flowing through the branch exhaust path 322 is guided to the turbine 41 after passing through the first heat exchanger 5. Thus, the efficiency of the prime mover system 1 can be further improved by using the exhaust after being used for heating the scavenging gas for driving the supercharger 4.

原動機システム1では、上述のように、第1熱交換器5に分岐排気が供給されて掃気が加熱されることにより、原動機負荷の広い範囲に亘って、掃気の廃熱を効率良く回収することができる。したがって、原動機システム1は、原動機3を低負荷にて運転する頻度が比較的高い舶用の主機システムに特に適している。   In the prime mover system 1, as described above, branch exhaust is supplied to the first heat exchanger 5 and the scavenging gas is heated, thereby efficiently recovering the waste heat of the scavenging gas over a wide range of the prime load. Can do. Therefore, the prime mover system 1 is particularly suitable for a marine main engine system in which the prime mover 3 is operated at a low load at a relatively high frequency.

熱負荷取得部71では、第2熱交換器62における熱負荷を、原動機3の回転数に基づいて容易に取得することができる。また、膨張機63が、第2熱交換器62にて気化された作動流体により回転するタービンであるため、廃熱回収装置6の構造は、比較的大きい廃熱を回収する原動機システムに特に適している。   The thermal load acquisition unit 71 can easily acquire the thermal load in the second heat exchanger 62 based on the rotational speed of the prime mover 3. Further, since the expander 63 is a turbine rotated by the working fluid vaporized by the second heat exchanger 62, the structure of the waste heat recovery device 6 is particularly suitable for a prime mover system that recovers relatively large waste heat. ing.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible.

例えば、分岐排気路322は、第1熱交換器5を経由した後、タービン41に直接的に接続されてもよい。この場合、分岐排気は、主排気路321を経由することなく、直接的にタービン41に供給される。また、分岐排気路322は、第1熱交換器5を経由した後、主排気路321およびタービン41に接続されなくてもよい。この場合、分岐排気は、タービン41を経由することなく、原動機システム1の外部に排出される。   For example, the branch exhaust path 322 may be directly connected to the turbine 41 after passing through the first heat exchanger 5. In this case, the branch exhaust is directly supplied to the turbine 41 without passing through the main exhaust path 321. Further, the branch exhaust passage 322 may not be connected to the main exhaust passage 321 and the turbine 41 after passing through the first heat exchanger 5. In this case, the branch exhaust is discharged outside the prime mover system 1 without passing through the turbine 41.

廃熱回収装置6では、膨張機63はタービンには限定されず、例えば、膨張弁が膨張機63として利用されてよい。膨張機63は、必ずしも発電機8に接続される必要はなく、膨張機63からの出力は、原動機システム1が配置される船内の様々な用途に利用されてよい。また、廃熱回収装置6の作動流体は、有機媒体には限定されない。   In the waste heat recovery apparatus 6, the expander 63 is not limited to the turbine, and for example, an expansion valve may be used as the expander 63. The expander 63 does not necessarily need to be connected to the generator 8, and the output from the expander 63 may be used for various purposes in a ship in which the prime mover system 1 is disposed. Moreover, the working fluid of the waste heat recovery apparatus 6 is not limited to an organic medium.

原動機システム1では、掃気路31の第1熱交換器5と第2熱交換器62との間に、掃気の温度および流量を測定するセンサが設けられ、当該センサからの出力に基づいて第2熱交換器62の熱負荷が取得されてもよい。また、必ずしも第2熱交換器62の熱負荷が取得される必要はなく、排気流量制御部72により原動機3の回転数に基づいて調節弁323が制御されることにより、第1熱交換器5に供給される分岐排気の流量が制御されてもよい。原動機システム1では、分岐排気路322を流れる分岐排気の流量は、原動機3の回転数に拘わらず一定であってもよい。   In the prime mover system 1, a sensor for measuring the temperature and flow rate of the scavenging gas is provided between the first heat exchanger 5 and the second heat exchanger 62 in the scavenging passage 31, and the second is based on the output from the sensor. The heat load of the heat exchanger 62 may be acquired. In addition, the heat load of the second heat exchanger 62 is not necessarily acquired, and the control valve 323 is controlled based on the number of revolutions of the prime mover 3 by the exhaust flow rate control unit 72, whereby the first heat exchanger 5 is controlled. The flow rate of the branch exhaust supplied to the engine may be controlled. In the prime mover system 1, the flow rate of the branch exhaust flowing through the branch exhaust path 322 may be constant regardless of the rotational speed of the prime mover 3.

原動機システム1では、分岐排気が第1熱交換器5に供給されることにより、掃気温度が比較例の原動機システムよりも高くなるのであれば、掃気温度は必ずしも常用出力時の掃気温度におよそ等しくされる必要はない。   In the prime mover system 1, if the scavenging temperature becomes higher than that of the prime mover system of the comparative example by supplying the branch exhaust to the first heat exchanger 5, the scavenging temperature is not necessarily equal to the scavenging temperature at the normal output. There is no need to be done.

原動機システム1では、原動機3の出力が比較的低い場合、原動機3からの排気の全量が分岐排気として分岐排気路322に供給されてもよい。この場合、調節弁323は、分岐部324に設けられる。また、分岐排気路322は必ずしも設けられる必要はなく、主排気路321および掃気路31上に第1熱交換器5が設けられ、原動機3からの排気の全量が常に第1熱交換器5に供給され、掃気の加熱に利用されてもよい。   In the prime mover system 1, when the output of the prime mover 3 is relatively low, the entire amount of exhaust from the prime mover 3 may be supplied to the branch exhaust path 322 as branch exhaust. In this case, the adjustment valve 323 is provided in the branch portion 324. Further, the branch exhaust path 322 is not necessarily provided, and the first heat exchanger 5 is provided on the main exhaust path 321 and the scavenging path 31, and the total amount of exhaust from the prime mover 3 is always in the first heat exchanger 5. It may be supplied and used for heating scavenging.

掃気路31の第2熱交換器62と原動機3との間には、海水等により掃気を冷却する冷却装置が設けられてもよい。これにより、掃気をさらに冷却して原動機3の効率を向上することができる。また、メンテナンス等により廃熱回収装置6が停止される場合であっても、掃気を冷却することができる。   Between the 2nd heat exchanger 62 and the motor | power_engine 3 of the scavenging path 31, the cooling device which cools scavenging with seawater etc. may be provided. Thereby, scavenging is further cooled and the efficiency of the prime mover 3 can be improved. Further, even when the waste heat recovery apparatus 6 is stopped due to maintenance or the like, the scavenging can be cooled.

原動機3は、必ずしも2ストロークエンジンである必要はなく、4ストロークエンジンが原動機3として利用されてもよい。この場合も、上記実施の形態と同様に、過給機4により加圧された吸気である給気から、廃熱回収装置6により効率良く廃熱を回収し、回収動力を大きくすることができる。原動機システム1は、船舶の主機システム以外の用途に使用されてよく、過給機付き原動機2は、舶用原動機には限定されない。   The prime mover 3 is not necessarily a two-stroke engine, and a four-stroke engine may be used as the prime mover 3. In this case as well, the waste heat can be efficiently recovered by the waste heat recovery device 6 from the supply air that is pressurized by the supercharger 4 and the recovery power can be increased, as in the above embodiment. . The prime mover system 1 may be used for applications other than the main engine system of a ship, and the prime mover with a supercharger 2 is not limited to a marine prime mover.

上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。   The configurations in the above embodiment and each modification may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.

1 原動機システム
3 原動機
4 過給機
5 第1熱交換器
31 掃気路
32 排気路
62 第2熱交換器
63 膨張機
64 凝縮器
65 ポンプ
71 熱負荷取得部
72 排気流量制御部
321 主排気路
322 分岐排気路
323 調節弁
1 prime mover system 3 prime mover 4 supercharger 5 first heat exchanger 31 scavenging path 32 exhaust path 62 second heat exchanger 63 expander 64 condenser 65 pump 71 heat load acquisition unit 72 exhaust flow rate control unit 321 main exhaust path 322 Branch exhaust passage 323 Control valve

Claims (5)

原動機システムであって、
原動機と、
吸気を加圧して前記原動機に供給する過給機と、
前記過給機にて加圧された吸気である加圧吸気を前記原動機へと導く流路である加圧吸気路と、
前記原動機からの排気を前記過給機へと導く排気路と、
前記加圧吸気流路上に設けられ、前記排気を熱源として前記加圧吸気路を流れる前記加圧吸気を加熱する第1熱交換器と、
前記加圧吸気路上において前記第1熱交換器と前記原動機との間に配置され、前記加圧吸気路を流れる前記加圧吸気を熱源として作動流体を加熱して気化する第2熱交換器と、
前記第2熱交換器にて気化された前記作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、
前記膨張機にて膨張させた前記作動流体を凝縮して液化する凝縮器と、
前記凝縮器にて液化された前記作動流体を前記第2熱交換器へと送出するポンプと、
を備えることを特徴とする原動機システム。
A prime mover system,
Prime mover,
A supercharger that pressurizes intake air and supplies it to the prime mover;
A pressurized intake passage that is a flow path that guides the pressurized intake air that has been pressurized by the supercharger to the prime mover;
An exhaust path for guiding exhaust from the prime mover to the supercharger;
A first heat exchanger that is provided on the pressurized intake passage and heats the pressurized intake air flowing through the pressurized intake passage using the exhaust as a heat source;
A second heat exchanger disposed between the first heat exchanger and the prime mover on the pressurized intake passage and configured to heat and vaporize a working fluid using the pressurized intake air flowing through the pressurized intake passage as a heat source; ,
An expander for recovering mechanical energy by expanding the working fluid vaporized in the second heat exchanger;
A condenser that condenses and liquefies the working fluid expanded by the expander;
A pump for delivering the working fluid liquefied in the condenser to the second heat exchanger;
A prime mover system comprising:
請求項1に記載の原動機システムであって、
前記排気路が、
前記原動機と前記過給機とを接続する主排気路と、
前記主排気路から分岐し、前記原動機からの前記排気の一部が流れる分岐排気路と、
を備え、
前記第1熱交換器の前記熱源が、前記分岐排気路を流れる排気であり、
前記原動機システムが、
前記分岐排気路を流れる前記排気の流量を調節する排気流量調節部と、
前記第2熱交換器における熱負荷を取得する熱負荷取得部と、
前記熱負荷取得部からの出力に基づいて前記排気流量調節部を制御する排気流量制御部と、
をさらに備えることを特徴とする原動機システム。
The prime mover system according to claim 1,
The exhaust path is
A main exhaust passage connecting the prime mover and the supercharger;
A branched exhaust passage that branches off from the main exhaust passage and through which a part of the exhaust from the prime mover flows;
With
The heat source of the first heat exchanger is exhaust flowing through the branch exhaust path;
The prime mover system is
An exhaust flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch exhaust path;
A heat load acquisition unit for acquiring a heat load in the second heat exchanger;
An exhaust flow rate control unit that controls the exhaust flow rate adjustment unit based on an output from the thermal load acquisition unit;
A prime mover system characterized by further comprising:
請求項2に記載の原動機システムであって、
前記熱負荷取得部が、前記原動機の回転数に基づいて前記熱負荷を取得することを特徴とする原動機システム。
The prime mover system according to claim 2,
The prime mover system, wherein the thermal load acquisition unit acquires the thermal load based on a rotational speed of the prime mover.
請求項1ないし3のいずれかに記載の原動機システムであって、
前記膨張機が、前記第2熱交換器にて気化された前記作動流体により回転するタービンであることを特徴とする原動機システム。
The prime mover system according to any one of claims 1 to 3,
The prime mover system, wherein the expander is a turbine rotated by the working fluid vaporized in the second heat exchanger.
請求項1ないし4のいずれかに記載の原動機システムであって、
船舶の主機システムであることを特徴とする原動機システム。
The prime mover system according to any one of claims 1 to 4,
A prime mover system characterized by being a main engine system of a ship.
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