JP2015232424A - Waste heat recovery device for ship - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waste heat recovery device for a ship which recovers a heat source of an exhaust gas of an engine at a maximum to drive a turbine and thereby improves the energy (electricity) generation ability.SOLUTION: A waste heat recovery device for a ship is disclosed. The waste heat recovery device for the ship according to one embodiment of the invention includes: a heat exchanger which recovers heat from an exhaust gas exhausted from an engine and heats a first refrigerant in an isobaric manner; a turbine which adiabatically expands the first refrigerant heated in the isobaric manner and is driven by the expanded first refrigerant; a condenser which condenses the adiabatically expanded first refrigerant; and a heat exchange pump which compresses the condensed first refrigerant and re-circulates the first refrigerant with the heat exchanger.

Description

本発明は、船舶用廃熱回収装置に係り、より詳細には、船舶のエンジンから排出される排ガスの廃熱を回収する船舶用廃熱回収装置に関する。   The present invention relates to a marine waste heat recovery apparatus, and more particularly to a marine waste heat recovery apparatus that recovers waste heat of exhaust gas discharged from a marine engine.

最近、高油価時代が到来するにつれて、船舶のエネルギー効率を向上させて、燃料費を減少し、船舶運航の親環境性を確保しようとする努力が多く進められている。   Recently, as the era of high oil prices arrives, many efforts are being made to improve the energy efficiency of ships, reduce fuel costs, and ensure the environmental friendliness of ship operations.

一般的に、船舶を運航するに当たって、エネルギーは、推進用主エンジンでほとんどのエネルギーを消費しており、主エンジンの作動のために必要な燃料の約25%は、排ガスとして大気中に捨てられていることが現実である。したがって、このような排ガスを用いて廃熱の一部を回収する多様な装置が活発に導入されている。   Generally, when operating a ship, energy is consumed mostly by the main engine for propulsion, and about 25% of the fuel required for the operation of the main engine is discarded into the atmosphere as exhaust gas. It is a reality. Therefore, various apparatuses for recovering a part of waste heat using such exhaust gas have been actively introduced.

図1は、従来技術による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。図1を参照すれば、従来技術による船舶用廃熱回収装置は、船舶のエンジン110から排ガスが排出される排気管111に熱回収器(ボイラー)121を設置した後、排ガスの熱を回収(等圧加熱)して高温のスチームを生成して、多様なエネルギー源として使った。   FIG. 1 is a schematic view showing a marine waste heat recovery apparatus according to the prior art. Referring to FIG. 1, a conventional waste heat recovery apparatus for ships recovers heat of exhaust gas after installing a heat recovery device (boiler) 121 in an exhaust pipe 111 from which exhaust gas is discharged from an engine 110 of the ship. Isothermal heating was used to generate high-temperature steam and used as a variety of energy sources.

しかし、このような従来技術による船舶用廃熱回収装置は、単一構成された熱回収器121のみを通じて排ガスの廃熱を回収するようになっているために、熱回収器121を通過しても、依然として高温状態の排ガスの廃熱を回収できず、大気に放出させることによって、エネルギー無駄使いをもたらすなどの問題点を有している。   However, such a waste heat recovery apparatus for a ship according to the prior art recovers waste heat of exhaust gas only through a single heat recovery device 121, and thus passes through the heat recovery device 121. However, the waste heat of the exhaust gas still in a high temperature state cannot be recovered, and there is a problem that energy is wasted by being released to the atmosphere.

また、エンジン自体の発生熱を冷却させるためのクーラーからの熱を回収するための熱回収手段も設けられていない。   There is also no heat recovery means for recovering heat from the cooler for cooling the heat generated by the engine itself.

一方、船舶の運航中に、前記エンジン110の稼動率は変化する。例えば、船舶は、全体運航日数の2/3程度は、エンジン110をフルロード(Full load)で稼動し、残りの運航日数は、エンジン110をフルロードに比べて、低いロードで稼動することができる。このように、エンジン110をフルロードに比べて、低いロードで稼動する場合、排ガスがフルロードである時に比べて、相対的に少なく発生する。   Meanwhile, the operating rate of the engine 110 changes during the operation of the ship. For example, a ship may operate the engine 110 at full load for about 2/3 of the total operation days, and the remaining operation days may operate at a lower load than the engine 110 at full load. it can. As described above, when the engine 110 is operated at a low load compared to the full load, the exhaust gas is generated relatively less than when the exhaust gas is full load.

このような排ガス量の変化は、ランキンサイクルに流入される熱量に変化をもたらし、これは、ランキンサイクルの効率に深刻な影響を及ぼすので、エンジンの排ガスの廃熱を従来よりもさらに多く回収してタービンを駆動させる船舶用廃熱回収装置の開発において、このような点が考慮されて初めてより安定して電気を発生させることができる。   Such a change in the amount of exhaust gas causes a change in the amount of heat that flows into the Rankine cycle, which seriously affects the efficiency of the Rankine cycle, so that more waste heat from the exhaust gas from the engine is recovered than before. In the development of a marine waste heat recovery apparatus for driving a turbine, it is possible to generate electricity more stably only when such a point is taken into consideration.

特開2009−236014号公報JP 2009-236014 A 韓国公開特許第10−2010−0067247号公報Korean Published Patent No. 10-2010-0067247 米国特許第4214450号明細書U.S. Pat. No. 4,214,450 韓国公告特許第10−1982−0000996号公報Korean Published Patent No. 10-1982-0000996

本発明が解決しようとする技術的な課題は、エンジンの排ガスの熱源を最大限回収してタービンを駆動させて、エネルギー(電気)発生能を向上させうる船舶用廃熱回収装置を提供するところにある。   The technical problem to be solved by the present invention is to provide a marine waste heat recovery device capable of improving the energy (electricity) generation capability by recovering the exhaust gas heat source of the engine to the maximum and driving the turbine. It is in.

本発明の実施形態の一側面によれば、エンジンから排出される排ガスから熱を回収して第1冷媒を等圧加熱する熱交換器と、等圧加熱された前記第1冷媒を断熱膨張させて駆動されるタービンと、断熱膨張された前記第1冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された前記第1冷媒を圧縮させて、前記熱交換器で再循環させる熱交換ポンプと、を含む船舶用廃熱回収装置が提供されうる。   According to one aspect of the embodiment of the present invention, a heat exchanger that recovers heat from exhaust gas exhausted from an engine and heats the first refrigerant at a constant pressure, and adiabatic expansion of the first refrigerant that is heated at a constant pressure. And a heat exchanger pump that condenses the first refrigerant that has been adiabatically expanded, and a heat exchange pump that compresses the condensed first refrigerant and recirculates it in the heat exchanger. An industrial waste heat recovery device may be provided.

前記エンジンからの発生熱を冷却させるための複数個のクーラーをさらに含み、前記凝縮された第1冷媒は、前記複数個のクーラーから熱を供給されて、前記熱交換器で再循環されうる。   The system may further include a plurality of coolers for cooling the heat generated from the engine, and the condensed first refrigerant is supplied with heat from the plurality of coolers and recirculated in the heat exchanger.

前記タービンから排出される熱を、前記熱交換器に供給される前記第1冷媒に供給する復熱器をさらに含みうる。   The heat recovery apparatus may further include a recuperator that supplies heat discharged from the turbine to the first refrigerant supplied to the heat exchanger.

前記エンジンから排出される排ガスが通過する排気管で、前記熱交換器の前端に設けられて、前記熱交換器と別途に前記排ガスの熱を回収するための熱回収器をさらに含みうる。   The exhaust pipe through which the exhaust gas discharged from the engine passes may be further provided at the front end of the heat exchanger for recovering the heat of the exhaust gas separately from the heat exchanger.

前記熱回収器から回収された熱を用いて等圧加熱された第2冷媒を断熱膨張させて駆動する補助タービンと、前記断熱膨張された第2冷媒を凝縮させる補助凝縮器と、前記凝縮された第2冷媒を圧縮させて、前記熱回収器で再循環させる補助ポンプと、をさらに含みうる。   An auxiliary turbine that adiabatically expands and drives the second refrigerant that is heated at a constant pressure using heat recovered from the heat recovery unit, an auxiliary condenser that condenses the adiabatic expanded second refrigerant, and the condensed And an auxiliary pump that compresses the second refrigerant and recirculates the second refrigerant with the heat recovery unit.

前記凝縮器に前記凝縮器の冷却媒体である第3冷媒を供給するために、前記凝縮器と連結される凝縮器冷却ラインと、前記凝縮器冷却ライン上に前記第3冷媒を強制循環させるための凝縮器冷却ポンプと、前記第3冷媒と海水との熱交換が行われる海水熱交換器と、前記海水熱交換器に海水を供給するために、前記海水熱交換器と連結される海水ラインと、前記海水ライン上に前記海水を強制循環させるための海水ポンプと、を含みうる。   In order to supply the third refrigerant, which is a cooling medium of the condenser, to the condenser, a condenser cooling line connected to the condenser, and forcibly circulating the third refrigerant on the condenser cooling line A condenser cooling pump, a seawater heat exchanger for exchanging heat between the third refrigerant and seawater, and a seawater line connected to the seawater heat exchanger for supplying seawater to the seawater heat exchanger And a seawater pump for forcibly circulating the seawater on the seawater line.

前記凝縮器に前記凝縮器の冷却媒体である第3冷媒を供給するために、前記凝縮器と連結される凝縮器冷却ラインと、前記凝縮器冷却ライン上に前記第3冷媒を強制循環させるための凝縮器冷却ポンプと、前記第3冷媒と海水との熱交換及び冷却用清水と前記海水との熱交換が行われるメインクーラーと、前記メインクーラーに前記海水を供給するために、前記メインクーラーと連結される海水ラインと、前記海水ライン上に前記海水を強制循環させるための海水ポンプと、を含みうる。   In order to supply the third refrigerant, which is a cooling medium of the condenser, to the condenser, a condenser cooling line connected to the condenser, and forcibly circulating the third refrigerant on the condenser cooling line A condenser cooling pump, a main cooler in which heat is exchanged between the third refrigerant and seawater and cooling fresh water and seawater, and the main cooler is supplied to the main cooler. And a seawater pump for forcibly circulating the seawater on the seawater line.

前記排ガスによって作動するターボチャージャーをさらに含み、前記熱交換器は、前記ターボチャージャーと前記タービンとの間に配されて、前記ターボチャージャーから排出される前記排ガスと前記タービンに供給される前記第1冷媒との熱交換を媒介する熱交換ユニットを含みうる。   And further comprising a turbocharger operated by the exhaust gas, wherein the heat exchanger is disposed between the turbocharger and the turbine, and the exhaust gas discharged from the turbocharger and the first supplied to the turbine. A heat exchange unit that mediates heat exchange with the refrigerant may be included.

前記熱交換器は、前記熱交換ユニットを循環する熱媒介流体の循環のために、少なくとも1個以上の循環ポンプを含みうる。   The heat exchanger may include at least one or more circulation pumps for circulation of the heat mediated fluid circulating through the heat exchange unit.

前記熱交換ユニットは、前記ターボチャージャーから排出された排ガスと前記熱媒介流体との熱交換を実施する第1熱交換部と、前記第1熱交換部から排出された排ガスと前記タービンに供給される第1冷媒とが熱交換する第2熱交換部と、を含みうる。   The heat exchange unit is supplied to the first heat exchange unit that performs heat exchange between the exhaust gas discharged from the turbocharger and the heat-mediated fluid, and the exhaust gas discharged from the first heat exchange unit and the turbine. And a second heat exchange part that exchanges heat with the first refrigerant.

前記熱交換ユニットは、前記第1熱交換部の前端に配され、前記ターボチャージャーから供給される空気と前記熱媒介流体とが熱交換して、前記熱媒介流体を加熱する第3熱交換部をさらに含みうる。   The heat exchanging unit is disposed at a front end of the first heat exchanging unit, and heat supplied from the turbocharger and the heat mediated fluid exchange heat to heat the heat mediated fluid. May further be included.

前記熱交換器は、前記第3熱交換部を経由せず、前記第1熱交換部に前記熱媒介流体をバイパスさせるためのバイパス部をさらに含みうる。   The heat exchanger may further include a bypass unit that causes the first heat exchange unit to bypass the heat transfer fluid without passing through the third heat exchange unit.

前記第1熱交換部から前記第2熱交換部に前記熱媒介流体を流動させるために設けられる第1供給ラインと、前記第2熱交換部から熱交換された前記熱媒介流体を前記第1熱交換部に伝達する第2供給ラインと、両端が前記第1供給ライン及び前記第2供給ラインにそれぞれに連結されて、選択的に前記熱媒介流体を迂回させる迂回ラインと、前記迂回ラインに流動する前記熱媒介流体から前記第1熱交換部で吸収した熱を回収する冷却器と、をさらに含みうる。   A first supply line provided to flow the heat transfer fluid from the first heat exchange unit to the second heat exchange unit; and the heat transfer fluid exchanged from the second heat exchange unit. A second supply line for transmitting to the heat exchanging section, a bypass line that is connected to the first supply line and the second supply line at both ends, and selectively bypasses the heat transfer fluid; and the bypass line And a cooler that recovers heat absorbed by the first heat exchange unit from the flowing heat medium.

内部に海水が流動し、前記冷却器を経由する海水ラインをさらに含みうる。   It may further include a seawater line through which seawater flows and passes through the cooler.

前記冷却器は、前記迂回ライン上に配され、前記迂回ラインに沿って移動する前記熱媒介流体を、外部の海水との熱交換によって冷却させることができる。   The cooler is arranged on the bypass line, and can cool the heat transfer fluid moving along the bypass line by heat exchange with external seawater.

本発明の実施形態は、エンジンの排ガスの熱源を最大限回収して、複数のタービンを駆動させながらも、エネルギー(電気)発生能を向上させることができる。   The embodiment of the present invention can improve the energy (electricity) generation ability while recovering the exhaust gas heat source of the engine to the maximum and driving a plurality of turbines.

また、熱交換器を循環する熱媒介流体の流量を適切に調節することによって、エンジンのロード(load)変化にも拘らず、安定して電気を発生させることができる。   In addition, by appropriately adjusting the flow rate of the heat-mediated fluid circulating through the heat exchanger, it is possible to stably generate electricity regardless of engine load changes.

従来技術による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the waste heat recovery apparatus for ships by a prior art. 本発明の第1実施形態による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the waste heat recovery apparatus for ships by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the waste heat recovery apparatus for ships by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the waste heat recovery apparatus for ships by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the waste heat recovery apparatus for ships by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the waste heat recovery apparatus for ships by 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態による船舶用廃熱回収装置を説明する図面である。It is drawing explaining the waste heat recovery apparatus for ships by 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態による船舶用廃熱回収装置を説明する図面である。It is drawing explaining the waste heat recovery apparatus for ships by 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態による船舶用廃熱回収装置の概略的な構成を示す図面である。It is drawing which shows schematic structure of the waste heat recovery apparatus for ships by 8th Embodiment of this invention. 図9の船舶用廃熱回収装置で廃熱回収ユニットの構成を概略的に示す図面である。10 is a drawing schematically showing a configuration of a waste heat recovery unit in the marine waste heat recovery apparatus of FIG. 9. 図9の船舶用廃熱回収装置で熱媒介流体が迂回ラインに沿って移動する状態を示す図面である。FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the heat transfer fluid moves along a detour line in the marine waste heat recovery apparatus of FIG. 9.

本発明と本発明の動作上の利点、及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施形態を例示する添付図面及び添付図面に記載の内容を参照しなければならない。   For a full understanding of the invention, its operational advantages, and the objectives achieved by the practice of the invention, reference should be made to the accompanying drawings that illustrate preferred embodiments of the invention and the contents described in the accompanying drawings. Must.

以下、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳しく説明する。各図面に付された同じ参照符号は、同じ部材を表わす。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like members.

以下、本発明の実施形態を説明するに当って、“等圧加熱”は、圧力を数学的に、または物理的に完全同一に保持しながら加熱するものではなく、熱力学で使われる用語の“等圧加熱”と理解しなければならない。また、本明細書で記載される“断熱膨張”などの意味も、同様に解釈しなければならない。   In the following description of the embodiments of the present invention, “isobaric heating” is not a term used in thermodynamics to hold a pressure mathematically or physically while keeping it completely the same. It must be understood as “isobaric heating”. Further, the meaning of “adiabatic expansion” and the like described in this specification should be interpreted in the same manner.

図2は、本発明の第1実施形態による船舶用廃熱回収装置を示す概略図である。   FIG. 2 is a schematic view showing a marine waste heat recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図2を参照すれば、本発明の実施形態による船舶用廃熱回収装置は、エンジン10から排出される排ガスから熱を回収して第1冷媒を等圧加熱する熱交換器41と、等圧加熱された第1冷媒を断熱膨張させて駆動されるタービン42と、断熱膨張された第1冷媒を凝縮させる凝縮器43と、凝縮された第1冷媒を圧縮させて熱交換器41で再循環させる熱交換ポンプ44と、エンジン10から排出される排ガスが通過する排気管11上の熱交換器41の前端に設けられて、熱交換器41と別途に排ガスの熱を回収するための熱回収器31と、を含む。   Referring to FIG. 2, the marine waste heat recovery apparatus according to the embodiment of the present invention includes a heat exchanger 41 that recovers heat from exhaust gas discharged from the engine 10 and heats the first refrigerant at an equal pressure, and an isobaric pressure. A turbine 42 that is driven by adiabatic expansion of the heated first refrigerant, a condenser 43 that condenses the adiabatically expanded first refrigerant, and the condensed first refrigerant is compressed and recirculated by the heat exchanger 41. The heat recovery pump 44 is provided at a front end of the heat exchanger 41 on the exhaust pipe 11 through which the exhaust gas discharged from the engine 10 and the exhaust gas discharged from the engine 10 pass and recovers heat of the exhaust gas separately from the heat exchanger 41 Instrument 31.

本実施形態では、排ガスが排出されるエンジン10の排気管11に設置した熱回収器31を通じて排ガスの熱を回収してスチームを発生させた後、多様なエネルギー源として活用すると同時に、熱回収器31の後端の排気管11に熱交換器41をさらに設置し、その熱交換器41で回収した熱を用いて駆動されるタービン42と、そのタービン42の第1冷媒を凝縮させる凝縮器43と、凝縮された凝縮水(第1冷媒)を圧縮させる熱交換ポンプ44と、を設けることによって、排ガスの廃熱をさらに回収可能にしている。ここで、第1冷媒は、有機化合物、すなわち、アンモニア、C2H6、C7H8、C8H16、R11、R113、R12、R123、R134a、R245faのうち何れか1つが使われる。   In the present embodiment, the heat of the exhaust gas is recovered through the heat recovery unit 31 installed in the exhaust pipe 11 of the engine 10 from which the exhaust gas is exhausted to generate steam, and then used as a variety of energy sources, and at the same time, the heat recovery unit A heat exchanger 41 is further installed in the exhaust pipe 11 at the rear end of the turbine 31, and a turbine 42 driven by using heat recovered by the heat exchanger 41 and a condenser 43 that condenses the first refrigerant of the turbine 42. And a heat exchange pump 44 that compresses condensed condensed water (first refrigerant), thereby making it possible to further recover the waste heat of the exhaust gas. Here, the first refrigerant is an organic compound, that is, any one of ammonia, C2H6, C7H8, C8H16, R11, R113, R12, R123, R134a, and R245fa.

しかし、本発明の権利範囲が、これに限定されず、もし、第1冷媒が、高温の排ガスから廃熱を回収できるならば、熱回収器31は、省略され、また、第1冷媒も、有機化合物ではない他の冷却媒体が使われることもある。   However, the scope of the right of the present invention is not limited to this, and if the first refrigerant can recover waste heat from the high-temperature exhaust gas, the heat recovery unit 31 is omitted, and the first refrigerant is also Other cooling media that are not organic compounds may be used.

一方、本発明の実施形態による船舶用廃熱回収装置は、熱交換器41に供給される第1冷媒にタービン42から排出された廃熱を供給するための復熱器45をさらに含む。これにより、タービン42から排出された廃熱を供給された第1冷媒が熱交換器41に供給されることによって、効率がさらに良くなるようにしている。   Meanwhile, the marine waste heat recovery apparatus according to the embodiment of the present invention further includes a recuperator 45 for supplying waste heat discharged from the turbine 42 to the first refrigerant supplied to the heat exchanger 41. Thus, the efficiency is further improved by supplying the first refrigerant supplied with the waste heat discharged from the turbine 42 to the heat exchanger 41.

また、エンジン10には、エンジン自体から発生する熱を冷却させるための複数のクーラー、すなわち、オイルクーラー12、エアクーラー13、ジャケットクーラー14が設けられるが、本発明の実施形態による船舶用廃熱回収装置の効率をさらに向上させるために、熱交換ポンプ44を通じて圧縮された第1冷媒が複数のクーラー12、13、14から熱を供給されて、熱交換器41で再循環されるように構成している。   Further, the engine 10 is provided with a plurality of coolers for cooling the heat generated from the engine itself, that is, an oil cooler 12, an air cooler 13, and a jacket cooler 14. The waste heat for ships according to the embodiment of the present invention. In order to further improve the efficiency of the recovery device, the first refrigerant compressed through the heat exchange pump 44 is supplied with heat from the plurality of coolers 12, 13, 14 and recirculated in the heat exchanger 41. doing.

一方、凝縮器43で使われる冷却媒体としては、海水が使われ、凝縮器43に海水を供給するために、凝縮器43と連結される冷却ライン51、及びその冷却ライン51上に海水を強制循環させるための冷却ポンプ52がさらに設けられる。   On the other hand, seawater is used as a cooling medium used in the condenser 43, and in order to supply seawater to the condenser 43, seawater is forced on the cooling line 51 connected to the condenser 43 and the cooling line 51. A cooling pump 52 is further provided for circulation.

以下、本発明の第1実施形態である船舶用廃熱回収装置の作動過程について説明すれば、次の通りである。   Hereinafter, an operation process of the marine waste heat recovery apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described as follows.

まず、熱回収器31を通じて排ガスの熱を回収(等圧加熱)して過熱蒸気を発生させて、多様なエネルギー源として使い、次いで、熱交換器41では、熱回収器31を経た排ガスの熱を再び回収(等圧加熱)して第1冷媒を過熱蒸気の状態にし、その次に、タービン42で第1冷媒が断熱膨張されながら、タービン42を駆動させ、タービン42から排出されたガス(第1冷媒)は、凝縮器43で冷却媒体によって等圧冷却されて、飽和水(第1冷媒)になった後、熱交換ポンプ44で断熱圧縮されて、再び熱交換器41に供給されて、蒸発される過程を繰り返しながら、排ガスの廃熱を最大限回収してタービン42を駆動させる。   First, the heat of the exhaust gas is recovered (isobaric heating) through the heat recovery device 31 to generate superheated steam and used as various energy sources, and then in the heat exchanger 41, the heat of the exhaust gas that has passed through the heat recovery device 31. Is recovered (isobaric heating) to bring the first refrigerant into a superheated steam state, and then the turbine 42 is driven while the first refrigerant is adiabatically expanded in the turbine 42, and the gas discharged from the turbine 42 ( The first refrigerant) is cooled at the same pressure by the cooling medium in the condenser 43 to become saturated water (first refrigerant), is adiabatically compressed by the heat exchange pump 44, and is supplied to the heat exchanger 41 again. The turbine 42 is driven by recovering the waste heat of the exhaust gas to the maximum while repeating the evaporation process.

この際、熱交換ポンプ44を通じて圧縮された第1冷媒は、複数のクーラー、すなわち、オイルクーラー12、エアクーラー13、及びジャケットクーラー14から熱を供給された後、再び復熱器45からタービン42から排出された廃熱を供給されて、熱交換器41に供給されることによって、効率がさらに向上する。   At this time, the first refrigerant compressed through the heat exchange pump 44 is supplied with heat from a plurality of coolers, that is, the oil cooler 12, the air cooler 13, and the jacket cooler 14, and then again from the recuperator 45 to the turbine 42. The efficiency is further improved by being supplied with the waste heat discharged from and supplied to the heat exchanger 41.

前述したように、本実施形態では、熱回収器31が設けられているが、熱交換器41に使われる第1冷媒が、本実施形態の熱回収器31で使われる冷媒のように高温の排ガスの熱を回収できるならば、この場合、熱回収器31は省略されることもある。   As described above, in the present embodiment, the heat recovery device 31 is provided. However, the first refrigerant used in the heat exchanger 41 is not as hot as the refrigerant used in the heat recovery device 31 of the present embodiment. In this case, the heat recovery unit 31 may be omitted if the heat of the exhaust gas can be recovered.

図3は、本発明の第2実施形態による船舶用廃熱回収装置の構成を示す図面である。   FIG. 3 is a view illustrating a configuration of a marine waste heat recovery apparatus according to a second embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1実施形態と比較する時に、一部の構成において、差があり、他の構成においては、図2の第1実施形態の構成と同一なので、以下、本実施形態の差異点がある構成についてのみ説明する。   The present embodiment has a difference in some configurations when compared with the first embodiment, and the other configurations are the same as the configuration of the first embodiment in FIG. Only the configuration with points will be described.

図3を参照すれば、本発明の第2実施形態による船舶用廃熱回収装置は、熱回収器31の後端の排気管11に熱交換器41を設置し、その熱交換器41から回収された熱を用いて駆動されるタービン42と、そのタービン42のガス(第1冷媒)を凝縮させる凝縮器43、及び凝縮された凝縮水(第1冷媒)を圧縮させる熱交換ポンプ44を設けて、排ガスの廃熱をさらに回収する前述した第1実施形態と同一のサイクル外に、排ガスが排出されるエンジン10の排気管11に設置した熱回収器31を通じて排ガスの熱を回収して補助タービン32を駆動させた後、補助凝縮器33で第2冷媒が凝縮され、該凝縮された第2冷媒は、補助ポンプ34で圧縮されて、再び熱回収器31に供給される過程を繰り返しながら、排ガスの廃熱を持続的に回収することによって、補助タービン32を駆動させるサイクルがさらに追加される。   Referring to FIG. 3, in the waste heat recovery apparatus for a ship according to the second embodiment of the present invention, a heat exchanger 41 is installed in the exhaust pipe 11 at the rear end of the heat recovery device 31 and recovered from the heat exchanger 41. A turbine 42 driven using the generated heat, a condenser 43 that condenses the gas (first refrigerant) of the turbine 42, and a heat exchange pump 44 that compresses the condensed condensed water (first refrigerant). In addition, the waste heat of the exhaust gas is further recovered outside the same cycle as in the first embodiment described above, and the heat of the exhaust gas is recovered through a heat recovery device 31 installed in the exhaust pipe 11 of the engine 10 from which the exhaust gas is discharged. After the turbine 32 is driven, the second refrigerant is condensed by the auxiliary condenser 33, and the condensed second refrigerant is compressed by the auxiliary pump 34 and is supplied to the heat recovery device 31 again. Sustained waste heat from exhaust gas By recovering, the cycle to drive the auxiliary turbine 32 is further added.

このような構成による本発明の第2実施形態である船舶用廃熱回収装置の作動過程を説明すれば、次の通りである。   The operation process of the waste heat recovery apparatus for marine vessels according to the second embodiment of the present invention having such a configuration will be described as follows.

まず、熱回収器31で排ガスの熱を回収(等圧加熱)して第2冷媒を過熱蒸気の状態にし、次いで、補助タービン32で第2冷媒が断熱膨張されながら、補助タービン32を駆動させ、補助タービン32から排出された第2冷媒は、次いで、第1凝縮器33で冷却媒体(海水)によって等圧冷却されて、飽和水になった後、補助ポンプ34で断熱圧縮されて、再び熱回収器31に供給されて、蒸発される過程を繰り返しながら、排ガスの廃熱を持続的に回収して補助タービン32を駆動させる。   First, the heat recovery unit 31 recovers the heat of the exhaust gas (isobaric heating) to bring the second refrigerant into a superheated steam state, and then the auxiliary turbine 32 is driven while the second refrigerant is adiabatically expanded by the auxiliary turbine 32. The second refrigerant discharged from the auxiliary turbine 32 is then cooled at the same pressure by the cooling medium (seawater) in the first condenser 33 to become saturated water, and then adiabatically compressed by the auxiliary pump 34, and again. While repeating the process of being supplied to the heat recovery unit 31 and being evaporated, the waste heat of the exhaust gas is continuously recovered to drive the auxiliary turbine 32.

そして、それと同時に、熱交換器41では、熱回収器31を経た排ガスの熱を再び回収(等圧加熱)して第1冷媒を過熱蒸気の状態にし、その次の段階であるタービン42で第1冷媒が断熱膨張されながら、そのタービン42を駆動させ、そのタービン42から排出されたガス(第1冷媒)は、その次の段階である凝縮器43で冷却水によって等圧冷却されて、飽和水になった後、その次の段階である熱交換ポンプ44で断熱圧縮されて、再び熱交換器41に供給されて、蒸発される過程を繰り返しながら、排ガスの廃熱を最大限回収してタービン42を駆動させる。   At the same time, in the heat exchanger 41, the heat of the exhaust gas that has passed through the heat recovery device 31 is recovered again (isobaric heating), and the first refrigerant is changed to a superheated steam state. While the refrigerant is adiabatically expanded, the turbine 42 is driven, and the gas (first refrigerant) discharged from the turbine 42 is cooled at the same pressure by the cooling water in the condenser 43, which is the next stage, and saturated. After it becomes water, it is adiabatically compressed by the heat exchange pump 44, which is the next stage, and is supplied again to the heat exchanger 41, and the waste heat of the exhaust gas is recovered to the maximum while repeating the evaporation process. The turbine 42 is driven.

また、熱交換ポンプ44を通じて圧縮された第1冷媒は、複数のクーラー、すなわち、オイルクーラー12、エアクーラー13、及びジャケットクーラー14から熱を供給された後、再び復熱器45を通じてタービン42から排出された廃熱を供給された後、熱交換器41に供給されることによって、さらに効率が向上する。   The first refrigerant compressed through the heat exchange pump 44 is supplied with heat from a plurality of coolers, that is, the oil cooler 12, the air cooler 13, and the jacket cooler 14, and then again from the turbine 42 through the recuperator 45. After the exhausted waste heat is supplied, the efficiency is further improved by being supplied to the heat exchanger 41.

このように、本発明の実施形態は、従来の船舶用廃熱回収装置とは異なって、熱交換器41とタービン42とを設けて、船舶のエンジン10から排出される排ガスの熱、すなわち、廃熱を熱回収器31を通じて1次的に回収して補助タービン32を駆動させ、再び熱交換器41を通じて2次的に廃熱を回収してタービン42を駆動させることによって、基本的にエンジン10の排ガスの熱源を最大限回収して、複数のタービン32、42を駆動させながらも、エネルギー(電気)発生能を向上させることができる。   As described above, the embodiment of the present invention is different from the conventional marine waste heat recovery apparatus in that the heat exchanger 41 and the turbine 42 are provided, and the heat of the exhaust gas discharged from the marine engine 10, that is, The waste heat is primarily recovered through the heat recovery unit 31 and the auxiliary turbine 32 is driven, and the waste heat is secondarily recovered again through the heat exchanger 41 and the turbine 42 is driven, so that basically the engine. It is possible to improve the energy (electricity) generation capability while recovering the maximum 10 exhaust gas heat sources and driving the turbines 32 and 42.

また、それに加えて、複数のクーラー12、13、14からも第1冷媒は、熱を回収した後、熱交換器41に供給させるだけではなく、タービン42から排出された廃熱を用いて復熱器45でも熱交換器41に供給される第1冷媒に熱を供給することによって、効率の向上を図っている。   In addition to this, the first refrigerant also recovers heat from the plurality of coolers 12, 13, and 14 by not only supplying the heat to the heat exchanger 41 but also using the waste heat exhausted from the turbine 42. The heater 45 also improves efficiency by supplying heat to the first refrigerant supplied to the heat exchanger 41.

図4は、本発明の第3実施形態による船舶用廃熱回収装置の構成を示す図面である。   FIG. 4 is a view showing a configuration of a marine waste heat recovery apparatus according to a third embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1実施形態と比較する時に、一部の構成において、差があり、他の構成においては、図2の第1実施形態の構成と同一なので、以下、本実施形態の差異点がある構成についてのみ説明する。   The present embodiment has a difference in some configurations when compared with the first embodiment, and the other configurations are the same as the configuration of the first embodiment in FIG. Only the configuration with points will be described.

図4を参照すれば、本発明の第3実施形態による廃熱回収装置は、エンジン10からの発生熱を冷却させるためのジャケットクーラー14を含み、凝縮された第1冷媒は、ジャケットクーラー14から熱を供給されて、熱交換器41で再循環する。すなわち、本実施形態では、第1実施形態とは異なって、熱交換ポンプ44を通じて圧縮された第1冷媒がジャケットクーラー14のみから熱を供給されて、熱交換器41に供給させている。これは、オイルクーラー12、エアクーラー13に比べて、ジャケットクーラー14から相対的に多くの熱を供給されることができるために、オイルクーラー12及びエアクーラー13を経るラインを省略して、第1実施形態に比べて、全体サイクルを単純化させることができながらも、効率面では、第1実施形態に比べて、大きな低下がないという長所がある。   Referring to FIG. 4, the waste heat recovery apparatus according to the third embodiment of the present invention includes a jacket cooler 14 for cooling heat generated from the engine 10, and the condensed first refrigerant is supplied from the jacket cooler 14. Heat is supplied and recirculated in the heat exchanger 41. That is, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the first refrigerant compressed through the heat exchange pump 44 is supplied with heat only from the jacket cooler 14 and supplied to the heat exchanger 41. Compared to the oil cooler 12 and the air cooler 13, relatively much heat can be supplied from the jacket cooler 14, so the line passing through the oil cooler 12 and the air cooler 13 is omitted. Although the overall cycle can be simplified as compared with the first embodiment, there is an advantage that there is no significant decrease in efficiency compared with the first embodiment.

図5は、本発明の第4実施形態による船舶用廃熱回収装置の構成を示す図面である。   FIG. 5 is a view showing a configuration of a marine waste heat recovery apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1実施形態と比較する時に、一部の構成において、差があり、他の構成においては、図2の第1実施形態の構成と同一なので、以下、本実施形態の差異点がある構成についてのみ説明する。   The present embodiment has a difference in some configurations when compared with the first embodiment, and the other configurations are the same as the configuration of the first embodiment in FIG. Only the configuration with points will be described.

図5を参照すれば、本発明の第4実施形態による廃熱回収装置の凝縮器43は、冷却媒体として第3冷媒を使い、第3冷媒は、海水と熱交換する。   Referring to FIG. 5, the condenser 43 of the waste heat recovery apparatus according to the fourth embodiment of the present invention uses a third refrigerant as a cooling medium, and the third refrigerant exchanges heat with seawater.

より詳しく説明すれば、凝縮器43に第3冷媒を供給するために、凝縮器43と連結される凝縮器冷却ライン61と、凝縮器冷却ライン61上に第3冷媒を強制循環させるための凝縮器冷却ポンプ62と、第3冷媒と海水との熱交換が行われる海水熱交換器63と、海水熱交換器63に海水を供給するために、海水熱交換器63と連結される海水ライン64と、海水ライン64に海水を強制循環させるための海水ポンプ65と、を含む。   More specifically, in order to supply the third refrigerant to the condenser 43, a condenser cooling line 61 connected to the condenser 43, and a condensation for forcibly circulating the third refrigerant on the condenser cooling line 61. Water pump 63, seawater heat exchanger 63 in which heat is exchanged between the third refrigerant and seawater, and seawater line 64 connected to seawater heat exchanger 63 in order to supply seawater to seawater heat exchanger 63. And a seawater pump 65 for forcibly circulating the seawater in the seawater line 64.

すなわち、凝縮器43の冷却が海水によってなされる場合、凝縮器43などに腐蝕が発生する恐れがあるので、これを防止するために、別途の凝縮器冷却ライン61を備えて、間接的に海水と凝縮器43を熱交換させる。   That is, when the condenser 43 is cooled by seawater, the condenser 43 and the like may be corroded. To prevent this, a separate condenser cooling line 61 is provided and the seawater indirectly. And the condenser 43 are heat exchanged.

図6は、本発明の第5実施形態による船舶用廃熱回収装置の構成を示す図面である。   FIG. 6 is a view showing a configuration of a marine waste heat recovery apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1実施形態と比較する時に、一部の構成において、差があり、他の構成においては、図2の第1実施形態の構成と同一なので、以下、本実施形態の差異点がある構成についてのみ説明する。   The present embodiment has a difference in some configurations when compared with the first embodiment, and the other configurations are the same as the configuration of the first embodiment in FIG. Only the configuration with points will be described.

図6を参照すれば、本発明の第5実施形態による廃熱回収装置は、凝縮器43に第3冷媒を供給するために、凝縮器43と連結される凝縮器冷却ライン61と、前記凝縮器冷却ライン61に第3冷媒を強制循環させるための凝縮器冷却ポンプ62と、第3冷媒と海水との熱交換及び冷却用清水と海水との熱交換が行われるメインクーラー71と、メインクーラー71に海水を供給するために、メインクーラー71と連結される海水ライン64と、海水ライン64に前記海水を強制循環させるための海水ポンプ65と、を含む。   Referring to FIG. 6, a waste heat recovery apparatus according to a fifth embodiment of the present invention includes a condenser cooling line 61 connected to the condenser 43 to supply the third refrigerant to the condenser 43, and the condensation. A condenser cooling pump 62 for forcibly circulating the third refrigerant in the condenser cooling line 61, a main cooler 71 for performing heat exchange between the third refrigerant and seawater, and heat exchange between the cooling fresh water and seawater, and a main cooler In order to supply seawater to 71, a seawater line 64 connected to the main cooler 71 and a seawater pump 65 for forcibly circulating the seawater in the seawater line 64 are included.

メインクーラー71は、船舶内の装置を冷却させるための冷却用清水(freshwater)と海水とが熱交換される所を言い、冷却用清水は、清水ライン81と清水ポンプ(図示せず)とを通じて供給される。   The main cooler 71 is a place where heat is exchanged between the fresh water for cooling and the seawater for cooling the device in the ship. The fresh water for cooling passes through the fresh water line 81 and a fresh water pump (not shown). Supplied.

メインクーラー71で凝縮器43を冷却させる第3冷媒と海水とが熱交換されることによって、凝縮器43と海水が間接的に熱交換されるために、凝縮器43などに海水による腐蝕を防止できるという長所がある。   Since the third refrigerant that cools the condenser 43 by the main cooler 71 and the seawater are heat-exchanged, the condenser 43 and the seawater are indirectly heat-exchanged. There is an advantage that you can.

図7は、本発明の第6実施形態による船舶用廃熱回収装置を説明する図面である。   FIG. 7 is a view illustrating a marine waste heat recovery apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

本実施形態は、第1実施形態と比較する時に、一部の構成において、差があり、他の構成においては、図2の第1実施形態の構成と同一なので、以下、差異点を中心に説明し、同じ部分に対しては、第1実施形態の説明と図面符号とを援用する。   The present embodiment has a difference in some configurations when compared with the first embodiment, and the other configurations are the same as the configuration of the first embodiment in FIG. The explanation and the reference numerals of the first embodiment are used for the same parts.

図7を参照すれば、本発明の第6実施形態による船舶用廃熱回収装置は、第1実施形態のように、船舶の推進力を発生させるエンジン10の排ガスをエネルギー源として動作する。   Referring to FIG. 7, the marine waste heat recovery apparatus according to the sixth embodiment of the present invention operates using the exhaust gas of the engine 10 that generates the propulsive force of the marine vessel as an energy source, as in the first embodiment.

より詳細に説明すれば、エンジン10から排出された排ガスは、約240℃〜250℃の温度範囲よりも高い温度でターボチャージャー15に流入され、ターボチャージャー15から排出される排ガスは、約240℃〜250℃の温度範囲を有する。エンジン10から排出される排ガスは、高圧状態であり、排ガスは、ターボチャージャー15に備えられたブレード(図示せず)を回転させる。   More specifically, the exhaust gas discharged from the engine 10 flows into the turbocharger 15 at a temperature higher than the temperature range of about 240 ° C. to 250 ° C., and the exhaust gas discharged from the turbocharger 15 is about 240 ° C. It has a temperature range of ~ 250 ° C. The exhaust gas discharged from the engine 10 is in a high pressure state, and the exhaust gas rotates a blade (not shown) provided in the turbocharger 15.

それと同時に、ターボチャージャー15には、外部空気が流入されるが、ターボチャージャー15に流入された外部空気は、ターボチャージャー15に供給された排ガスによって回転するブレード(図示せず)によって圧縮される。この過程で、外部空気は温度が高くなる。   At the same time, external air flows into the turbocharger 15, and the external air that flows into the turbocharger 15 is compressed by blades (not shown) that are rotated by the exhaust gas supplied to the turbocharger 15. In this process, the temperature of the external air becomes high.

ターボチャージャー15から排出された排ガスは、熱交換器41に備えられた熱交換ユニット70に供給され、このような排ガスは、熱交換ユニット70に設けられた多数個の熱交換部のうちから第1熱交換部70aに供給されうる。   The exhaust gas discharged from the turbocharger 15 is supplied to the heat exchange unit 70 provided in the heat exchanger 41, and such exhaust gas is the first among the multiple heat exchange units provided in the heat exchange unit 70. 1 It can be supplied to the heat exchange unit 70a.

一方、熱交換器41は、内部に熱媒介流体が連続して循環可能になるように、配管が設けられうる。   On the other hand, the heat exchanger 41 may be provided with a pipe so that the heat transfer fluid can be continuously circulated therein.

熱媒介流体は、排ガスとの熱交換を通じて所定の温度に加熱されて、熱交換器41の配置経路に沿って循環されうる。   The heat transfer fluid can be heated to a predetermined temperature through heat exchange with the exhaust gas and circulated along the arrangement path of the heat exchanger 41.

本実施形態では、熱媒介流体に対して特に限定しないが、高温の排ガスによって酸化せず、初期の物理的な粘性が安定して保持されることが望ましい。例えば、熱媒介流体は、水または熱媒体油(thermal oil)であり得る。   In the present embodiment, although not particularly limited to the heat transfer fluid, it is desirable that the initial physical viscosity is stably maintained without being oxidized by the high temperature exhaust gas. For example, the heat transfer fluid can be water or a thermal oil.

第1熱交換部70aは、排ガスとの熱交換を通じて熱媒介流体に熱を供給することができる。   The first heat exchange unit 70a can supply heat to the heat transfer fluid through heat exchange with the exhaust gas.

それと同時に、ターボチャージャー15に流入された外部空気は、所定の温度に加熱された後、第3熱交換部71cに移動することができる。   At the same time, the external air flowing into the turbocharger 15 can be moved to the third heat exchanging part 71c after being heated to a predetermined temperature.

このような第3熱交換部71cは、ターボチャージャー15から加熱された外部空気と熱交換器41の内部に沿って循環される熱媒介流体とを熱交換させて、熱媒介流体を加熱することができる。   The third heat exchange unit 71c heats the heat medium fluid by exchanging heat between the external air heated from the turbocharger 15 and the heat medium fluid circulated along the inside of the heat exchanger 41. Can do.

すなわち、熱媒介流体は、第1熱交換部70aに移動する以前に第3熱交換部71cで所定の温度に加熱され、次いで、第1熱交換部70aでターボチャージャー15から供給された排ガスによって再び加熱されうる。   That is, the heat transfer fluid is heated to a predetermined temperature in the third heat exchanging part 71c before moving to the first heat exchanging part 70a, and then the exhaust gas supplied from the turbocharger 15 in the first heat exchanging part 70a. It can be heated again.

第3熱交換部71cから排出される空気は、海水によって冷却された後、エンジン10に供給されうる。   The air discharged from the third heat exchange unit 71c can be supplied to the engine 10 after being cooled by seawater.

第1熱交換部70aは、熱媒介流体とターボチャージャー15から排出された排ガスを熱交換させることによって、熱媒介流体を加熱させ、前述した第3熱交換部71cに比べて、相対的に大きな熱交換面積を有するように設けられうる。   The first heat exchange unit 70a heats the heat transfer fluid by exchanging heat between the heat transfer fluid and the exhaust gas discharged from the turbocharger 15, and is relatively larger than the third heat exchange unit 71c described above. It may be provided to have a heat exchange area.

第2熱交換部70bは、第1熱交換部70aから供給される熱媒介流体とタービン200を駆動する第1冷媒とを熱交換させて、第1冷媒を加熱する。すなわち、第2熱交換部70bで熱媒介流体が有する熱エネルギーが第1冷媒に伝達される。   The second heat exchange unit 70 b heats the first refrigerant by exchanging heat between the heat-mediated fluid supplied from the first heat exchange unit 70 a and the first refrigerant that drives the turbine 200. That is, the heat energy of the heat transfer fluid is transmitted to the first refrigerant in the second heat exchange unit 70b.

本実施形態で、第1冷媒は、有機冷媒が使われ、有機冷媒は、有機混合物(organic compound)が使われる。また、第1冷媒は、沸騰点が低くて、低温でも気化が安定してなされ、タービン200の内部で蒸気状態にブレードを回転作動させるものが使われる。   In the present embodiment, the first refrigerant is an organic refrigerant, and the organic refrigerant is an organic compound. Further, the first refrigerant has a low boiling point and is stably vaporized even at a low temperature, and is used to rotate the blade in a vapor state inside the turbine 200.

このような第1冷媒としては、主にフレオン(freon)系の冷媒と、プロパン(propane)などの炭化水素系(hydro carbon series)物質とが使われる。例えば、前記第1冷媒としては、比較的低熱源(400℃以下)で使われやすいR134a、R245fa、R236、R401、R404のうち何れか1つであり得る。   As the first refrigerant, a freon refrigerant and a hydrocarbon substance such as propane are mainly used. For example, the first refrigerant may be any one of R134a, R245fa, R236, R401, and R404 that are easily used with a relatively low heat source (400 ° C. or lower).

このような特性を有する第1冷媒は、前記第2熱交換部70bで熱を吸収して気化され、タービン42に供給される。   The first refrigerant having such characteristics is vaporized by absorbing heat in the second heat exchanging portion 70 b and supplied to the turbine 42.

タービン42は、第1冷媒をエネルギー源として発電機(G、Generator)を駆動することによって、電気を発生させる。   The turbine 42 generates electricity by driving a generator (G, Generator) using the first refrigerant as an energy source.

第1冷媒は、タービン42を経由して復熱器45に移動し、復熱器45を経由した第1冷媒は、海水と熱交換が行われる凝縮器43で液化され、ポンプ44を通じてポンピングされて、復熱器45に循環供給されうる。   The first refrigerant moves to the recuperator 45 through the turbine 42, and the first refrigerant that has passed through the recuperator 45 is liquefied by the condenser 43 that exchanges heat with seawater and pumped through the pump 44. Thus, the recuperator 45 can be circulated and supplied.

第1冷媒は、復熱器45を経由して第2熱交換部70bに供給されうる。   The first refrigerant can be supplied to the second heat exchange unit 70b via the recuperator 45.

以下、本実施形態による熱交換器41について詳しく説明する。   Hereinafter, the heat exchanger 41 according to the present embodiment will be described in detail.

前述した熱交換部70、すなわち、第1熱交換部70a、第2熱交換部70b、及び第3熱交換部71cは、直列に配され、熱交換器41内で熱媒介流体が循環されるように少なくとも1個以上の循環ポンプ72が設けられうる。   The heat exchanging unit 70 described above, that is, the first heat exchanging unit 70a, the second heat exchanging unit 70b, and the third heat exchanging unit 71c are arranged in series, and the heat transfer fluid is circulated in the heat exchanger 41. As described above, at least one circulation pump 72 may be provided.

循環ポンプ72は、第3熱交換部71cの前端に配されうるが、本発明の権利範囲が、これに限定されるものではない。   The circulation pump 72 can be arranged at the front end of the third heat exchange part 71c, but the scope of rights of the present invention is not limited to this.

熱交換器41は、熱交換部70、すなわち、第1熱交換部70a、第2熱交換部70b、及び第3熱交換部70cを経由した熱媒介流体が一時的に貯蔵される貯蔵部73をさらに含みうる。貯蔵部73には、熱媒介流体の不足を防止するために、熱交換器41を循環する熱媒介流体の流量よりもさらに多い熱媒介流体が貯蔵されうる。   The heat exchanger 41 includes a heat exchange unit 70, that is, a storage unit 73 that temporarily stores a heat transfer fluid that has passed through the first heat exchange unit 70a, the second heat exchange unit 70b, and the third heat exchange unit 70c. May further be included. The storage unit 73 can store more heat medium fluid than the flow rate of the heat medium fluid circulating through the heat exchanger 41 in order to prevent the heat medium fluid from being insufficient.

第2熱交換部70bを経由した熱媒介流体は、貯蔵部73で一時的に貯蔵されてから、循環ポンプ72によってポンピングされて、第3熱交換部70cに移動供給されうる。   The heat transfer fluid that has passed through the second heat exchange unit 70b can be temporarily stored in the storage unit 73, then pumped by the circulation pump 72, and transferred to the third heat exchange unit 70c.

また、熱交換器41は、循環ポンプ72を経由した熱媒介流体が第3熱交換部70cを経由せず、第1熱交換部70aにバイパスさせるためのバイパス部74をさらに含みうる。   In addition, the heat exchanger 41 may further include a bypass unit 74 for allowing the heat transfer fluid passing through the circulation pump 72 to bypass the first heat exchange unit 70a without passing through the third heat exchange unit 70c.

バイパス部74は、バイパス管74aと、熱媒介流体をバイパス管74aに供給するか、第3熱交換部70cに供給する第1弁74bと、バイパス管74aを経た熱媒介流体をメイン流路に合流させる第2弁74cと、を含みうる。   The bypass part 74 supplies the bypass pipe 74a, the heat transfer fluid to the bypass pipe 74a, or the first valve 74b supplied to the third heat exchange part 70c, and the heat transfer fluid passed through the bypass pipe 74a as the main flow path. And a second valve 74c to be merged.

第1弁74bは、熱媒介流体の一部または全部がバイパス管74aに移動するように流れを調節し、同様に、第3熱交換部70cに供給される熱媒介流体の流量を調節することもできる。ここで、第1弁74bは、バイパス管74a及び第3熱交換部70cに供給される熱媒介流体の流量を調節することができるものであって、流量調節手段とも呼ばれる。   The first valve 74b adjusts the flow so that part or all of the heat transfer fluid moves to the bypass pipe 74a, and similarly adjusts the flow rate of the heat transfer fluid supplied to the third heat exchange unit 70c. You can also. Here, the first valve 74b can adjust the flow rate of the heat transfer fluid supplied to the bypass pipe 74a and the third heat exchange unit 70c, and is also referred to as a flow rate adjusting unit.

また、第2弁74cは、バイパス管74aを経由した熱媒介流体が第3熱交換部70cに流れないように調節することができる。   Further, the second valve 74c can be adjusted so that the heat-mediated fluid that has passed through the bypass pipe 74a does not flow to the third heat exchange unit 70c.

本実施形態では、第1弁74b及び第2弁74cが、3方向弁からなるものを例として説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではない。例えば、第1弁74bの代わりに、バイパス管74aに設けられる弁と第3熱交換部70cの前端に設けられる弁とを設けることもあり、バイパス管74a及び第3熱交換部70cに流入される流量の調節は、それぞれの弁の同時制御によって達成されうる。   In the present embodiment, the first valve 74b and the second valve 74c are described as an example of a three-way valve. However, the scope of rights of the present invention is not limited to this. For example, instead of the first valve 74b, a valve provided in the bypass pipe 74a and a valve provided at the front end of the third heat exchange part 70c may be provided, and the valve is introduced into the bypass pipe 74a and the third heat exchange part 70c. The adjustment of the flow rate can be achieved by simultaneous control of the respective valves.

第1弁74bと第2弁74cは、エンジン10がフルロードで作動する場合には、熱媒介流体がバイパス部74を通じて第3熱交換部70cを経由せず、第1熱交換部70aに流入されるように調節し、エンジン10がフルロードで作動しない場合には、熱媒介流体の一部または全部が第3熱交換部70cを経由し、第1熱交換部70aに流入されるように調節することができる。   In the first valve 74b and the second valve 74c, when the engine 10 operates at full load, the heat transfer fluid does not pass through the third heat exchange part 70c through the bypass part 74 and flows into the first heat exchange part 70a. If the engine 10 does not operate at full load, a part or all of the heat transfer fluid flows through the third heat exchange part 70c and flows into the first heat exchange part 70a. Can be adjusted.

このような構成によって、本発明の第6実施形態による船舶用廃熱回収装置の作動について図7を参照して説明する。   With this configuration, the operation of the waste heat recovery apparatus for marine vessels according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

船舶の運航時に、エンジン10は、大きくフルロード状態とフルロードではない状態とに駆動されうる。ここで、フルロード状態は、エンジンが100%の負荷に稼動される状態だけではなく、これと類似した負荷に稼動されて、熱媒介流体に十分な熱量を供給することができる状態を意味する。   During the operation of the ship, the engine 10 can be largely driven into a full load state and a non-full load state. Here, the full load state means not only a state where the engine is operated at 100% load but also a state where the engine can be operated at a similar load to supply a sufficient amount of heat to the heat transfer fluid. .

まず、フルロード状態である場合を説明すれば、ターボチャージャー15から排出される排ガスは、第1熱交換部70aに供給されて、熱交換器41を循環する熱媒介流体を加熱する。   First, in the case of a full load state, the exhaust gas discharged from the turbocharger 15 is supplied to the first heat exchange unit 70a to heat the heat-mediated fluid circulating in the heat exchanger 41.

エンジン10がフルロードで稼動される場合には、エンジン10から排出される排ガスに十分に多い熱量が含まれているので、熱媒介流体は、第1熱交換部70aで十分に多い熱量を吸収することができる。したがって、熱媒介流体は、第3熱交換部70cを経由せず、バイパス部74を通過した後、第1熱交換部70aに流入されうる。   When the engine 10 is operated at full load, the exhaust gas discharged from the engine 10 contains a sufficiently large amount of heat, so that the heat transfer fluid absorbs a sufficiently large amount of heat in the first heat exchange unit 70a. can do. Therefore, the heat transfer fluid can flow into the first heat exchange unit 70a after passing through the bypass unit 74 without passing through the third heat exchange unit 70c.

すなわち、第1弁74bは、バイパス管74aにあらゆる熱媒介流体が移動するように調節され、第2弁74cは、バイパス管74aと連結される流路をいずれも開放するように調節される。   That is, the first valve 74b is adjusted so that any heat transfer fluid moves to the bypass pipe 74a, and the second valve 74c is adjusted to open any flow path connected to the bypass pipe 74a.

第1熱交換部70aから加熱された熱媒介流体は、第2熱交換部70bに流入されて第1冷媒を加熱する。第1冷媒は、第2熱交換部70bで熱を吸収して気化された後、タービン42に供給される。   The heat transfer fluid heated from the first heat exchange unit 70a flows into the second heat exchange unit 70b and heats the first refrigerant. The first refrigerant is supplied to the turbine 42 after being absorbed and vaporized by the second heat exchange unit 70b.

タービン42で膨張して、電気を発生させるのに使われた第1冷媒は、復熱器45及び凝縮器43を順次に通過した後、ポンプ44によって循環されうる。   The first refrigerant used to generate electricity by expanding in the turbine 42 may be circulated by the pump 44 after sequentially passing through the recuperator 45 and the condenser 43.

一方、エンジン10がフルロードではない状態で駆動される場合、すなわち、エンジン10から発生する排ガスの量が一定レベル以下に減少する場合、排ガスに含まれる熱量は、熱媒介流体を十分に加熱するのに不足である。   On the other hand, when the engine 10 is driven in a non-full load state, that is, when the amount of exhaust gas generated from the engine 10 decreases below a certain level, the amount of heat contained in the exhaust gas sufficiently heats the heat-mediated fluid. It is insufficient.

この場合、熱交換器41は、熱媒介流体の一部が第3熱交換部70cに流入されて、あらかじめ加熱させうる。   In this case, in the heat exchanger 41, a part of the heat medium fluid can be flowed into the third heat exchange part 70c and heated in advance.

より詳細に説明すれば、外気は、ターボチャージャー15で圧縮され、温度が高くなる。温度が高くなった外気は、第3熱交換部70cに流入される。   More specifically, the outside air is compressed by the turbocharger 15 and the temperature rises. The outside air whose temperature has been increased flows into the third heat exchange unit 70c.

また、第1弁74bは、熱媒介流体の一部がバイパス管74aではない前記第3熱交換部70cに流入させる。   In addition, the first valve 74b allows a part of the heat transfer fluid to flow into the third heat exchange part 70c that is not the bypass pipe 74a.

第3熱交換部70cでは、ターボチャージャー15から加熱された空気と熱媒介流体とを熱交換して熱媒介流体を加熱する。すなわち、熱媒介流体の一部が第1熱交換部70aに流入される前に加熱される。   In the 3rd heat exchange part 70c, the air heated from the turbocharger 15 and heat mediation fluid are heat-exchanged, and a heat mediation fluid is heated. That is, a part of the heat transfer fluid is heated before flowing into the first heat exchange unit 70a.

したがって、第1熱交換部70aに供給される排ガスに含まれた熱量が減っても、熱媒介流体が第1熱交換部70aへの進入前にあらかじめ熱量を伝達された状態で供給されるので、第1熱交換部70aから排出される熱量は、一定のレベルに保持されうる。   Therefore, even if the amount of heat contained in the exhaust gas supplied to the first heat exchange unit 70a is reduced, the heat transfer fluid is supplied in a state where the amount of heat is transmitted in advance before entering the first heat exchange unit 70a. The amount of heat discharged from the first heat exchange unit 70a can be maintained at a certain level.

この際、第1弁74bは、エンジン10の変化された負荷量、すなわち、変化された排ガス俳出量に対応して、第3熱交換部70cに流入される熱媒介流体の流量を調節することができる。特に、第1弁74bは、第2熱交換部70bに流入される熱媒介流体に含まれた熱量が一定のレベルに保持されるように、第3熱交換部70cに流入される熱媒介流体の流量を調節することができる。   At this time, the first valve 74b adjusts the flow rate of the heat-mediated fluid that flows into the third heat exchange unit 70c according to the changed load amount of the engine 10, that is, the changed exhaust gas extraction amount. be able to. In particular, the first valve 74b has a heat transfer fluid that flows into the third heat exchange unit 70c such that the amount of heat contained in the heat transfer fluid that flows into the second heat exchange unit 70b is maintained at a certain level. The flow rate of can be adjusted.

このような構成及び方法によってエンジン10のロードが変化しても、第2熱交換部70bに提供される熱量は、一定に保持されうる。したがって、第1冷媒は、十分な熱量を吸収して安定して気化され、それによりタービン42も安定して駆動されるので、発電機(G)も安定して電気を発生させることができる。   Even if the load of the engine 10 is changed by such a configuration and method, the amount of heat provided to the second heat exchange unit 70b can be kept constant. Therefore, the first refrigerant absorbs a sufficient amount of heat and is stably vaporized, whereby the turbine 42 is also driven stably, so that the generator (G) can also stably generate electricity.

以下、本発明の第7実施形態による船舶の発電システムについて図8を参照して説明する。但し、第7実施形態は、第6実施形態と比較して、第2熱交換部に流入される熱媒介流体の温度が一定に保持されるように、第1弁及びポンプのうち少なくとも1つ以上を制御するという点において、差があるので、第6実施形態との差異点を中心に説明し、同じ部分に対しては、第6実施形態の説明と図面符号とを援用する。   Hereinafter, the power generation system of the ship by 7th Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. However, in the seventh embodiment, as compared with the sixth embodiment, at least one of the first valve and the pump is used so that the temperature of the heat transfer fluid flowing into the second heat exchange unit is kept constant. Since there is a difference in controlling the above, the difference from the sixth embodiment will be mainly described, and the description of the sixth embodiment and the reference numerals will be used for the same parts.

図8は、本発明の第7実施形態による船舶用廃熱回収装置を説明する図面である。   FIG. 8 is a view illustrating a marine waste heat recovery apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

これに示したように、本発明の第7実施形態による船舶用廃熱回収装置は、エンジン10の負荷が変更されて、排ガスの俳出量が変化しても、タービン42の発電効率を一定に保持することによって、常に最適の効率で発電がなされるようにする。   As shown in this figure, the ship waste heat recovery apparatus according to the seventh embodiment of the present invention maintains the power generation efficiency of the turbine 42 even when the load of the engine 10 is changed and the amount of exhaust gas discharged changes. By keeping the power on, power generation is always performed with optimum efficiency.

具体的に、図8を参照すれば、本発明の第7実施形態による船舶用廃熱回収装置は、第2熱交換部70bの第1冷媒出口側に第1冷媒の温度を測定する温度センサー80が提供されうる。   Specifically, referring to FIG. 8, the waste heat recovery apparatus for a ship according to the seventh embodiment of the present invention measures the temperature of the first refrigerant on the first refrigerant outlet side of the second heat exchange unit 70 b. 80 may be provided.

本発明の実施形態のようなシステムで、第2熱交換部70bに流入される熱媒介流体の温度が一定であれば、タービン42を含んだランキンサイクルの効率を一定にする。   In the system as in the embodiment of the present invention, if the temperature of the heat transfer fluid flowing into the second heat exchange unit 70b is constant, the efficiency of the Rankine cycle including the turbine 42 is made constant.

すなわち、ランキンサイクルが一定の効率で作動するように、第1弁74bを調節して、バイパス管74a及び第3熱交換部70cに供給される流量を調節するか、ポンプ72を調節して、第1弁74bに供給される熱媒介流体の流量自体を調節することができる。   That is, the first valve 74b is adjusted so that the Rankine cycle operates at a constant efficiency, and the flow rate supplied to the bypass pipe 74a and the third heat exchange unit 70c is adjusted, or the pump 72 is adjusted, The flow rate of the heat mediated fluid supplied to the first valve 74b can be adjusted.

例えば、エンジン10の負荷が減った場合、排ガスに含まれている熱量が減るので、第1弁74bは、第3熱交換部70c側に熱媒介流体の一部を供給して温度を高めうる。また、ポンプ72から第1弁74bに供給される流量を減らせば、第1熱交換部70a及び第3熱交換部70cから供給される熱量によって熱媒介流体の温度をさらに高めうる。   For example, when the load on the engine 10 decreases, the amount of heat contained in the exhaust gas decreases, so the first valve 74b can supply a part of the heat transfer fluid to the third heat exchange unit 70c side to increase the temperature. . Further, if the flow rate supplied from the pump 72 to the first valve 74b is reduced, the temperature of the heat transfer fluid can be further increased by the amount of heat supplied from the first heat exchange unit 70a and the third heat exchange unit 70c.

逆に、エンジン10の負荷が増えた場合には、前述した作動と反対に第1弁74b及びポンプ72を制御することによって、第2熱交換部70bに流入される熱媒介流体の温度を低めうる。   Conversely, when the load on the engine 10 increases, the temperature of the heat mediated fluid flowing into the second heat exchange unit 70b is lowered by controlling the first valve 74b and the pump 72 in the opposite manner to the above-described operation. sell.

このような第1弁74b及びポンプ72の制御は、それぞれ独立して行われても、共に並行されても良い。   Such control of the first valve 74b and the pump 72 may be performed independently or in parallel.

これにより、第2熱交換部70bに流入される熱媒介流体の温度は、一定のレベルに保持され、タービン42は、常に最適の効率で駆動されうる。   As a result, the temperature of the heat transfer fluid flowing into the second heat exchange unit 70b is maintained at a constant level, and the turbine 42 can always be driven with optimum efficiency.

図9は、本発明の第8実施形態による船舶用廃熱回収装置の概略的な構成を示す図面であり、図10は、図9の船舶用廃熱回収装置で廃熱回収ユニットの構成を概略的に示す図面であり、図11は、図9の船舶用廃熱回収装置で熱媒介流体が迂回ラインに沿って移動する状態を示す図面である。   FIG. 9 is a view showing a schematic configuration of a marine waste heat recovery apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a waste heat recovery unit in the marine waste heat recovery apparatus of FIG. FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a state in which the heat transfer fluid moves along a detour line in the marine waste heat recovery apparatus of FIG. 9.

本実施形態の廃熱回収装置は、熱吸収ユニット100、第1供給ライン200、廃熱回収ユニット300、第2供給ライン400、迂回ライン500、冷却器600、及び海水ライン700を含む。   The waste heat recovery apparatus of the present embodiment includes a heat absorption unit 100, a first supply line 200, a waste heat recovery unit 300, a second supply line 400, a bypass line 500, a cooler 600, and a seawater line 700.

熱吸収ユニット100は、エンジンEの駆動によって発生する熱を回収または冷却するための構成であり、具体的に、エンジンE自体、エンジンEから排出される排ガスG、エンジンEに供給される掃気空気Aの熱を回収または冷却することができる。そして、熱吸収ユニット100は、第1熱交換部110と冷却部120とを含む。   The heat absorption unit 100 is configured to recover or cool the heat generated by driving the engine E. Specifically, the engine E itself, exhaust gas G discharged from the engine E, scavenged air supplied to the engine E The heat of A can be recovered or cooled. The heat absorption unit 100 includes a first heat exchange unit 110 and a cooling unit 120.

第1熱交換部110は、エンジンEから発生する排ガスGの排出経路またはエンジンEに供給される掃気空気Aの移動経路上に配されて、排ガスG及び掃気空気Aの熱を吸収することができる。それだけではなく、第1熱交換部110は、エンジンE自体及びエンジンオイルの熱を吸収することもできる。そして、第1熱交換部110は、一般的な熱交換器と類似した構成を有し、熱を吸収するための熱媒介流体L1が流動する。   The first heat exchanging unit 110 may be disposed on a discharge path of the exhaust gas G generated from the engine E or a movement path of the scavenged air A supplied to the engine E, and absorb the heat of the exhaust gas G and the scavenged air A. it can. In addition, the first heat exchange unit 110 can also absorb the heat of the engine E itself and the engine oil. And the 1st heat exchange part 110 has a structure similar to a general heat exchanger, and the heat transfer fluid L1 for absorbing heat flows.

本実施形態での第1熱交換部110は、エンジンEから排出される排ガスGの移動経路に配される。このように、本実施形態で、第1熱交換部110が排ガスGの排出経路に配されることによって、排ガスGの熱を熱媒介流体L1が吸収して廃熱回収ユニット300に伝達することができる。   The first heat exchanging unit 110 in the present embodiment is arranged on the movement path of the exhaust gas G discharged from the engine E. As described above, in the present embodiment, the heat transfer fluid L1 absorbs the heat of the exhaust gas G and transfers it to the waste heat recovery unit 300 by arranging the first heat exchange unit 110 in the exhaust gas G discharge path. Can do.

冷却部120は、掃気空気AをエンジンEに供給するための制限温度に冷却する。ここで、冷却部120は、船舶内に備えられた清水FWを用いてエンジンEに流入される掃気空気Aを持続的に冷却させる。   The cooling unit 120 cools the scavenged air A to a limit temperature for supplying the engine E to the engine E. Here, the cooling unit 120 continuously cools the scavenged air A flowing into the engine E using the fresh water FW provided in the ship.

すなわち、本実施形態では、エンジンEに流入される掃気空気Aの移動経路上に冷却部120を備えて、掃気空気Aを冷却する。   That is, in this embodiment, the scavenging air A is cooled by providing the cooling unit 120 on the moving path of the scavenging air A flowing into the engine E.

第1供給ライン200は、内部に熱媒介流体L1が流動し、第1熱交換部110と後述する廃熱回収ユニット300の第2熱交換部310とを連結する。したがって、第1熱交換部110で排ガスGと熱交換を通じて熱を吸収した熱媒介流体L1は、第1供給ライン200に沿って第2熱交換部310に流動する。   The heat supply fluid L1 flows through the first supply line 200, and connects the first heat exchange unit 110 and the second heat exchange unit 310 of the waste heat recovery unit 300 described later. Therefore, the heat transfer fluid L1 that has absorbed heat through the heat exchange with the exhaust gas G in the first heat exchange unit 110 flows to the second heat exchange unit 310 along the first supply line 200.

廃熱回収ユニット300は、熱媒介流体L1によって伝達された熱を吸収して多様な所に利用することができる装置であり、本実施形態では、別途のタービン330を駆動させることによって、動力を発生させるように構成される。   The waste heat recovery unit 300 is a device that can absorb heat transmitted by the heat transfer fluid L1 and use it in various places. In this embodiment, the waste heat recovery unit 300 drives a separate turbine 330 to generate power. Configured to generate.

そして、廃熱回収ユニット300は、多様な形態の熱交換サイクルによって形成され、本実施形態では、一般的なORC(Organic Rankine Cycle:有機ランキンサイクル)で備えられる。   The waste heat recovery unit 300 is formed by various types of heat exchange cycles, and is provided with a general ORC (Organic Rankine Cycle) in this embodiment.

廃熱回収ユニット300は、循環ループ350、タービン330、第2熱交換部310、ポンプ340、及び凝縮器320で構成される。そして、循環ループ350は、内部に循環流体L2が循環して、第2熱交換部310、タービン330、凝縮器320、及びポンプ340順に循環しながら熱を回収及び供給する。   The waste heat recovery unit 300 includes a circulation loop 350, a turbine 330, a second heat exchange unit 310, a pump 340, and a condenser 320. In the circulation loop 350, the circulating fluid L2 circulates inside, and collects and supplies heat while circulating in the order of the second heat exchange unit 310, the turbine 330, the condenser 320, and the pump 340.

第2熱交換部310は、第1供給ライン200の経路上で配されて、第1熱交換部110から熱を吸収した熱媒介流体L1と循環流体L2とが熱交換を行うようにする。   The second heat exchange unit 310 is arranged on the path of the first supply line 200 so that the heat transfer fluid L1 that has absorbed heat from the first heat exchange unit 110 and the circulating fluid L2 perform heat exchange.

循環流体L2は、循環ループ350に沿って第2熱交換部310を経由して、熱媒介流体L1と熱交換を通じて気化され、該気化された循環流体L2は、タービン330を駆動させる。タービン330を経由した循環流体L2は、再び凝縮器320を経由し、冷却されて液化される。そして、液化された循環流体L2は、ポンプ340を通じて第2熱交換部310に提供される。   The circulating fluid L <b> 2 is vaporized through the second heat exchange unit 310 along the circulation loop 350 through heat exchange with the heat mediated fluid L <b> 1, and the vaporized circulating fluid L <b> 2 drives the turbine 330. The circulating fluid L2 passing through the turbine 330 passes through the condenser 320 again and is cooled and liquefied. The liquefied circulating fluid L2 is provided to the second heat exchange unit 310 through the pump 340.

一方、循環ループ350の内部を流動する循環流体L2は、第2熱交換部310から提供される熱媒介流体L1の温度によって選定され、一般的には、水よりも沸騰点が低い流体が使われる。   On the other hand, the circulating fluid L2 flowing inside the circulating loop 350 is selected according to the temperature of the heat transfer fluid L1 provided from the second heat exchange unit 310, and generally a fluid having a boiling point lower than that of water is used. Is called.

第2供給ライン400は、内部に熱媒介流体L1が流動し、廃熱回収ユニット300の第2熱交換部310と第1熱交換部110とを連結する。したがって、第2熱交換部310から循環流体L2に熱を放出した熱媒介流体L1は、第2供給ライン400に沿って第1熱交換部110に流動する。   The heat supply fluid L1 flows through the second supply line 400 to connect the second heat exchange unit 310 and the first heat exchange unit 110 of the waste heat recovery unit 300 to each other. Accordingly, the heat-mediated fluid L1 that has released heat from the second heat exchange unit 310 to the circulating fluid L2 flows to the first heat exchange unit 110 along the second supply line 400.

迂回ライン500は、両端が第1供給ライン200及び第2供給ライン400にそれぞれ連結されて、選択的に熱媒介流体L1を迂回させるように構成される。具体的に、第1供給ライン200から分岐されるように構成されて、第1供給ライン200に沿って移動する熱媒介流体L1を選択的に迂回させることによって、熱媒介流体L1が廃熱回収ユニット300を経由せず、第2供給ライン400に移動して、再び第1熱交換部110に提供するように構成される。   The bypass line 500 is configured so that both ends thereof are respectively connected to the first supply line 200 and the second supply line 400 to selectively bypass the heat transfer fluid L1. Specifically, the heat transfer fluid L1 is configured to be branched from the first supply line 200 and selectively bypasses the heat transfer fluid L1 moving along the first supply line 200, whereby the heat transfer fluid L1 is recovered as waste heat. It moves to the 2nd supply line 400, without passing through the unit 300, and is comprised so that it may provide to the 1st heat exchange part 110 again.

そして、第1供給ライン200と迂回ライン500とが連結された地点に別途の流量調節弁510を備えて、第1供給ライン200に沿って移動する熱媒介流体L1の移動経路及び流量を選択的に調節できるように構成される。   Further, a separate flow rate adjustment valve 510 is provided at a point where the first supply line 200 and the bypass line 500 are connected, and the movement path and flow rate of the heat-mediated fluid L1 moving along the first supply line 200 are selectively selected. Configured to be adjustable.

冷却器600は、迂回ライン500に流動する熱媒介流体L1が第1熱交換部110で吸収した熱を回収するように構成され、本実施形態での冷却器600は、迂回ライン500上に配され、迂回ライン500に沿って移動する熱媒介流体L1を海水SWとの熱交換によって冷却させるように構成される。   The cooler 600 is configured such that the heat mediated fluid L1 flowing in the bypass line 500 recovers the heat absorbed by the first heat exchange unit 110, and the cooler 600 in the present embodiment is disposed on the bypass line 500. The heat transfer fluid L1 moving along the bypass line 500 is cooled by heat exchange with the seawater SW.

このように、本実施形態による廃熱回収装置は、迂回ライン500と冷却器600とが備えられることによって、熱媒介流体L1が廃熱回収ユニット300を経由しないとしても、熱媒介流体L1が吸収した熱を排出させて、第1熱交換部110に再供給されるように構成される。   As described above, the waste heat recovery apparatus according to the present embodiment includes the bypass line 500 and the cooler 600, so that even if the heat transfer fluid L1 does not pass through the waste heat recovery unit 300, the heat transfer fluid L1 absorbs the heat transfer fluid L1. The configured heat is discharged and re-supplied to the first heat exchange unit 110.

海水ライン700は、内部で海水SWが流動し、冷却器600及び凝縮器320を経由し、熱媒介流体L1及び循環流体L2を冷却させる。具体的に、本実施形態では、海から供給された海水SWの一部は、冷却器600を循環し、海水SWの残りは、凝縮器320を循環しながら冷却させる。   In the seawater line 700, the seawater SW flows inside, and the heat transfer fluid L1 and the circulating fluid L2 are cooled via the cooler 600 and the condenser 320. Specifically, in the present embodiment, a part of the seawater SW supplied from the sea circulates in the cooler 600 and the rest of the seawater SW is cooled while circulating in the condenser 320.

しかし、本実施形態に限定されず、海水ライン700は、冷却器600及び凝縮器320と直列に連結されて冷却を可能にしうる。   However, the seawater line 700 may be connected in series with the cooler 600 and the condenser 320 to enable cooling without being limited to the present embodiment.

一方、海水ライン700が、冷却器600及び凝縮器320を経由するように構成されることによって、持続的な供給が可能な海水SWを用いて、それぞれの位置で熱媒介流体L1及び循環流体L2を冷却させて、配管の構成をより便利にでき、それぞれに別途の弁(図示せず)を備えて、海水ライン700に沿って移動する海水SWの経由経路を調節可能になるように構成することもできる。   On the other hand, when the seawater line 700 is configured to pass through the cooler 600 and the condenser 320, the heat-mediated fluid L1 and the circulating fluid L2 are used at each position using the seawater SW that can be continuously supplied. The piping can be made more convenient by providing a separate valve (not shown) so that the route of the seawater SW moving along the seawater line 700 can be adjusted. You can also.

ここで、海水SWを用いて熱媒介流体L1及び循環流体L2を冷却させることによって、冷却後、海水SWの温度変化に影響を受けず、持続的に使うことができる。   Here, by cooling the heat-mediated fluid L1 and the circulating fluid L2 using the seawater SW, it can be used continuously without being affected by the temperature change of the seawater SW after cooling.

以上のように、本実施形態による廃熱回収装置は、第1熱交換部110でエンジンEから発生する熱を熱媒介流体L1を通じて吸収して第1供給ライン200に沿って第2熱交換部310に伝達し、第2熱交換部310は、伝達された熱を循環流体L2に提供してタービン330を駆動させる。   As described above, the waste heat recovery apparatus according to the present embodiment absorbs the heat generated from the engine E by the first heat exchanging unit 110 through the heat mediated fluid L1 and the second heat exchanging unit along the first supply line 200. The second heat exchange unit 310 provides the transferred heat to the circulating fluid L2 to drive the turbine 330.

しかし、このような構成で、廃熱回収ユニット300の破損や誤作動が発生する場合、廃熱回収ユニット300の動作が不可能であるために、別途に迂回ライン500を備えることによって、熱媒介流体L1が廃熱回収ユニット300を経由せず、迂回ライン500に沿って冷却器600を経由するように構成して、廃熱回収ユニット300の修理を可能にする。   However, when the waste heat recovery unit 300 is damaged or malfunctions with such a configuration, the waste heat recovery unit 300 cannot be operated. The fluid L1 is configured not to pass through the waste heat recovery unit 300 but through the cooler 600 along the bypass line 500, so that the waste heat recovery unit 300 can be repaired.

特に、廃熱回収ユニット300が動作しない場合、海水SWは、廃熱回収ユニット300の凝縮器320を経由する必要がないために、弁を調節することによって、海水SWが冷却器600のみ経由させることもできる。   In particular, when the waste heat recovery unit 300 does not operate, the seawater SW does not need to pass through the condenser 320 of the waste heat recovery unit 300. Therefore, by adjusting the valve, the seawater SW passes only through the cooler 600. You can also.

また、海水SWの移動経路を調節することによって、冷却器600及び凝縮器320での熱交換のための温度条件に適するように海水SWの温度を調節することもできる。   Further, by adjusting the movement path of the seawater SW, the temperature of the seawater SW can be adjusted to be suitable for the temperature conditions for heat exchange in the cooler 600 and the condenser 320.

一方、本実施形態による廃熱回収装置において、第2供給ライン400に熱媒介流体L1の温度を測定する温度センサー800がさらに備えられうる。   Meanwhile, in the waste heat recovery apparatus according to the present embodiment, the second supply line 400 may further include a temperature sensor 800 that measures the temperature of the heat mediated fluid L1.

温度センサー800は、第2供給ライン400上で廃熱回収ユニット300を経由した熱媒介流体L1の温度を測定するように構成されて、測定された熱媒介流体L1の温度によって流量調節弁510を調節することによって、廃熱回収ユニット300及び冷却器600を経由する熱媒介流体L1の流量を調節することができる。これにより、熱媒介流体L1が冷却器600及び廃熱回収ユニット300を経由する流量を調節して、第1熱交換部110に供給される熱媒介流体L1の温度を能動的に調節する。   The temperature sensor 800 is configured to measure the temperature of the heat transfer fluid L1 via the waste heat recovery unit 300 on the second supply line 400, and controls the flow rate control valve 510 according to the measured temperature of the heat transfer fluid L1. By adjusting, the flow rate of the heat mediated fluid L1 passing through the waste heat recovery unit 300 and the cooler 600 can be adjusted. Accordingly, the flow of the heat transfer fluid L1 through the cooler 600 and the waste heat recovery unit 300 is adjusted to actively adjust the temperature of the heat transfer fluid L1 supplied to the first heat exchange unit 110.

より具体的に、熱媒介流体L1及び海水SWが移動する状態について図9及び図11を参照して説明すれば、図9は、廃熱回収ユニット300が正常に作動する状態であって、熱媒介流体L1が第1熱交換部110を経由した後、第1供給ライン200に沿って廃熱回収ユニット300に伝達される。廃熱回収ユニット300に移動した熱媒介流体L1は、第2熱交換部310で循環流体L2との熱交換によって、温度が低くなった後、再び第1熱交換部110に伝達される。   More specifically, a state in which the heat transfer fluid L1 and the seawater SW move will be described with reference to FIGS. 9 and 11. FIG. 9 shows a state in which the waste heat recovery unit 300 operates normally, After the medium fluid L <b> 1 passes through the first heat exchange unit 110, it is transmitted to the waste heat recovery unit 300 along the first supply line 200. The heat transfer fluid L1 moved to the waste heat recovery unit 300 is transferred to the first heat exchange unit 110 again after the temperature is lowered by heat exchange with the circulating fluid L2 in the second heat exchange unit 310.

そして、海水ライン700に沿って流動する海水SWは、冷却器600を経由して熱媒介流体L1を冷却させ、これと別途に分岐されて、凝縮器320を経由して循環流体L2を冷却させる。   Then, the seawater SW flowing along the seawater line 700 cools the heat-mediated fluid L1 via the cooler 600, branches separately from this, and cools the circulating fluid L2 via the condenser 320. .

このように、海水ライン700は、廃熱回収ユニット300が動作する場合、凝縮器320に供給されて、循環流体L2を冷却させる。   Thus, when the waste heat recovery unit 300 operates, the seawater line 700 is supplied to the condenser 320 to cool the circulating fluid L2.

ここで、熱媒介流体L1は、第1供給ライン200に沿って廃熱回収ユニット300に移動する時、流量調節弁510の調節を通じて熱媒介流体L1の一部が迂回ライン500に沿って迂回して、再び第1熱交換部110に供給させることもできる。   Here, when the heat transfer fluid L1 moves along the first supply line 200 to the waste heat recovery unit 300, a part of the heat transfer fluid L1 bypasses along the bypass line 500 through the adjustment of the flow rate control valve 510. The first heat exchange unit 110 can be supplied again.

すなわち、廃熱回収ユニット300に供給される熱媒介流体L1の流量を調節することができる。したがって、前記説明した温度センサー800で廃熱回収ユニット300で熱交換された後、排出される熱媒介流体L1の温度をモニタリングして、最も効果的な量の熱媒介流体L1が廃熱回収ユニット300に流動するように調節させうる。   That is, the flow rate of the heat mediated fluid L1 supplied to the waste heat recovery unit 300 can be adjusted. Therefore, after the heat exchange in the waste heat recovery unit 300 by the temperature sensor 800 described above, the temperature of the heat transfer fluid L1 discharged is monitored, and the most effective amount of the heat transfer fluid L1 is the waste heat recovery unit. 300 can be adjusted to flow.

さらに、迂回ライン500を経由する熱媒介流体L1の一部は、冷却器600で冷却を行う。したがって、一部熱媒介流体L1が廃熱回収ユニット300を通過しないとしても、十分な冷却ができる。   Further, a part of the heat transfer fluid L1 passing through the bypass line 500 is cooled by the cooler 600. Therefore, even if the partial heat transfer fluid L1 does not pass through the waste heat recovery unit 300, sufficient cooling can be performed.

また、熱媒介流体L1の冷却経路の多様化によって、第1熱交換部110に供給される熱媒介流体L1の温度を調節し、これは、冷却器600を流動する海水SWの量を調節することによっても可能である。   Further, the diversification of the cooling path of the heat transfer fluid L1 adjusts the temperature of the heat transfer fluid L1 supplied to the first heat exchange unit 110, which adjusts the amount of the seawater SW flowing through the cooler 600. It is also possible.

一方、図11に示したように、廃熱回収ユニット300が動作しない場合、熱媒介流体L1は、第1熱交換部110を経由した後、迂回ライン500に沿って第2供給ライン400に移動する。   On the other hand, as shown in FIG. 11, when the waste heat recovery unit 300 does not operate, the heat transfer fluid L1 moves to the second supply line 400 along the detour line 500 after passing through the first heat exchange unit 110. To do.

ここで、熱媒介流体L1は、迂回ライン500上に配された冷却器600を経由して冷却された後、再び第2供給ライン400に沿って第1熱交換部110に供給される。   Here, the heat transfer fluid L <b> 1 is cooled via the cooler 600 disposed on the bypass line 500, and then supplied to the first heat exchange unit 110 along the second supply line 400 again.

そして、海水ライン700に沿って流動する海水SWは、冷却器600を経由して熱媒介流体L1を冷却させる。   Then, the seawater SW that flows along the seawater line 700 cools the heat-mediated fluid L1 via the cooler 600.

これにより、廃熱回収ユニット300が動作を行わないとしても、熱媒介流体L1が持続的に冷却器600を経由して循環されうる。   Thereby, even if the waste heat recovery unit 300 does not operate, the heat-mediated fluid L1 can be continuously circulated through the cooler 600.

一方、図面に図示されていないが、第1熱交換部110は、エンジンEの容量などによって複数個が備えられうる。   Meanwhile, although not shown in the drawing, a plurality of first heat exchange units 110 may be provided depending on the capacity of the engine E and the like.

このように、本発明は、記載の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を外れずに多様に修正及び変形できるということは、当業者に自明である。したがって、そのような修正例または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属すると言わなければならない。   Thus, it is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, it should be said that such modifications or variations belong to the scope of the claims of the present invention.

本発明は、船舶に利用され、このような船舶は、自航能力を有し、人や貨物を移送させる船舶だけではなく、液化天然ガス−浮遊式生産貯蔵設備(LNG−FPSO:Liquefied Natural Gas−Floating Production Storage Offloading)、浮遊式原油貯蔵設備(FSU:Floating Storage Unit)など貨物を貯蔵及び荷役する浮遊式海上構造物を含みうる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for a ship, and such a ship has a self-navigation capability and is not limited to a ship that transfers people and cargo, but also a liquefied natural gas-floating production storage facility (LNG-FPSO: Liquid Natural Gas). -It may include floating offshore structures for storing and handling cargo such as Floating Production Storage Offloading (FSU), Floating Crude Oil Storage Facility (FSU).

Claims (15)

エンジンから排出される排ガスから熱を回収して第1冷媒を等圧加熱する熱交換器と、
等圧加熱された前記第1冷媒を断熱膨張させて駆動されるタービンと、
断熱膨張された前記第1冷媒を凝縮させる凝縮器と、
凝縮された前記第1冷媒を圧縮させて、前記熱交換器で再循環させる熱交換ポンプと、を含む船舶用廃熱回収装置。
A heat exchanger for recovering heat from the exhaust gas discharged from the engine and heating the first refrigerant at a constant pressure;
A turbine driven by adiabatic expansion of the first refrigerant heated at the same pressure;
A condenser for condensing the adiabatically expanded first refrigerant;
A marine waste heat recovery apparatus, comprising: a heat exchange pump that compresses the condensed first refrigerant and recirculates the refrigerant with the heat exchanger.
前記エンジンからの発生熱を冷却させるための複数個のクーラーをさらに含み、
前記凝縮された第1冷媒は、前記複数個のクーラーから熱を供給されて、前記熱交換器で再循環されることを特徴とする請求項1に記載の船舶用廃熱回収装置。
A plurality of coolers for cooling the heat generated from the engine;
2. The waste heat recovery apparatus for a ship according to claim 1, wherein the condensed first refrigerant is supplied with heat from the plurality of coolers and is recirculated in the heat exchanger.
前記タービンから排出される熱を、前記熱交換器に供給される前記第1冷媒に供給する復熱器をさらに含む請求項1に記載の船舶用廃熱回収装置。   The marine waste heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising a recuperator that supplies heat discharged from the turbine to the first refrigerant supplied to the heat exchanger. 前記エンジンから排出される排ガスが通過する排気管で、前記熱交換器の前端に設けられて、前記熱交換器と別途に前記排ガスの熱を回収するための熱回収器をさらに含む請求項1に記載の船舶用廃熱回収装置。   The exhaust pipe through which the exhaust gas discharged from the engine passes, and further includes a heat recovery unit provided at a front end of the heat exchanger for recovering heat of the exhaust gas separately from the heat exchanger. The waste heat recovery apparatus for ships described in 1. 前記熱回収器から回収された熱を用いて等圧加熱された第2冷媒を断熱膨張させて駆動する補助タービンと、
前記断熱膨張された第2冷媒を凝縮させる補助凝縮器と、
前記凝縮された第2冷媒を圧縮させて、前記熱回収器で再循環させる補助ポンプと、をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の船舶用廃熱回収装置。
An auxiliary turbine that adiabatically expands and drives the second refrigerant that is heated at a constant pressure using the heat recovered from the heat recovery device;
An auxiliary condenser for condensing the second adiabatic expanded refrigerant;
The waste heat recovery apparatus for a ship according to claim 4, further comprising an auxiliary pump that compresses the condensed second refrigerant and recirculates the condensed refrigerant with the heat recovery unit.
前記凝縮器に前記凝縮器の冷却媒体である第3冷媒を供給するために、前記凝縮器と連結される凝縮器冷却ラインと、
前記凝縮器冷却ライン上に前記第3冷媒を強制循環させるための凝縮器冷却ポンプと、
前記第3冷媒と海水との熱交換が行われる海水熱交換器と、
前記海水熱交換器に海水を供給するために、前記海水熱交換器と連結される海水ラインと、
前記海水ライン上に前記海水を強制循環させるための海水ポンプと、を含む請求項1に記載の船舶用廃熱回収装置。
A condenser cooling line connected to the condenser to supply a third refrigerant that is a cooling medium of the condenser to the condenser;
A condenser cooling pump for forcibly circulating the third refrigerant on the condenser cooling line;
A seawater heat exchanger in which heat is exchanged between the third refrigerant and seawater;
A seawater line connected to the seawater heat exchanger to supply seawater to the seawater heat exchanger;
The marine waste heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising: a seawater pump for forcibly circulating the seawater on the seawater line.
前記凝縮器に前記凝縮器の冷却媒体である第3冷媒を供給するために、前記凝縮器と連結される凝縮器冷却ラインと、
前記凝縮器冷却ライン上に前記第3冷媒を強制循環させるための凝縮器冷却ポンプと、
前記第3冷媒と海水との熱交換及び冷却用清水と前記海水との熱交換が行われるメインクーラーと、
前記メインクーラーに前記海水を供給するために、前記メインクーラーと連結される海水ラインと、
前記海水ライン上に前記海水を強制循環させるための海水ポンプと、を含む請求項1に記載の船舶用廃熱回収装置。
A condenser cooling line connected to the condenser to supply a third refrigerant that is a cooling medium of the condenser to the condenser;
A condenser cooling pump for forcibly circulating the third refrigerant on the condenser cooling line;
A main cooler in which heat exchange between the third refrigerant and seawater and heat exchange between the fresh water for cooling and the seawater is performed;
A seawater line connected to the main cooler to supply the seawater to the main cooler;
The marine waste heat recovery apparatus according to claim 1, further comprising: a seawater pump for forcibly circulating the seawater on the seawater line.
前記排ガスによって作動するターボチャージャーをさらに含み、
前記熱交換器は、
前記ターボチャージャーと前記タービンとの間に配されて、前記ターボチャージャーから排出される前記排ガスと前記タービンに供給される前記第1冷媒との熱交換を媒介する熱交換ユニットを含む請求項1に記載の船舶用廃熱回収装置。
And further comprising a turbocharger operated by the exhaust gas,
The heat exchanger is
The heat exchange unit which is arranged between the turbocharger and the turbine and mediates heat exchange between the exhaust gas discharged from the turbocharger and the first refrigerant supplied to the turbine. The waste heat recovery apparatus for ships described.
前記熱交換器は、
前記熱交換ユニットを循環する熱媒介流体の循環のために、少なくとも1個以上の循環ポンプを含む請求項8に記載の船舶用廃熱回収装置。
The heat exchanger is
The waste heat recovery apparatus for ships according to claim 8, comprising at least one circulation pump for circulation of the heat mediated fluid circulating through the heat exchange unit.
前記熱交換ユニットは、
前記ターボチャージャーから排出された排ガスと前記熱媒介流体との熱交換を実施する第1熱交換部と、
前記第1熱交換部から排出された排ガスと前記タービンに供給される第1冷媒とが熱交換する第2熱交換部と、を含む請求項9に記載の船舶用廃熱回収装置。
The heat exchange unit is
A first heat exchange unit that performs heat exchange between the exhaust gas discharged from the turbocharger and the heat-mediated fluid;
The waste heat recovery apparatus for ships according to claim 9, further comprising: a second heat exchange unit that exchanges heat between the exhaust gas discharged from the first heat exchange unit and the first refrigerant supplied to the turbine.
前記熱交換ユニットは、
前記第1熱交換部の前端に配され、
前記ターボチャージャーから供給される空気と前記熱媒介流体とが熱交換して、前記熱媒介流体を加熱する第3熱交換部をさらに含む請求項10に記載の船舶用廃熱回収装置。
The heat exchange unit is
Arranged at the front end of the first heat exchange section;
The waste heat recovery apparatus for a ship according to claim 10, further comprising a third heat exchanging unit configured to exchange heat between the air supplied from the turbocharger and the heat medium fluid to heat the heat medium fluid.
前記熱交換器は、
前記第3熱交換部を経由せず、前記第1熱交換部に前記熱媒介流体をバイパスさせるためのバイパス部をさらに含む請求項11に記載の船舶用廃熱回収装置。
The heat exchanger is
The waste heat recovery apparatus for a ship according to claim 11, further comprising a bypass section for allowing the first heat exchange section to bypass the heat mediated fluid without passing through the third heat exchange section.
前記第1熱交換部から前記第2熱交換部に前記熱媒介流体を流動させるために設けられる第1供給ラインと、
前記第2熱交換部から熱交換された前記熱媒介流体を前記第1熱交換部に伝達する第2供給ラインと、
両端が前記第1供給ライン及び前記第2供給ラインにそれぞれに連結されて、選択的に前記熱媒介流体を迂回させる迂回ラインと、
前記迂回ラインに流動する前記熱媒介流体から前記第1熱交換部で吸収した熱を回収する冷却器と、をさらに含む請求項10に記載の船舶用廃熱回収装置。
A first supply line provided for flowing the heat transfer fluid from the first heat exchange unit to the second heat exchange unit;
A second supply line for transferring the heat-mediated fluid exchanged from the second heat exchange unit to the first heat exchange unit;
A detour line having both ends connected to the first supply line and the second supply line, respectively, to selectively bypass the heat transfer fluid;
The waste heat recovery apparatus for ships according to claim 10, further comprising: a cooler that recovers heat absorbed by the first heat exchange unit from the heat transfer fluid flowing in the bypass line.
内部に海水が流動し、前記冷却器を経由する海水ラインをさらに含む請求項13に記載の船舶用廃熱回収装置。   The waste heat recovery apparatus for ships according to claim 13, further comprising a seawater line through which seawater flows and passes through the cooler. 前記冷却器は、
前記迂回ライン上に配され、前記迂回ラインに沿って移動する前記熱媒介流体を、外部の海水との熱交換によって冷却させる請求項14に記載の船舶用廃熱回収装置。
The cooler is
The waste heat recovery apparatus for a ship according to claim 14, wherein the heat transfer fluid that is arranged on the bypass line and moves along the bypass line is cooled by heat exchange with external seawater.
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