JP2015232424A - Waste heat recovery device for ship - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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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