JP2016160869A - Low temperature heat recovery system - Google Patents

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寿子 加藤
Toshiko Kato
寿子 加藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low temperature heat recovery system capable of miniaturizing a device and stabilizing turbine output without increasing equipment costs.SOLUTION: A low temperature heat recovery system includes a waste heat gas discharged from an engine 2 with a supercharger 1, a first heat exchanger 3 recovering heat from the waste heat gas, a two-phase flow conversion nozzle 4, a generator 6 for introducing two-phase flow jet of a gas phase and a liquid phase produced by the two-phase flow conversion nozzle to a two-phase flow turbine 5, and generating power by rotating the two-phase flow turbine 5, a condenser 7 for cooling an organic medium to liquefy the same, a medium tank 8 for storing the organic medium, and a circulation pump 9 for feeding the organic medium from the medium tank 8 to the first heat exchanger 3. A thermometer 31 is disposed in a transfer pipe 10, a measured temperature is transferred to a control portion 12, and the control portion 12 determines a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium, and controls a rotating speed of the circulation pump on the basis of the saturation pressure Pa so that the organic medium keeps the liquid phase.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、低温熱回収システムに関し、詳しくは船舶用の過給機付き原動機などから熱回収する低温熱回収システムに関する。   The present invention relates to a low-temperature heat recovery system, and more particularly to a low-temperature heat recovery system that recovers heat from a marine motor with a supercharger for ships.

低温熱回収システムとしては、低沸点有機媒体を気化させてタービンを駆動するORC(Organic Rankine Cycle)発電システムが代表的なシステムであり、船舶への適用も報告されている。このORC発電システム例としては、特許文献1、2の技術が開示されている。   As a low-temperature heat recovery system, an ORC (Organic Rankine Cycle) power generation system that drives a turbine by vaporizing a low boiling point organic medium is a typical system, and its application to ships has also been reported. As examples of the ORC power generation system, the techniques of Patent Documents 1 and 2 are disclosed.

特開2013−167241号公報JP2013-167241A 特開2011−231636号公報JP 2011-231636 A

特許文献1に記載の技術では、熱交換器において原動機の掃気から有機媒体に熱回収し、有機媒体を気化させ、その気体のみを蒸気タービンに導入し、発電機で発電している。この手法では、熱交換器から蒸気タービンに至るまでに有機媒体を気化させるため、配管サイズが大きくなり、設備コストの上昇をまねく。   In the technique described in Patent Literature 1, heat is recovered from scavenging of a prime mover to an organic medium in a heat exchanger, the organic medium is vaporized, only the gas is introduced into a steam turbine, and power is generated by a generator. In this method, since the organic medium is vaporized from the heat exchanger to the steam turbine, the pipe size becomes large and the equipment cost increases.

特許文献2では、蒸気タービンへ導入する有機媒体を気体のみとするよう手法を明確にしており、蒸気タービンの手前の熱交換器として蒸発器を用いている。しかし、蒸発器を用いると、装置が大型化する。   In Patent Document 2, a method is clarified so that the organic medium introduced into the steam turbine is only gas, and an evaporator is used as a heat exchanger in front of the steam turbine. However, the use of an evaporator increases the size of the device.

また有機媒体を気化させる必要がある場合、廃熱温度が低い際には圧力を下げなければ有機媒体が十分に気化されず、蒸気タービンの出力が低下する問題があった。   Further, when it is necessary to vaporize the organic medium, the organic medium is not sufficiently vaporized unless the pressure is lowered when the waste heat temperature is low, and the output of the steam turbine is reduced.

本発明の課題は、設備コストの上昇を招くことなく、装置を小型化でき、タービン出力を安定化できる低温熱回収システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a low-temperature heat recovery system capable of downsizing the apparatus and stabilizing turbine output without causing an increase in equipment cost.

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。   Other problems of the present invention will become apparent from the following description.

上記課題は、以下の各発明によって解決される。   The above problems are solved by the following inventions.

1.過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記廃熱ガスから熱回収する第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器によって熱回収した前記有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービンに導入して、該二相流タービンを回転して発電する発電機と、
前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、
該媒体タンクから第1の熱交換器に有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記第1の熱交換器から前記二相流ノズルまでの有機媒体の移送配管に、温度計を設け、
該温度計による計測温度を制御部に送り、該制御部において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする低温熱回収システム。
1. A first heat exchanger that recovers heat from the waste heat gas that exchanges heat between the waste heat gas discharged from the motor with a supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A two-phase flow nozzle for converting the organic medium heat recovered by the first heat exchanger into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase;
A generator for generating electric power by rotating the two-phase flow turbine by introducing a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle into the two-phase flow turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase turbine;
A medium tank for storing an organic medium liquefied by the condenser;
A circulation pump for sending an organic medium from the medium tank to the first heat exchanger;
A thermometer is provided in the transfer pipe of the organic medium from the first heat exchanger to the two-phase flow nozzle,
The temperature measured by the thermometer is sent to the control unit, and the control unit obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium. Based on the saturation pressure Pa, the control unit maintains the liquid phase in the organic medium. The low-temperature heat recovery system is characterized in that the number of rotations of the circulation pump is controlled.

2.前記過給機から圧縮して得られる加圧掃気と、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記加圧掃気から熱回収する第2の熱交換器と、
前記第2の熱交換器によって熱回収した前記有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービンに導入して、該二相流タービンを回転して発電する発電機と、
前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、
該媒体タンクから第2の熱交換器に有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記第2の熱交換器から前記二相流ノズルまでの有機媒体の移送配管に、温度計を設け、
該温度計による計測温度を制御部に送り、該制御部において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする低温熱回収システム。
2. A second heat exchanger that recovers heat from the pressurized scavenging that exchanges heat between the pressurized scavenging obtained by compression from the supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A two-phase flow nozzle for converting the organic medium heat-recovered by the second heat exchanger into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase;
A generator for generating electric power by rotating the two-phase flow turbine by introducing a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle into the two-phase flow turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase turbine;
A medium tank for storing an organic medium liquefied by the condenser;
A circulation pump for feeding an organic medium from the medium tank to the second heat exchanger;
A thermometer is provided in the transfer pipe of the organic medium from the second heat exchanger to the two-phase flow nozzle,
The temperature measured by the thermometer is sent to the control unit, and the control unit obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium. Based on the saturation pressure Pa, the control unit maintains the liquid phase in the organic medium. The low-temperature heat recovery system is characterized in that the number of rotations of the circulation pump is controlled.

3.過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記廃熱ガスから熱回収する第1の熱交換器と、
前記過給機から圧縮して得られる加圧掃気と、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記加圧掃気から熱回収する第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器及び第2の熱交換器によって熱回収した有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービンに導入して、該二相流タービンを回転して発電する発電機と、
前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、
該媒体タンクから第1の熱交換器及び第2の熱交換器に有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記第1の熱交換器及び第2の熱交換器から前記二相流ノズルまでの有機媒体の移送配管に、温度計を設け、
該温度計による計測温度を制御部に送り、該制御部において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする低温熱回収システム。
3. A first heat exchanger that recovers heat from the waste heat gas that exchanges heat between the waste heat gas discharged from the motor with a supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A second heat exchanger that recovers heat from the pressurized scavenging that exchanges heat between the pressurized scavenging obtained by compression from the supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A two-phase flow nozzle for converting the organic medium heat-recovered by the first heat exchanger and the second heat exchanger into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase;
A generator for generating electric power by rotating the two-phase flow turbine by introducing a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle into the two-phase flow turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase turbine;
A medium tank for storing an organic medium liquefied by the condenser;
A circulation pump for sending an organic medium from the medium tank to the first heat exchanger and the second heat exchanger;
A thermometer is provided in a transfer pipe for the organic medium from the first heat exchanger and the second heat exchanger to the two-phase flow nozzle,
The temperature measured by the thermometer is sent to the control unit, and the control unit obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium. Based on the saturation pressure Pa, the control unit maintains the liquid phase in the organic medium. The low-temperature heat recovery system is characterized in that the number of rotations of the circulation pump is controlled.

4.前記循環ポンプから有機媒体を送液するラインに第3の熱交換器をさらに備え、
前記原動機に、該原動機からの発熱を吸収する冷却水を通水する冷却配管を設け、
該冷却配管と前記第3の熱交換器の間を循環する冷却水配管を設け、
前記第3の熱交換器で、前記原動機の発熱を吸収して温度上昇した冷却水から、前記有機媒体に、熱移動する構成を有することを特徴とする前記1〜3のいずれかに記載の低温熱回収システム。
4). A third heat exchanger in the line for sending the organic medium from the circulation pump;
The motor is provided with a cooling pipe for passing cooling water that absorbs heat generated from the motor,
Providing a cooling water pipe circulating between the cooling pipe and the third heat exchanger;
The said 3rd heat exchanger has the structure which carries out a heat transfer to the said organic medium from the cooling water which absorbed the heat_generation | fever of the said motor | power_engine, and raised the temperature, The said any one of 1-3 characterized by the above-mentioned. Low temperature heat recovery system.

5.前記制御部は、有機媒体の温度と該温度における飽和圧力とを対応づけた「有機媒体温度‐飽和圧力対応情報」を記憶する記憶部を有し、
前記温度計は、前記有機媒体の温度を計測した計測温度を制御部に送信し、
前記制御部は、前記計測温度を受信すると、前記記憶部に記憶された「有機媒体温度‐飽和圧力対応情報」に基づき、飽和圧力を求め、
次いで、前記求められた飽和圧力に基づき前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする前記1〜4のいずれかに記載の低温熱回収システム。
5. The control unit has a storage unit for storing “organic medium temperature-saturation pressure correspondence information” in which the temperature of the organic medium and the saturation pressure at the temperature are associated with each other.
The thermometer transmits a measured temperature obtained by measuring the temperature of the organic medium to the control unit,
Upon receiving the measured temperature, the control unit obtains a saturation pressure based on the “organic medium temperature-saturation pressure correspondence information” stored in the storage unit,
Next, the number of revolutions of the circulating pump is controlled based on the obtained saturation pressure, and the low-temperature heat recovery system according to any one of 1 to 4 above.

6.前記制御部は、有機媒体が液相を維持するような所定圧力を記憶する記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記飽和圧力に、前記所定圧力を、加算して設定圧力を算出し、
該設定圧力に基づき前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする前記5に記載の低温熱回収システム。
6). The control unit further includes a storage unit that stores a predetermined pressure such that the organic medium maintains a liquid phase,
The control unit calculates a set pressure by adding the predetermined pressure to the saturation pressure,
6. The low-temperature heat recovery system according to 5 above, wherein the number of rotations of the circulation pump is controlled based on the set pressure.

本発明によれば、有機媒体を用いた熱交換において、その有機媒体を気化させないことにより、熱交換器として液相のみを扱い、相変化を伴わない仕様が可能になる。そのため、従来のように熱交換器として蒸発器を必要とせず、熱交換器の構成を簡素にできるだけでなく、設備を小型化できる効果が得られる。   According to the present invention, in heat exchange using an organic medium, the organic medium is not vaporized, so that only the liquid phase is handled as a heat exchanger, and specifications without phase change are possible. Therefore, an evaporator is not required as a heat exchanger as in the prior art, and not only the configuration of the heat exchanger can be simplified, but also the effect of downsizing the equipment can be obtained.

また、本発明によれば、熱交換器から二相流ノズルまでは液相のみであり、従来のように気液分離器を必要とせず、この点でも設備を小型化できる効果が得られる。   In addition, according to the present invention, only the liquid phase is provided from the heat exchanger to the two-phase flow nozzle, so that a gas-liquid separator is not required as in the prior art.

さらに、本発明によれば、熱交換器から二相流タービンまで、有機媒体を液相のまま移送するため、熱交換器から二相流タービンまでの配管の径を細くでき、コスト低下を実現できる。   Furthermore, according to the present invention, since the organic medium is transferred in the liquid phase from the heat exchanger to the two-phase flow turbine, the diameter of the pipe from the heat exchanger to the two-phase flow turbine can be reduced, and the cost can be reduced. it can.

さらにまた、本発明によれば、熱交換器において有機媒体を気化させないことにより、タービン出力を安定化できる効果が得られる。これにより、廃熱が比較的低温の場合であっても有効に回収することができるため、過給機付原動機が備える多岐に亘る廃熱源に対して、汎用性高く適用できる。
さらにまた、本発明によれば、熱交換器において有機媒体を気化させないことにより、液相のみを扱い、飽和圧力のみを見ることで制御ができるため、制御が容易に実現できる。
Furthermore, according to the present invention, an effect of stabilizing the turbine output can be obtained by not evaporating the organic medium in the heat exchanger. As a result, the waste heat can be effectively recovered even when the temperature is relatively low. Therefore, the waste heat source can be applied to a wide variety of waste heat sources provided in the supercharger-equipped motor.
Furthermore, according to the present invention, since the organic medium is not vaporized in the heat exchanger, the control can be easily realized because only the liquid phase is handled and only the saturation pressure is observed.

本発明の低温熱回収システムの一例を示す説明図Explanatory drawing which shows an example of the low-temperature heat recovery system of this invention 制御テーブル例を示す図Diagram showing an example of a control table 本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図Explanatory drawing which shows the other example of the low-temperature heat recovery system of this invention 本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図Explanatory drawing which shows the other example of the low-temperature heat recovery system of this invention 本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図Explanatory drawing which shows the other example of the low-temperature heat recovery system of this invention 本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図Explanatory drawing which shows the other example of the low-temperature heat recovery system of this invention 本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図Explanatory drawing which shows the other example of the low-temperature heat recovery system of this invention

以下、図面に基づいて、本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の低温熱回収システムの一例を示す説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the low-temperature heat recovery system of the present invention.

図示の例は、過給機1付き原動機2から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。   The example of illustration has shown an example in the case of heat | fever recovery from the waste heat gas discharged | emitted from the motor | power_engine 2 with the supercharger 1. FIG.

本発明の低温熱回収システムは、過給機1付き原動機2から排出される廃熱ガスと、液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して、前記廃熱ガスから熱回収する第1の熱交換器3を備え、前記第1の熱交換器3によって熱回収した前記有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズル4を備える。本発明の低温熱回収システムは,船舶用に好ましく適用できる。   The low-temperature heat recovery system of the present invention exchanges heat between the waste heat gas discharged from the prime mover 2 with the supercharger 1 and the organic medium pumped in a liquid phase, and heat is generated from the waste heat gas. A first heat exchanger 3 to be recovered is provided, and a two-phase flow nozzle 4 is provided for converting the organic medium heat recovered by the first heat exchanger 3 into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase. The low-temperature heat recovery system of the present invention can be preferably applied to ships.

そして、本発明の低温熱回収システムは、該二相流ノズル4により生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービン5に導入して、該二相流タービン5を回転して発電する発電機6を備え、前記二相流タービン5から排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器7を備え、該凝縮器7で液化した有機媒体を貯留する媒体タンク8と、該媒体タンク8から第1の熱交換器3に有機媒体を送液する循環ポンプ9を備える。循環ポンプ9の駆動の際に、昇圧補助機能を発揮するため、ブーストポンプ9aを設けてもよいし、また、循環ポンプ9の容量の都合上、ブーストポンプ9aを設けてもよい。   The low-temperature heat recovery system of the present invention introduces a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle 4 into the two-phase flow turbine 5 and rotates the two-phase flow turbine 5. A generator 6 for generating electric power, a condenser 7 for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase flow turbine 5, and a medium tank 8 for storing the organic medium liquefied by the condenser 7, A circulation pump 9 for feeding an organic medium from the medium tank 8 to the first heat exchanger 3 is provided. When the circulation pump 9 is driven, a boost pump 9a may be provided in order to exhibit a boosting assist function, or a boost pump 9a may be provided for the convenience of the capacity of the circulation pump 9.

第1の熱交換器3は、廃熱回収用の熱交換器であり、過給機1付き原動機(エンジン)2から排出される廃熱ガスを煙突20に送る過程で、有機媒体により、廃熱ガスから熱回収する。   The first heat exchanger 3 is a heat exchanger for recovering waste heat. In the process of sending the waste heat gas discharged from the prime mover (engine) 2 with the supercharger 1 to the chimney 20, Heat recovery from hot gas.

過給機1は、原動機2から排出される廃熱ガスにより回転するタービン1aと前記原動機2に供給する掃気を圧縮する圧縮機1bとを備えている。   The supercharger 1 includes a turbine 1 a that is rotated by waste heat gas discharged from the prime mover 2 and a compressor 1 b that compresses scavenging gas supplied to the prime mover 2.

前記有機媒体は、例えば、中低温熱源との熱交換媒体として、代替フロンであるR245fa、R134aなどの低沸点の有機媒体を好ましく用いることができる。   As the organic medium, for example, an organic medium having a low boiling point such as R245fa and R134a which are alternative chlorofluorocarbons can be preferably used as a heat exchange medium with a medium / low temperature heat source.

前記第1の熱交換器3を出た有機媒体は、液相のままで、図示しないタービンユニットに供給される。タービンユニットは少なくとも二相流ノズル4と二相流タービン5で構成されている。   The organic medium exiting the first heat exchanger 3 is supplied to a turbine unit (not shown) while remaining in a liquid phase. The turbine unit includes at least a two-phase flow nozzle 4 and a two-phase flow turbine 5.

二相流ノズル4は、一部が気化し、気相、液相の混合した二相流を生成する。そして、この二相流を二相流ノズル4の先端から高速で排出する。   The two-phase flow nozzle 4 is partially vaporized and generates a two-phase flow in which a gas phase and a liquid phase are mixed. Then, the two-phase flow is discharged from the tip of the two-phase flow nozzle 4 at a high speed.

この時、二相流ノズル4内部では、ノズル先端に向かうに従って、ガスのせん断応力が液相を微小液滴に分割し、ガスの運動量を液滴に伝達する。   At this time, in the two-phase flow nozzle 4, the shearing stress of the gas divides the liquid phase into fine droplets toward the nozzle tip, and the momentum of the gas is transmitted to the droplets.

気相と液相のち密な連成により微小液摘を十分に加速し、二相流ノズル4の先端出口でガス流速と液滴の流速をそろえることができる。ノズルからの二相流の流速は、エロージョン限界速度に比べて十分低くすることが望ましい。   The microfluidization can be sufficiently accelerated by the dense coupling of the gas phase and the liquid phase, and the gas flow rate and the droplet flow rate can be made uniform at the tip outlet of the two-phase flow nozzle 4. It is desirable that the flow rate of the two-phase flow from the nozzle be sufficiently lower than the erosion limit speed.

有機媒体が有する熱エネルギーを有効に運動エネルギーに変換するためには、液滴を可能な限り均一微細化することが望ましい。   In order to effectively convert the thermal energy of the organic medium into kinetic energy, it is desirable to make the droplets as uniform and fine as possible.

また、二相流ノズル4の先端は、二相流タービン5のタービン羽根に向かって所定の向きに配置される。   The tip of the two-phase flow nozzle 4 is arranged in a predetermined direction toward the turbine blades of the two-phase flow turbine 5.

発電機6は、例えば三相誘導発電機を用いた場合、定格回転数(3600rpm)に達すると、図示しない発電機用遮断器が閉じて発電を開始する。   For example, when the generator 6 uses a three-phase induction generator, when the rated rotational speed (3600 rpm) is reached, a generator breaker (not shown) is closed and power generation is started.

発電機6では、二相流ノズル4により生成する気相と液相の二相流を二相流タービン5に導入して、該二相流タービン5を回転して発電する。   In the generator 6, a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase generated by the two-phase flow nozzle 4 is introduced into the two-phase flow turbine 5, and the two-phase flow turbine 5 is rotated to generate electric power.

本発明では、過給機1付き原動機2から排出される廃熱ガスの低温廃熱を回収し、発電を行うことができる。   In the present invention, the low-temperature waste heat of the waste heat gas discharged from the prime mover 2 with the supercharger 1 can be recovered to generate power.

本発明において、過給機付原動機としては、例えば、過給機を備えたディーゼルエンジンやガスエンジンなどを好ましく例示できる。   In the present invention, as a motor with a supercharger, for example, a diesel engine or a gas engine provided with a supercharger can be preferably exemplified.

凝縮器7では、前記二相流タービン5から排出される有機媒体を冷却して液化する。   In the condenser 7, the organic medium discharged from the two-phase flow turbine 5 is cooled and liquefied.

該凝縮器7で液化した有機媒体は、媒体タンク8に貯留される。該媒体タンク8内の液化した有機媒体は、循環ポンプ9によって第1の熱交換器3に移送され、循環使用される。   The organic medium liquefied by the condenser 7 is stored in the medium tank 8. The liquefied organic medium in the medium tank 8 is transferred to the first heat exchanger 3 by the circulation pump 9 and is circulated for use.

循環ポンプ9は、エンジン負荷に応じて第1の熱交換器3内で、蒸発が起きない熱媒体圧力を保持するように、 VFD(Variable Frequency Driver)により回転数制御される。起動時は、有機媒体の温度が低いため循環ポンプ9の回転数はゼロとなるようにして、有機媒体の循環は図示しないブーストポンフ9aによって行なうようにしてもよい。   The rotation speed of the circulation pump 9 is controlled by a VFD (Variable Frequency Driver) so as to maintain a heat medium pressure at which evaporation does not occur in the first heat exchanger 3 in accordance with the engine load. At the time of start-up, since the temperature of the organic medium is low, the rotation speed of the circulation pump 9 may be zero, and the circulation of the organic medium may be performed by a boost pump 9a (not shown).

上記のように、第1の熱交換器3において有機媒体を気化させないことにより、第1の熱交換器3として液相のみを扱い、相変化を伴わない仕様が可能になる。そのため、従来のように第1の熱交換器3として蒸発器または気化器を必要とせず、熱交換器の構成を簡素にできるだけでなく、設備を小型化できる効果が得られる。   As described above, by not evaporating the organic medium in the first heat exchanger 3, only the liquid phase is handled as the first heat exchanger 3, and specifications without phase change are possible. Therefore, an evaporator or a vaporizer is not required as the first heat exchanger 3 as in the prior art, and not only the configuration of the heat exchanger can be simplified, but also the effect of downsizing the equipment can be obtained.

更に、有機媒体の一部気化は、図示しないタービンユニットに内蔵される二相流ノズル4内で行われるため、第1の熱交換器3から二相流ノズル4までは液相のみであり、従来のように気液分離器を必要とせず、この点でも設備を小型化できる効果が得られる。   Furthermore, since partial vaporization of the organic medium is performed in a two-phase flow nozzle 4 built in a turbine unit (not shown), only the liquid phase is from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow nozzle 4. There is no need for a gas-liquid separator as in the prior art, and in this respect, the effect of reducing the size of the equipment can be obtained.

また、第1の熱交換器3から二相流ノズル4まで、有機媒体を液相のまま移送するため、第1の熱交換器3から二相流ノズル4までの配管の径を細くでき、コスト低下を実現できる。   Moreover, since the organic medium is transferred from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow nozzle 4 in a liquid phase, the diameter of the pipe from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow nozzle 4 can be reduced, Cost reduction can be realized.

具体的には、実施例で示したように、従来のように気相の状態で移送する場合に対して、第1の熱交換器3から二相流ノズル4までの配管の径を、2サイズダウンできる。このことも、設備の小型化に寄与する。   Specifically, as shown in the embodiment, the diameter of the pipe from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow nozzle 4 is set to 2 with respect to the case where the gas phase is transferred in the conventional manner. The size can be reduced. This also contributes to downsizing of the equipment.

特に船舶内の限られたスペースにおいて、設備の小型化は、優れた効果となる。   Especially in a limited space in a ship, downsizing of the equipment is an excellent effect.

また、従来は、廃熱温度が低い際に第1の熱交換器において圧力を下げなければ有機媒体が十分に気化されず、タービン出力が低下する問題があったが、上記のように、第1の熱交換器3において有機媒体を気化させないことにより、タービン出力を安定化できる効果が得られる。これにより、廃熱が比較的低温の場合であっても有効に回収することができるため、過給機付原動機が備える多岐に亘る廃熱源に対して、汎用性高く適用できる。   Conventionally, when the waste heat temperature is low, the organic medium is not sufficiently vaporized unless the pressure is reduced in the first heat exchanger, and the turbine output is reduced. By not vaporizing the organic medium in the heat exchanger 3 of 1, the effect of stabilizing the turbine output can be obtained. As a result, the waste heat can be effectively recovered even when the temperature is relatively low. Therefore, the waste heat source can be applied to a wide variety of waste heat sources provided in the supercharger-equipped motor.

また更に、二相流ジェットにより二相流タービン5を駆動することにより、タービンブレードのエロージョンを防止できる効果も得られる。   Furthermore, by driving the two-phase flow turbine 5 with a two-phase flow jet, an effect of preventing erosion of the turbine blade can be obtained.

本発明における第1の制御は、第1の熱交換器3から二相流タービン5まで、有機媒体を液相のまま移送する制御である。   The first control in the present invention is a control for transferring the organic medium from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow turbine 5 in a liquid phase.

前記第1の熱交換器から二相流ノズル4までの有機媒体の移送配管10に、温度計31を設け、該温度計31は有機媒体の温度を計測し、計測温度を制御部12に送り、該制御部12において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部12は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプ9の回転数を制御する。   A thermometer 31 is provided in the organic medium transfer pipe 10 from the first heat exchanger to the two-phase flow nozzle 4, and the thermometer 31 measures the temperature of the organic medium and sends the measured temperature to the control unit 12. The control unit 12 obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium, and based on the saturation pressure Pa, the control unit 12 rotates the circulation pump 9 so that the organic medium maintains a liquid phase. Control the number.

以下に、図2に基づいて、具体的な制御の一例を説明する。
制御部12は、有機媒体の温度と該温度における飽和圧力とを対応づけたテーブルIを記憶する記憶部120を有することが好ましい。
An example of specific control will be described below based on FIG.
The control unit 12 preferably includes a storage unit 120 that stores a table I that associates the temperature of the organic medium with the saturation pressure at the temperature.

かかるテーブルIを用いて、以下のようにして制御を行う。すなわち、制御部12は、前記温度計31により前記有機媒体の温度を計測し、前記温度計31から該計測温度を受信する。ここで、温度計31からの計測温度は常時制御部に送信し、制御部12は常時有機媒体の温度を監視できるようにしておくことが好ましい。   Using the table I, control is performed as follows. That is, the control unit 12 measures the temperature of the organic medium with the thermometer 31 and receives the measured temperature from the thermometer 31. Here, it is preferable that the measured temperature from the thermometer 31 is always transmitted to the control unit, and the control unit 12 can constantly monitor the temperature of the organic medium.

次いで、前記制御部12は、前記テーブルIに基づき前記受信した計測温度に対応する飽和圧力を呼び出す。   Next, the control unit 12 calls a saturation pressure corresponding to the received measured temperature based on the table I.

次いで、呼び出された該飽和圧力に、所定圧力を加算した設定圧力を算出する。ここで、所定圧力は、配管の圧力損失や、第1の熱交換器における圧力損失などを考慮した圧力をいう。   Next, a set pressure obtained by adding a predetermined pressure to the called saturation pressure is calculated. Here, the predetermined pressure refers to a pressure that takes into account the pressure loss of the piping, the pressure loss in the first heat exchanger, and the like.

次いで、PID制御を行うため、前記算出された設定圧力に基づいた液相を維持するためのポンプ回転数を算出する。   Next, in order to perform PID control, a pump rotation number for maintaining a liquid phase based on the calculated set pressure is calculated.

次いで、PID制御により、後述するVFDを作用させて、算出された設定圧力を保持するように循環ポンプ9のポンプ回転数を算出されたポンプ回転数に合わせるよう調整する。   Next, a VFD described later is applied by PID control to adjust the pump rotational speed of the circulation pump 9 to match the calculated pump rotational speed so as to maintain the calculated set pressure.

なお、循環ポンプ9の回転数は、設定圧力に基づき算出された回転数に基づいて制御される。したがって、循環ポンプ9の吐出圧は、飽和圧力に圧損等の所定圧力を加算して算出される設定圧力と実質的に変わらない。   The rotation speed of the circulation pump 9 is controlled based on the rotation speed calculated based on the set pressure. Therefore, the discharge pressure of the circulation pump 9 is not substantially different from the set pressure calculated by adding a predetermined pressure such as pressure loss to the saturation pressure.

また、圧力計32は、第1の熱交換器3から二相流ノズル4に至る移送配管10の圧力を計測することができる。   In addition, the pressure gauge 32 can measure the pressure of the transfer pipe 10 from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow nozzle 4.

以上の一例では、テーブルを用いた制御の一例を説明したが、有機媒体の温度と該温度における飽和圧力とを対応づけたテーブルIを用いずに、有機媒体の温度と飽和圧力との近似式を用いて、該温度に基づき飽和圧力を算出することもできる。   In the above example, an example of control using a table has been described, but without using Table I that associates the temperature of the organic medium and the saturation pressure at the temperature, an approximate expression of the temperature and saturation pressure of the organic medium. And the saturation pressure can be calculated based on the temperature.

また、PID制御を用いずに、設定圧力と循環ポンプの回転数とを対応付けたテーブルIIを用いて、算出された設定圧力に基づき、ポンプの回転数を求めることもできる。これにより、算出された設定圧力に基づき循環ポンプ9のポンプ回転数を制御することもできる。   Further, the rotation speed of the pump can be obtained based on the calculated set pressure using the table II in which the set pressure is associated with the rotation speed of the circulation pump without using the PID control. Thereby, the pump rotation speed of the circulation pump 9 can also be controlled based on the calculated set pressure.

なお、ポンプ回転数と共に弁の開度の調節とを併用することにより有機媒体の圧力を制御することもできる。   Note that the pressure of the organic medium can be controlled by using the adjustment of the opening degree of the valve together with the pump rotation speed.

起動時、タービン遮断弁33は閉じており、バイパス調節弁35は開いている状態であり、ブーストポンプ9aに引き続き、循環ポンプ9が自動起動し、有機媒体をバイパスライン11に通して、タービンバイパス運転を開始する。   At the time of start-up, the turbine shut-off valve 33 is closed and the bypass adjusting valve 35 is in the open state. Subsequently to the boost pump 9a, the circulation pump 9 is automatically started, and the organic medium is passed through the bypass line 11 so that the turbine bypass Start driving.

原動機2から排出された廃熱ガスが第1の熱交換器3を通過する際の温度は、原動機2の負荷に応じて上昇し、それに伴って有機媒体の温度も上昇する。   The temperature at which the waste heat gas discharged from the prime mover 2 passes through the first heat exchanger 3 rises according to the load on the prime mover 2, and the temperature of the organic medium rises accordingly.

性能試験では原動機負荷60%で有機媒体温度が80℃程度になり、所定の有機媒体流量及び圧力を維持するために循環ポンプ9の回転数が徐々に増加する。   In the performance test, the temperature of the organic medium reaches about 80 ° C. with a motor load of 60%, and the rotational speed of the circulation pump 9 gradually increases in order to maintain a predetermined organic medium flow rate and pressure.

本発明において、第2の制御は、前記第1の熱交換器と前記気液二相流ノズルとの間に有機媒体を液相に維持しつつ、第1の熱交換器の出口の温度が所定温度以上である場合に、タービンへの有機媒体供給の制御を行う。   In the present invention, the second control is such that the temperature of the outlet of the first heat exchanger is maintained while maintaining the organic medium in a liquid phase between the first heat exchanger and the gas-liquid two-phase flow nozzle. When the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the organic medium supply to the turbine is controlled.

運転開始時、第1の熱交換器3から二相流ノズル4に至る有機媒体の移送配管10に設けられているタービン遮断弁33及びタービン調節弁34は閉じられた状態にあり、バイパスライン11に設けられているバイパス調節弁35は開いている状態にある。   At the start of operation, the turbine shut-off valve 33 and the turbine control valve 34 provided in the transfer pipe 10 for the organic medium from the first heat exchanger 3 to the two-phase flow nozzle 4 are closed, and the bypass line 11 The bypass control valve 35 provided in is in an open state.

制御部12が温度計31から送られる温度を受信し、その温度が所定温度に達したと判断したら、タービン遮断弁33とタービン調節弁34を開き、バイパス調節弁35を閉じる。これにより、バイパスライン11から、第1の熱交換器3から二相流ノズル4に至る移送配管10に切り替えが行われる。   When the control unit 12 receives the temperature sent from the thermometer 31 and determines that the temperature has reached a predetermined temperature, the turbine cutoff valve 33 and the turbine control valve 34 are opened, and the bypass control valve 35 is closed. As a result, the transfer line 10 is switched from the bypass line 11 to the two-phase flow nozzle 4 from the first heat exchanger 3.

上記切り替えが行われ、二相流タービン5が駆動することにより、発電機6が駆動すると、発電が行われる。二相流タービン5に接続された発電機6は、例えば三相誘導発電機を用いた場合、定格回転数(3600rpm)に達すると、図示しない発電機用遮断器が閉じて発電を開始する。   When the switching is performed and the two-phase turbine 5 is driven, and the generator 6 is driven, power generation is performed. When the generator 6 connected to the two-phase flow turbine 5 uses a three-phase induction generator, for example, when the rated rotational speed (3600 rpm) is reached, a generator breaker (not shown) is closed and power generation is started.

低温廃熱回収システムの試験運転に於いて、エンジン負荷が100%に達した後は、廃熱量の約8%程度の発電を確認した。   In the test operation of the low-temperature waste heat recovery system, after the engine load reached 100%, power generation of about 8% of the waste heat amount was confirmed.

二相流タービン5の通常停止は、タービン調節弁34からバイパス調節弁35への切り替えが徐々に行われ、低温熱回収システムは移送配管10からバイパスライン11への運転モードに移行する。発電出力がゼロになると、発電機用遮断器が開き、同時にタービン遮断弁33が閉じる。   In the normal stop of the two-phase flow turbine 5, the switching from the turbine control valve 34 to the bypass control valve 35 is gradually performed, and the low-temperature heat recovery system shifts to the operation mode from the transfer pipe 10 to the bypass line 11. When the power generation output becomes zero, the generator circuit breaker is opened and at the same time the turbine shut-off valve 33 is closed.

本発明の低温熱回収システムは、VPC(Variable Phase Cycle)発電システムであり、VPCは、原動機1の運転状況に関わらず、常時停止することができる。また、図示しない冷却海水ポンプは、船体側と併用している場合、VPCの停止と関係なく停止することはできないが、VPC専用の場合、VPCの停止後に停止させることができる   The low-temperature heat recovery system of the present invention is a VPC (Variable Phase Cycle) power generation system, and the VPC can always be stopped regardless of the operating state of the prime mover 1. In addition, a cooling seawater pump (not shown) cannot be stopped regardless of the stop of the VPC when used in combination with the hull side, but can be stopped after the stop of the VPC when dedicated to the VPC.

図3は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す図である。図中、図1と同符号により示される構成については、図1を参照してした説明を援用することができる。   FIG. 3 is a diagram showing another example of the low-temperature heat recovery system of the present invention. In the figure, the description given with reference to FIG. 1 can be used for the configuration indicated by the same reference numerals as in FIG.

図示の例は、過給機1に備えられた圧縮機1bで圧縮された加圧掃気から熱回収を行う場合の一例を示している。   The illustrated example shows an example in the case where heat recovery is performed from the pressurized scavenge compressed by the compressor 1 b provided in the supercharger 1.

本発明の他の好ましい実施形態における船舶用低温熱回収システムは、過給機1に備えられた圧縮機1bで圧縮された加圧掃気と、液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して、前記加圧掃気から熱回収する第2の熱交換器13を備えている。   In another preferred embodiment of the present invention, the marine low-temperature heat recovery system is provided between a pressurized scavenge compressed by a compressor 1b provided in the supercharger 1 and an organic medium pumped in a liquid phase. And a second heat exchanger 13 that performs heat exchange and recovers heat from the pressurized scavenging.

第2の熱交換器13は、過給機1に備えられた圧縮機1bで圧縮された加圧掃気から余剰熱を有機媒体により回収する熱交換器であり、過給機1の圧縮機1bで圧縮され、原動機2に供給する加圧掃気を有機媒体により冷却し熱回収する。なお、40はボイラーを用いることができる。   The second heat exchanger 13 is a heat exchanger that recovers surplus heat from the pressurized scavenge compressed by the compressor 1 b provided in the supercharger 1 using an organic medium, and the compressor 1 b of the supercharger 1. The pressurized scavenging air that is compressed in step S3 and supplied to the prime mover 2 is cooled by an organic medium and recovered. In addition, 40 can use a boiler.

図4は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す図である。図中、図1及び図3と同符号により示される構成については、図1及び図3を参照してした説明を援用することができる。   FIG. 4 is a diagram showing another example of the low-temperature heat recovery system of the present invention. In the figure, for the configuration indicated by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 3, the description with reference to FIGS. 1 and 3 can be used.

図示の例は、過給機1に備えられた圧縮機1bで圧縮された加圧掃気から熱回収を行い、過給機1付き原動機2から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。   In the illustrated example, heat is recovered from the pressurized scavenge compressed by the compressor 1b provided in the supercharger 1, and heat is recovered from the waste heat gas discharged from the motor 2 with the supercharger 1. Is shown.

図5は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す図である。図中、図1と同符号により示される構成については、図1を参照してした説明を援用することができる。   FIG. 5 is a diagram showing another example of the low-temperature heat recovery system of the present invention. In the figure, the description given with reference to FIG. 1 can be used for the configuration indicated by the same reference numerals as in FIG.

図示の例は、過給機1付き原動機2を冷却する冷却水から廃熱回収を行い、過給機1付き原動機2から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。   The illustrated example shows an example in which waste heat is recovered from the cooling water that cools the prime mover 2 with the supercharger 1, and heat is recovered from the waste heat gas discharged from the prime mover 2 with the supercharger 1.

原動機2の周囲には、冷却配管16が設けられ、原動機2からの廃熱は、冷却配管16内の冷却水に回収される。   A cooling pipe 16 is provided around the prime mover 2, and waste heat from the prime mover 2 is recovered into cooling water in the cooling pipe 16.

該冷却配管16と第3の熱交換器14の間に、冷却水が通水する冷却水配管15を設け、冷却配管16内の冷却水が通水するように構成されている。   A cooling water pipe 15 through which the cooling water flows is provided between the cooling pipe 16 and the third heat exchanger 14, and the cooling water in the cooling pipe 16 is configured to flow therethrough.

第3の熱交換器14は、かかる冷却水から、有機媒体に廃熱を回収する。   The third heat exchanger 14 recovers waste heat from the cooling water to an organic medium.

なお、第3の熱交換器14により熱回収され冷却された冷却水は、再び冷却配管16に導入され、原動機2の冷却に寄与する構成にすることも好ましい。   The cooling water recovered and cooled by the third heat exchanger 14 is preferably introduced again into the cooling pipe 16 so as to contribute to cooling the prime mover 2.

図6は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す図である。図中、図1、図3及び図5と同符号により示される構成については、図1、図3及び図5を参照してした説明を援用することができる。   FIG. 6 is a diagram showing another example of the low-temperature heat recovery system of the present invention. In the figure, the description given with reference to FIGS. 1, 3 and 5 can be applied to the configuration indicated by the same reference numerals as those in FIGS.

図示の例は、過給機1付き原動機2を冷却する冷却水から廃熱回収を行い、過給機1に備えられた圧縮機1bで圧縮された加圧掃気から余剰熱回収を行う場合の一例を示している。   In the illustrated example, waste heat is recovered from the cooling water that cools the prime mover 2 with the supercharger 1, and excess heat is recovered from the pressurized scavenge compressed by the compressor 1 b provided in the supercharger 1. An example is shown.

図7は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す図である。図中、図1、図3及び図5と同符号により示される構成については、図1、図3及び図5を参照してした説明を援用することができる。   FIG. 7 is a diagram showing another example of the low-temperature heat recovery system of the present invention. In the figure, the description given with reference to FIGS. 1, 3 and 5 can be applied to the configuration indicated by the same reference numerals as those in FIGS.

図示の例は、過給機1付き原動機2を冷却する冷却水から廃熱回収を行い、過給機1に備えられた圧縮機1bで圧縮された加圧掃気から余剰熱回収を行い、さらに過給機1付き原動機2から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。   In the illustrated example, waste heat is recovered from the cooling water that cools the prime mover 2 with the supercharger 1, excess heat is recovered from the pressurized scavenge compressed by the compressor 1 b provided in the supercharger 1, and An example in the case of recovering heat from waste heat gas discharged from the motor 2 with the supercharger 1 is shown.

本発明では、発電機6の負荷遮断などの緊急時に、原則、タービン遮断弁33で移送配管10の二相流タービン5への流路を遮断することにより、有機媒体が流入しないように対応している。   In the present invention, in the event of an emergency such as a load interruption of the generator 6, in principle, the turbine cutoff valve 33 blocks the flow path of the transfer pipe 10 to the two-phase flow turbine 5 to prevent the organic medium from flowing in. ing.

以下に、本発明の実施例により、本発明の効果を例証する。   The effects of the present invention will be illustrated below by examples of the present invention.

実験1
第1の熱交換器出口での移送配管10内の有機媒体の状態が100%液相である場合に、熱交換器出口の移送配管10内の有機媒体圧力(MPaA)、温度(℃)、密度(kg/m)、流量(kg/h)、流速(m/s)、口径(A)は、表1の通りであった。なお、MPaAは絶対圧を示している。
Experiment 1
When the state of the organic medium in the transfer pipe 10 at the first heat exchanger outlet is 100% liquid phase, the organic medium pressure (MPaA), temperature (° C.) in the transfer pipe 10 at the heat exchanger outlet, Table 1 shows the density (kg / m 3 ), flow rate (kg / h), flow rate (m / s), and diameter (A). In addition, MPaA has shown the absolute pressure.

比較実験1
第1の熱交換器出口での移送配管10内の有機媒体の状態が100%気相である場合に、熱交換器出口の移送配管10内の有機媒体圧力(MPaA)、温度(℃)、密度(kg/m)、流量(kg/h)、流速(m/s)、口径(A)は、表1の通りであった。
Comparative experiment 1
When the state of the organic medium in the transfer pipe 10 at the first heat exchanger outlet is 100% gas phase, the organic medium pressure (MPaA), temperature (° C.) in the transfer pipe 10 at the heat exchanger outlet, Table 1 shows the density (kg / m 3 ), flow rate (kg / h), flow rate (m / s), and diameter (A).

Figure 2016160869
Figure 2016160869

表1より、熱交換器出口配管内で、100%液相のままの場合、100%気化させる場合と比較して、配管は150A(6インチ)から100A(4インチ)と、2サイズダウンとなり、経済的であることがわかる。   According to Table 1, when the 100% liquid phase is maintained in the heat exchanger outlet pipe, the pipe size is reduced by two sizes from 150A (6 inches) to 100A (4 inches) compared to 100% vaporization. It turns out to be economical.

従って、本発明は、第1の熱交換器3及び第2の熱交換器13のいずれにおいても、有機媒体は、液相のままで(液状で)、熱交換媒体として機能する   Therefore, according to the present invention, in both the first heat exchanger 3 and the second heat exchanger 13, the organic medium remains in a liquid phase (in a liquid state) and functions as a heat exchange medium.

なお、本発明は、図1において、所定圧力は、配管の圧力損失や、第1の熱交換器における圧力損失などを考慮した圧力をいうと説明したが、図3〜図7において、所定圧力には、第2の熱交換器13、第3の熱交換器14における圧力損失などを考慮した圧力が含まれる。   In addition, although this invention demonstrated that the predetermined pressure in FIG. 1 said the pressure which considered the pressure loss of piping, the pressure loss in a 1st heat exchanger, etc., in FIG. The pressure includes the pressure in consideration of the pressure loss in the second heat exchanger 13 and the third heat exchanger 14.

従って、本発明は、図1〜図7の実施態様のいずれにおいても、有機媒体の温度のみで、有機媒体を液相のまま、熱交換媒体として機能させるため、シンプルな制御をすることができる。   Accordingly, in any of the embodiments of FIGS. 1 to 7, the present invention allows simple control because the organic medium functions as a heat exchange medium in the liquid phase only by the temperature of the organic medium. .

1:過給機
1a:タービン
1b:圧縮機
2:原動機
3:第1の熱交換器
4:二相流ノズル
5:二相流タービン
6:発電機
7:凝縮器
8:媒体タンク
9:循環ポンプ
9a:ブーストポンプ
10:移送配管
11:バイパスライン
12:制御部
120:記憶部
13:第2の熱交換器
14:第3の熱交換器
15:冷却水配管
16:冷却配管
20:煙突
31:温度計
32:圧力計
33:タービン遮断弁
34:タービン調節弁
35:バイパス調節弁
40:ボイラー
1: Supercharger 1a: Turbine 1b: Compressor 2: Primer 3: First heat exchanger 4: Two-phase flow nozzle 5: Two-phase flow turbine 6: Generator 7: Condenser 8: Medium tank 9: Circulation Pump 9a: Boost pump 10: Transfer piping 11: Bypass line 12: Control unit 120: Storage unit 13: Second heat exchanger 14: Third heat exchanger 15: Cooling water piping 16: Cooling piping 20: Chimney 31 : Thermometer 32: Pressure gauge 33: Turbine shutoff valve 34: Turbine control valve 35: Bypass control valve 40: Boiler

Claims (6)

過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記廃熱ガスから熱回収する第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器によって熱回収した前記有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービンに導入して、該二相流タービンを回転して発電する発電機と、
前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、
該媒体タンクから第1の熱交換器に有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記第1の熱交換器から前記二相流ノズルまでの有機媒体の移送配管に、温度計を設け、
該温度計による計測温度を制御部に送り、該制御部において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする低温熱回収システム。
A first heat exchanger that recovers heat from the waste heat gas that exchanges heat between the waste heat gas discharged from the motor with a supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A two-phase flow nozzle for converting the organic medium heat recovered by the first heat exchanger into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase;
A generator for generating electric power by rotating the two-phase flow turbine by introducing a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle into the two-phase flow turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase turbine;
A medium tank for storing an organic medium liquefied by the condenser;
A circulation pump for sending an organic medium from the medium tank to the first heat exchanger;
A thermometer is provided in the transfer pipe of the organic medium from the first heat exchanger to the two-phase flow nozzle,
The temperature measured by the thermometer is sent to the control unit, and the control unit obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium. Based on the saturation pressure Pa, the control unit maintains the liquid phase in the organic medium. The low-temperature heat recovery system is characterized in that the number of rotations of the circulation pump is controlled.
前記過給機から圧縮して得られる加圧掃気と、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記加圧掃気から熱回収する第2の熱交換器と、
前記第2の熱交換器によって熱回収した前記有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービンに導入して、該二相流タービンを回転して発電する発電機と、
前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、
該媒体タンクから第2の熱交換器に有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記第2の熱交換器から前記二相流ノズルまでの有機媒体の移送配管に、温度計を設け、
該温度計による計測温度を制御部に送り、該制御部において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする低温熱回収システム。
A second heat exchanger that recovers heat from the pressurized scavenging that exchanges heat between the pressurized scavenging obtained by compression from the supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A two-phase flow nozzle for converting the organic medium heat-recovered by the second heat exchanger into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase;
A generator for generating electric power by rotating the two-phase flow turbine by introducing a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle into the two-phase flow turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase turbine;
A medium tank for storing an organic medium liquefied by the condenser;
A circulation pump for feeding an organic medium from the medium tank to the second heat exchanger;
A thermometer is provided in the transfer pipe of the organic medium from the second heat exchanger to the two-phase flow nozzle,
The temperature measured by the thermometer is sent to the control unit, and the control unit obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium. Based on the saturation pressure Pa, the control unit maintains the liquid phase in the organic medium. The low-temperature heat recovery system is characterized in that the number of rotations of the circulation pump is controlled.
過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記廃熱ガスから熱回収する第1の熱交換器と、
前記過給機から圧縮して得られる加圧掃気と、液相の状態で圧送される有機媒体とを熱交換する前記加圧掃気から熱回収する第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器及び第2の熱交換器によって熱回収した有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービンに導入して、該二相流タービンを回転して発電する発電機と、
前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、
該媒体タンクから第1の熱交換器及び第2の熱交換器に有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記第1の熱交換器及び第2の熱交換器から前記二相流ノズルまでの有機媒体の移送配管に、温度計を設け、
該温度計による計測温度を制御部に送り、該制御部において該有機媒体の温度に対応する飽和圧力Paを求め、該飽和圧力Paに基づき、該制御部は、該有機媒体が液相を維持するように前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする低温熱回収システム。
A first heat exchanger that recovers heat from the waste heat gas that exchanges heat between the waste heat gas discharged from the motor with a supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A second heat exchanger that recovers heat from the pressurized scavenging that exchanges heat between the pressurized scavenging obtained by compression from the supercharger and the organic medium that is pumped in a liquid phase;
A two-phase flow nozzle for converting the organic medium heat-recovered by the first heat exchanger and the second heat exchanger into a two-phase flow of a gas phase and a liquid phase;
A generator for generating electric power by rotating the two-phase flow turbine by introducing a gas-phase and liquid-phase two-phase flow jet generated by the two-phase flow nozzle into the two-phase flow turbine;
A condenser for cooling and liquefying the organic medium discharged from the two-phase turbine;
A medium tank for storing an organic medium liquefied by the condenser;
A circulation pump for sending an organic medium from the medium tank to the first heat exchanger and the second heat exchanger;
A thermometer is provided in a transfer pipe for the organic medium from the first heat exchanger and the second heat exchanger to the two-phase flow nozzle,
The temperature measured by the thermometer is sent to the control unit, and the control unit obtains a saturation pressure Pa corresponding to the temperature of the organic medium. Based on the saturation pressure Pa, the control unit maintains the liquid phase in the organic medium. The low-temperature heat recovery system is characterized in that the number of rotations of the circulation pump is controlled.
前記循環ポンプから有機媒体を送液するラインに第3の熱交換器をさらに備え、
前記原動機に、該原動機からの発熱を吸収する冷却水を通水する冷却配管を設け、
該冷却配管と前記第3の熱交換器の間を冷却水が通水する冷却水配管を設け、
前記第3の熱交換器で、前記原動機の発熱を吸収して温度上昇した冷却水から、前記有機媒体に、熱移動する構成を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の低温熱回収システム。
A third heat exchanger in the line for sending the organic medium from the circulation pump;
The motor is provided with a cooling pipe for passing cooling water that absorbs heat generated from the motor,
Providing a cooling water pipe through which cooling water flows between the cooling pipe and the third heat exchanger;
The said 3rd heat exchanger has a structure which carries out heat transfer to the said organic medium from the cooling water which absorbed the heat_generation | fever of the said motor | power_engine, and rose in temperature. Low temperature heat recovery system.
前記制御部は、有機媒体の温度と該温度における飽和圧力とを対応づけた「有機媒体温度‐飽和圧力対応情報」を記憶する記憶部を有し、
前記温度計は、前記有機媒体の温度を計測した計測温度を制御部に送信し、
前記制御部は、前記計測温度を受信すると、前記記憶部に記憶された「有機媒体温度‐飽和圧力対応情報」に基づき、飽和圧力を求め、
次いで、前記求められた飽和圧力に基づき前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の低温熱回収システム。
The control unit has a storage unit for storing “organic medium temperature-saturation pressure correspondence information” in which the temperature of the organic medium and the saturation pressure at the temperature are associated with each other.
The thermometer transmits a measured temperature obtained by measuring the temperature of the organic medium to the control unit,
Upon receiving the measured temperature, the control unit obtains a saturation pressure based on the “organic medium temperature-saturation pressure correspondence information” stored in the storage unit,
5. The low-temperature heat recovery system according to claim 1, wherein the number of revolutions of the circulation pump is controlled based on the obtained saturation pressure.
前記制御部は、有機媒体が液相を維持するような所定圧力を記憶する記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記飽和圧力に、前記所定圧力情報に基づいた所定圧力を、加算して設定圧力を算出し、
該設定圧力に基づき前記循環ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項5に記載の低温熱回収システム。
The control unit further includes a storage unit that stores a predetermined pressure such that the organic medium maintains a liquid phase,
The control unit calculates a set pressure by adding a predetermined pressure based on the predetermined pressure information to the saturation pressure,
6. The low-temperature heat recovery system according to claim 5, wherein the number of rotations of the circulation pump is controlled based on the set pressure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109695512A (en) * 2019-01-28 2019-04-30 南通大学 A kind of marine vehicle diesel residual heat utilizes multi-function device

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