JP2018155099A - 過給空気冷却ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現可能な過給空気冷却ユニットを提供することである。【解決手段】過給空気冷却ユニットＸ１は、過給機１からエンジン２へ供給される過給空気を冷却するための単一の冷却器５と、過給空気との間で熱交換される作動媒体の通過を許容する第１冷却部６２と、第１冷却部６２において気化した作動媒体が流入する膨張機６３と、膨張機６３の動力を回収する動力回収機６４と、を有するエネルギー回収装置６と、過給空気との間において熱交換される冷却媒体の通過を許容する第２冷却部８２ｂを有する冷却装置８と、を備え、第１冷却部６２および第２冷却部８２ｂは、冷却器５に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、過給空気冷却ユニットに関連する。

従来、船舶等のエンジンに供給される過給空気を冷却する過給空気冷却ユニットが知られている。このような過給空気冷却ユニットの一例として、特許文献１には、エンジンと過給機とを繋ぐ吸気ラインと、吸気ラインを通過する過給空気の熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、吸気ラインを通過する過給空気を冷却するガスクーラと、が記載されている。

特許文献１では、排熱回収装置は、作動媒体を加熱する加熱器と、加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に繋がる動力回収機と、を有している。そして、加熱器において吸気ラインを通過する過給空気と作動媒体との間で熱交換を行わせることにより、過給空気を冷却させつつ作動媒体を蒸発させ、当該蒸発した作動媒体を膨張機に流入させることにより、動力回収機において熱エネルギーを回収する。

また、特許文献１では、ガスクーラは、排熱回収装置の加熱器よりも過給空気の流れ方向の下流側に位置しており、当該ガスクーラ内に設けられた吸気ラインを通過する過給空気と冷却媒体との間で熱交換を行わせることにより、当該過給空気をさらに冷却する。

特開２０１５−２００１８１号公報

特許文献１では、排熱回収装置の加熱器とガスクーラとによって過給空気を冷却することができるため、加熱器およびガスクーラのいずれか一方に不具合が生じた場合であっても過給空気を冷却することができる。しかしながら、加熱器とガスクーラとは、別個に設けられているため、過給機とエンジンとの間における配置スペースを広く確保する必要があり、過給空気冷却ユニットの全体が大型化してしまう虞がある。

本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、その目的は、小型化を実現可能な過給空気冷却ユニットを提供することである。

本発明に係る過給空気冷却ユニットは、過給機からエンジンへ供給される過給空気を冷却するための単一の冷却器と、前記過給空気との間で熱交換される作動媒体の通過を許容する第１冷却部と、前記第１冷却部において気化した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、を有するエネルギー回収装置と、前記過給空気との間において熱交換される冷却媒体の通過を許容する第２冷却部を有する冷却装置と、を備え、前記第１冷却部および前記第２冷却部は、前記冷却器によって設けられている。

上記の過給空気冷却ユニットは、エネルギー回収装置の第１冷却部および冷却装置の第２冷却部のそれぞれが単一の冷却器に設けられている。このため、単一の冷却器によって、エネルギー回収装置の作動媒体と過給空気との熱交換による当該過給空気の冷却が可能であるとともに、冷却装置の冷却媒体と過給空気との熱交換による当該過給空気に冷却が可能である。このように、上記の過給空気冷却ユニットでは、作動媒体による過給空気の冷却と冷却媒体による過給空気の冷却とが単一の冷却器において達成されるため、別個に設けられた２つの冷却器のそれぞれにおいて作動媒体による冷却と冷却媒体による冷却とを達成する場合に比べて、小型化を実現することができる。

前記エネルギー回収装置は、前記膨張機から流出した前記作動媒体を凝縮する凝縮部を有し、前記冷却装置は、前記冷却媒体の供給源からの前記冷却媒体が供給されるとともに前記第２冷却部を含む第１流路と、前記第１流路とは分岐するように当該第１流路に繋がっており前記供給源から供給された前記冷却媒体を前記凝縮部の前記作動媒体との間で熱交換させる第３冷却部を含む第２流路と、を有することが好ましい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、冷却装置は、冷却媒体の供給源に繋がるとともに互いに分岐する第１流路および第２流路を有している。このため、第１，２流路を通じて、単一の供給源から第２冷却部および第３冷却部のそれぞれに対して冷却媒体を供給することができ、過給空気冷却ユニットの構成を簡略化しつつ過給空気の冷却と作動媒体の凝縮のそれぞれを達成することができる。

前記冷却器において冷却された前記過給空気の温度に関する情報を検知可能な検知センサと、前記検知センサから前記情報を受ける制御部と、をさらに備え、前記冷却装置は、前記第１流路に供給される前記冷却媒体の流量である第１流量と前記第２流路に供給される前記冷却媒体の流量である第２流量との割合を調整可能な流量調整部を有し、前記制御部は、前記第１流量が前記第２流量よりも少ない状態において、前記検知センサから受けた前記情報に基づいて前記冷却器において冷却された前記過給空気の温度が予め設定された所定温度以上であると判定した場合に、前記第１流量が前記第２流量よりも多くなるように前記流量調整部の制御を行うことが好ましい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、検知センサから受けた過給空気の温度に関する情報に基づいて制御部が流量調整部の制御を行うことにより、エネルギー回収装置に不具合が生じた場合であっても過給空気を確実に冷却することができる。具体的には以下のとおりである。

上記の過給空気冷却ユニットでは、エネルギー回収装置が正常に動作している通常時において、第１流路に供給される冷却媒体の流量が第２流路に供給される冷却媒体の流量よりも少なくなるように流量調整部が調整されており、これにより主にエネルギー回収装置の第１冷却部において過給空気を冷却している。ここで、検知センサは、冷却器において冷却された過給空気の温度に関する情報を検知しており、制御部は、検知センサにおいて検知された当該情報を受信している。これにより、制御部は、当該情報に基づいてエンジンに流入する過給空気の温度が予め設定された所定温度以上であるか否かを判定する。そして、エンジンに流入する過給空気の温度が予め設定された所定温度以上であると判定した場合に、エネルギー回収装置に不具合が生じているものと判断して、第１流路に供給される冷却媒体の流量が第２流路に供給される冷却媒体の流量よりも多くなるように流量調整部を制御する。このため、上記の過給空気冷却ユニットでは、エネルギー回収装置が正常に運転している場合において主にエネルギー回収装置の第１冷却部で過給空気を冷却し、エネルギー回収装置に不具合が生じた場合において主に冷却装置の第２冷却部で過給空気を冷却することができる。

前記制御部は、前記エネルギー回収装置の駆動開始時において前記第１流量と前記第２流量との割合を前記第２流量よりも前記１流量が少なくなる第１流量割合とするように前記流量調整部の第１制御を行うことが好ましい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、エネルギー回収装置の駆動開始に応じて制御部が流量調整部を第１制御することにより、エネルギー回収装置が通常に運転している状態において主に当該エネルギー回収装置の第１冷却部で過給空気を冷却することができる。

前記制御部は、前記第１制御を行った後、前記検知センサから受けた前記情報に基づいて前記冷却器において冷却された前記過給空気の温度が前記所定温度以上であるか否かを判定し、前記所定温度以上であると判定した場合に前記第１流量と前記第２流量との割合を前記第２流量よりも前記第１流量が多くなる第２流量割合とするように前記流量調整部の第２制御を行うことが好ましい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、制御部は、第１制御を行った後に、過給空気の温度が所定温度以上であるか否かを判定し、第２制御を行う。このため、制御部は、エネルギー回収装置の駆動開始後に当該エネルギー回収装置に不具合が生じた場合に、主に冷却装置の第２冷却部で過給空気を冷却するように第１流量と第２流量との割合を調整する。これにより、エネルギー回収装置の駆動開始後において過給空気を確実に冷却することができる。

前記冷却器は、前記過給空気が通過する内部空間を形成しており、前記第１冷却部および第２冷却部のそれぞれは、前記内部空間に位置するとともに互いに分岐した複数の分岐流路を含み、前記第１冷却部の複数の前記分岐流路と、前記第２冷却部の複数の前記分岐流路とは、前記過給空気の流れ方向に交差する方向において交互に並んでいることが好ましい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、第１冷却部の複数の分岐流路と第２冷却部の複数の分岐流路とが内部空間内において過給空気の流れ方向に交差する方向に交互に並んでいる。このため、主に第１冷却部によって過給空気を冷却する場合と、主に第２冷却部で過給空気を冷却する場合との間で、過給空気の冷却に偏りが生じる可能性を低減することができる。

本発明によれば、小型化を実現可能な過給空気冷却ユニットが提供される。

第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの概略構成図である。 第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの冷却器の概略構成を示す平面図である。 第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの動作手順を示すフローチャート図である。 第２の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの冷却器の概略構成を示す平面図である。 第３の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの概略構成図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の各実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１を説明するために必要となる主要な構成要素を簡略化して示したものである。したがって、本発明の各実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成要素を備え得る。

（第１の実施形態）
図１に示すように、第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、過給機１からエンジン２へと供給される過給空気を冷却するためのユニットである。第１の実施形態では、過給空気冷却ユニットＸ１は、エンジン２の動力によって走行する船舶に搭載される。具体的に、第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、冷却器５、エネルギー回収装置６、凝縮器７、冷却装置８、検知センサ９、および制御部１０を備えており、これらの構成要素が過給機１、エンジン２、掃気ライン３、および排気ライン４とともに船舶に搭載されている。

以下では、図１を参照しながら、船舶に搭載された過給機１、エンジン２、掃気ライン３、排気ライン４、冷却器５、エネルギー回収装置６、凝縮器７、冷却装置８、検知センサ９、および制御部１０について具体的に説明する。

過給機１は、圧縮機１１およびタービン１２を有している。圧縮機１１とタービン１２とは、軸で互いに連結されている。圧縮機１１は、掃気ライン３を介してエンジン２に繋がっており、タービン１２は、排気ライン４を介してエンジン２に繋がっている。

圧縮機１１に供給された空気は、圧縮機１１において圧縮されることにより過給空気となり、当該過給空気が掃気ライン３を通じてエンジン２に供給される。これにより、エンジン２が駆動され、当該エンジン２を搭載した船舶が走行する。このとき、エンジン２にて生じた排ガスは、排気ライン４を通じてタービン１２に送られる。タービン１２は、排ガスの膨張エネルギーによって駆動され、このタービン１２の駆動力により圧縮機１１が駆動される。そして、タービン１２を通過した排ガスは、当該タービン１２の外部へと排出される。

ここで、圧縮機１１からエンジン２へと過給空気を供給する掃気ライン３は、第１部位３１と、第２部位３２と、第３部位３３と、を含んでいる。

第１部位３１は、圧縮機１１から過給空気が流入する部位であって、過給空気の流れ方向における冷却器５の上流側に位置している。第２部位３２は、冷却器５に設けられており、過給空気の流れ方向における第１部位３１の下流側に繋がっている。第３部位３３は、第２部位３２から流出した過給空気をエンジン２に流入させる部位であって、過給空気の流れ方向における第２部位３２の下流側とエンジン２とを繋いでいる。

過給機１において生成された過給空気は、第１部位３１、第２部位３２、第３部位３３の順に掃気ライン３を通過する途中で冷却器５において所定の温度まで冷却され、エンジン２へと供給される。なお、冷却器５の具体的な構成については、後述する。

エネルギー回収装置６は、作動媒体のランキンサイクルを利用した発電システムである。エネルギー回収装置６に利用される作動媒体としては、例えば、Ｒ２４５ｆａ等の水よりも低沸点の有機流体が挙げられる。

エネルギー回収装置６は、ポンプ６１、第１冷却部６２、膨張機６３、動力回収機６４、凝縮部６５、および循環配管６６を備えている。ポンプ６１、第１冷却部６２、膨張機６３、凝縮部６５は、作動媒体がこの順番に循環するように循環配管６６によって繋がっている。具体的には、ポンプ６１と第１冷却部６２とは、循環配管６６の第１配管６６ａを介して互いに繋がっている。また、第１冷却部６２と膨張機６３とは、循環配管６６の第２配管６６ｂ介して互いに繋がっている。また、膨張機６３と凝縮部６５とは、循環配管６６の第３配管６６ｃを介して互いに繋がっている。また、凝縮部６５とポンプ６１とは、循環配管６６の第４配管６６ｄを介して互いに繋がっている。

ポンプ６１は、循環配管６６内で作動媒体が循環するように当該作動媒体を加圧する。ポンプ６１は、第１配管６６ａに繋がっており、当該第１配管６６ａを通じて第１冷却部６２に作動媒体が流入するように、当該作動媒体を圧送する。ポンプ６１としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。

第１冷却部６２は、過給機１からエンジン２へと供給される過給空気と当該第１冷却部６２に流入する作動媒体との間で熱交換を行わせることにより、過給空気を冷却しつつ作動媒体を蒸発させる。第１冷却部６２は、作動媒体の流れ方向におけるポンプ６１の下流側に位置している。第１配管６６ａは、ポンプ６１により圧送された液相の作動媒体が該第１冷却部６２に流入するように、第１冷却部６２とポンプ６１とを繋いでいる。第１冷却部６２は、掃気ライン３の第２部位３２と同様に、冷却器５に設けられている。具体的には、第１冷却部６２は、掃気ライン３の第２部位３２を流れる過給空気を冷却可能なように、冷却器５に設けられている。これにより、過給空気冷却ユニットＸ１では、冷却器５において、液相の作動媒体と過給空気との間で熱交換が行われ、これにより作動媒体が蒸発するとともに過給空気が冷却される。

膨張機６３は、作動媒体の流れ方向における第１冷却部６２の下流側に位置している。第２配管６６ｂは、第１冷却部６２において蒸発した気相の作動媒体が膨張機６３に流入するように、膨張機６３と第２配管６６ｂとを繋いでいる。本実施形態では、膨張機６３としてスクリュ膨張機が用いられ、気相の作動媒体の膨張エネルギーによりスクリュであるロータ部が回転駆動される。なお、膨張機６３としては、スクリュ膨張機に限らず、例えば遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。

動力回収機６４は、膨張機６３に接続されている。動力回収機６４は、気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されたロータ部を通じて動力を回収する。これにより、エネルギー回収装置６は、過給空気の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。

凝縮部６５は、作動媒体の流れ方向において膨張機６３の下流側に位置している。第３配管６６ｃは、膨張機６３から流出した気相の作動媒体が凝縮部６５に流入するように、膨張機６３と凝縮部６５とを繋いでいる。

ここで、凝縮部６５は、凝縮器７に設けられている。凝縮器７は、液相の作動媒体を凝縮することにより再び液相の作動媒体にするためのものである。凝縮器７は、膨張機６３から凝縮部６５に流入した気相の作動媒体と後述する冷却媒体との間で熱交換を行わせることにより、凝縮部６５を流れる作動媒体を凝縮させる。そして、凝縮部６５において凝縮された作動媒体は、第４配管６６ｄを通じてポンプ６１へと流入し、再び第１冷却部６２へと送られることになる。

冷却装置８は、エネルギー回収装置６とは別個に設けられた過給空気を冷却するための装置である。冷却装置８は、作動媒体によって過給空気を冷却するエネルギー回収装置６とは異なり、冷却媒体によって過給空気を冷却する。本実施形態では、過給空気冷却ユニットＸ１が船舶に搭載されているため、冷却媒体としては海水を利用することができる。

冷却装置８は、供給流路８１、第１流路８２、第２流路８３、流量調整部８４、およびポンプ８５，８６を有する。

供給流路８１は、冷却媒体の供給源に繋がっている。

第１流路８２は、流量調整部８４を介して、冷却媒体の流れ方向における供給流路８１の下流側に繋がっている。第１流路８２は、上流部８２ａ、第２冷却部８２ｂ、および下流部８２ｃを含んでいる。

上流部８２ａは、供給流路８１と第２冷却部８２ｂとを繋いでいる。上流部８２ａには、ポンプ８５が取り付けられている。供給流路８１から流量調整部８４を介して上流部８２ａに流入した冷却媒体は、ポンプ８５によって第２冷却部８２ｂへと圧送される。

第２冷却部８２ｂは、過給機１からエンジン２へと供給される過給空気と当該第２冷却部８２ｂに流入する冷却媒体との間で熱交換を行わせることにより、過給空気を冷却する部位である。第２冷却部８２ｂは、上流部８２ａと下流部８２ｃとを繋いでいる。第２冷却部８２ｂは、掃気ライン３の第２部位３２およびエネルギー回収装置６の第１冷却部６２と同様に、冷却器５に設けられている。具体的には、第２冷却部８２ｂは、当該第２冷却部８２ｂを流れる冷却媒体によって掃気ライン３の第２部位３２を流れる過給空気を冷却可能なように、冷却器５に設けられている。これにより、過給空気冷却ユニットＸ１では、冷却器５において、過給空気と作動媒体との熱交換によって当該過給空気を冷却可能であるとともに、過給空気と冷却媒体との熱交換によっても当該過給空気を冷却可能である。

下流部８２ｃは、冷却媒体の流れ方向における第２冷却部８２ｂの下流側に繋がっている。第２冷却部８２ｂから流出した冷却媒体は、下流部８２ｃを通じて冷却装置８の外部へ排出される。

第２流路８３は、第１流路８２とは分岐するように、流量調整部８４を介して冷却媒体の流れ方向における供給流路８１の下流側に繋がっている。第２流路８３は、上流部８３ａ、第３冷却部８３ｂ、および下流部８３ｃを含んでいる。

上流部８３ａは、供給流路８１と第３冷却部８３ｂとを繋いでいる。上流部８３ａには、ポンプ８６が取り付けられている。供給流路８１から流量調整部８４を介して上流部８３ａに流入した冷却媒体は、ポンプ８６によって第３冷却部８３ｂへと圧送される。

第３冷却部８３ｂは、上流部８３ａと下流部８３ｃとを繋いでいる。第３冷却部８３ｂは、エネルギー回収装置６の凝縮部６５と同様に、凝縮器７に設けられている。具体的には、第３冷却部８３ｂは、凝縮部６５を流れる作動媒体を凝縮可能なように、凝縮器７に設けられている。これにより、過給空気冷却ユニットＸ１では、凝縮器７において、作動媒体と冷却媒体との熱交換によって当該作動媒体を凝縮可能である。

下流部８３ｃは、冷却媒体の流れ方向における第３冷却部８３ｂの下流側に繋がっている。第３冷却部８３ｂから流出した冷却媒体は、下流部８３ｃを通じて冷却装置８の外部へ排出される。

流量調整部８４は、第１流路８２に供給される冷却媒体の流量である第１流量Ｆ_１と第２流路８３に供給される冷却媒体の流量である第２流量Ｆ_２とを調整可能な弁部材である。本実施形態では、流量調整部８４は、３方電磁弁あるいは３方電動弁等の３方弁である。冷却装置８では、各流路８２，８３に対する流量調整部８４の弁開度を調整することによって、供給源から供給流路８１を通じて第２，３流路８２，８３に供給される冷却媒体の第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合を調整可能である。

ここで、図２を参照しながら、掃気ライン３の第２部位３２、エネルギー回収装置６の第１冷却部６２、および冷却装置８の第２冷却部８２ｂを含む冷却器５について、具体的に説明する。

図２は、冷却器５を上面視した概略図であって、説明の便宜上、内部空間Ｓ１に位置する第１冷却部６２および第２冷却部８２ｂを実線にて示した図である。図２に示すように、本実施形態では、冷却器５は、シェル＆チューブ式の熱交換器である。冷却器５は、筐体５１と、第１冷却部６２と、第２冷却部８２ｂと、を有している。

筐体５１は、内部空間Ｓ１を形成している。内部空間Ｓ１は、掃気ライン３の第２部位３２に相当する。すなわち、圧縮機１１から圧送された過給空気は、第１部位３１を通じて筐体５１の内部空間Ｓ１に流入し、当該内部空間Ｓ１において第１冷却部６２および第２冷却部８２ｂの少なくとも一方に冷却された後、当該内部空間Ｓ１から第３部位３３へ流出する。本実施形態では、筐体５１は、矩形状をなしている。

第１冷却部６２は、筐体５１の内部空間Ｓ１に設けられている。第１冷却部６２は、作動媒体流入ヘッダ６２ａと、作動媒体流出ヘッダ６２ｂと、複数の分岐流路６２ｃと、を有している。

作動媒体流入ヘッダ６２ａと作動媒体流出ヘッダ６２ｂとは、内部空間Ｓ１における過給空気に流れ方向に沿って間隔を空けて並んでいる。内部空間Ｓ１における過給空気の流れ方向とは、冷却器５における過給空気の入口から出口へ向かう方向である。複数の分岐流路６２ｃのそれぞれは、作動媒体流入ヘッダ６２ａと作動媒体流出ヘッダ６２ｂとを繋ぐように過給空気の流れ方向に延びている。エネルギー回収装置６のポンプ６１によって圧送された作動媒体は、第１配管６６ａから作動媒体流入ヘッダ６２ａを通じて内部空間Ｓ１内の各分岐流路６２ｃに流入し、当該各分岐流路６２ｃを過給空気の流れ方向に略平行な方向に流れ、作動媒体流出ヘッダ６２ｂを通じて第２配管６６ｂへと流出する。

第２冷却部８２ｂは、筐体５１の内部空間Ｓ１に設けられている。第２冷却部８２ｂは、冷却媒体流入ヘッダ８２ｄと、冷却媒体流出ヘッダ８２ｅと、複数の分岐流路８２ｆと、を有している。第２冷却部８２ｂは、水平方向（本実施形態では、水平方向且つ過給空気の流れ方向に直交する方向）において第１冷却部６２に隣り合うように位置している。すなわち、第１冷却部６２と第２冷却部８２ｂとは、鉛直方向において互いに重ならないように位置している。

冷却媒体流入ヘッダ８２ｄと冷却媒体流出ヘッダ８２ｅとは、内部空間Ｓ１における過給空気に流れ方向に沿って間隔を空けて並んでいる。複数の分岐流路８２ｆのそれぞれは、冷却媒体流入ヘッダ８２ｄと冷却媒体流出ヘッダ８２ｅとを繋ぐように過給空気の流れ方向に延びている。供給流路８１を通じて第１流路８２の上流部８２ａに流入した冷却媒体は、冷却媒体流入ヘッダ８２ｄを通じて内部空間Ｓ１内の各分岐流路８２ｆに流入し、当該各分岐流路８２ｆを過給空気の流れ方向に略平行な方向に流れ、冷却媒体流出ヘッダ８２ｅを通じて下流部８２ｃへと流出する。

このように、本実施形態では、単一の冷却器５に、過給空気が通過する内部空間Ｓ１（掃気ライン３の第２部位３２）と、作動媒体が通過する第１冷却部６２と、冷却媒体が通過する第２冷却部８２ｂと、が設けられている。そして、内部空間Ｓ１を通過する過給空気と、第１冷却部６２の各分岐流路６２ｃを通過する作動媒体および第２冷却部８２ｂの各分岐流路８２ｆを通過する冷却媒体の少なくとも一方との間で、熱交換が行われることにより、内部空間Ｓ１を通過する過給空気が冷却される。これにより、単一の冷却器５によって、作動媒体による過給空気の冷却が可能であるとともに冷却媒体により過給空気の冷却が可能である。

検知センサ９は、掃気ライン３の第３部位３３に取り付けられている。これにより、検知センサ９は、冷却器５において第１冷却部６２または第２冷却部８２ｂによって冷却された後エンジン２に流入する前の過給空気の温度Ｔを検知可能である。検知センサ９において検知された温度Ｔに応じた信号は、後述する制御部１０に送られる。

制御部１０は、例えば図略のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるＭＰＵ等を備えており、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、以下の各種制御を行う。なお、図１では、説明の便宜上、制御部１０を単一の矩形にて示すが、制御部１０の機能を実現する手段は任意であって、単一の構成要素によって制御部１０の全ての機能が実現されるものではない。

制御部１０は、エネルギー回収装置６および冷却装置８を制御する。制御部１０は、エネルギー回収装置６のポンプ８６等の駆動を制御するエネルギー回収装置制御部と、流量調整部８４の弁開度を制御する流量調整部制御部と、検知センサ９から受けた温度Ｔに応じた信号に基づいた判定を行う判定部と、各種の情報を記憶する記憶部と、を機能的に有している。

制御部１０の記憶部は、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との流量割合に関する情報である第１，第２流量割合Ｐ_１，Ｐ_２と、エンジン２に流入する過給空気の上限温度に関する情報である上限温度値Ｔ_１とを記憶している。第１流量割合Ｐ_１は、第１流量Ｆ_１よりも第２流量Ｆ_２が多くなる値に設定されている。第２流量割合Ｐ_２は、第２流量Ｆ_２よりも第１流量Ｆ_１が多くなる値に設定されている。本実施形態では、第１流量割合Ｐ_１は、第１流量Ｆ_１：第２流量Ｆ_２＝１：９となるように設定されており、第２流量割合Ｐ_２は、第１流量Ｆ_１：第２流量Ｆ_２＝９：１となるように設定されている。

制御部１０の流量調整部制御部は、エネルギー回収装置制御部によるエネルギー回収装置６の駆動開始に応じて第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第１流量割合Ｐ_１となるように流量調整部８４を制御する。また、制御部１０の流量調整部制御部は、判定部における判定結果に基づいて第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第２流量割合Ｐ_２となるように流量調整部８４を制御する。

制御部１０の判定部は、検知センサ９からの温度情報を受け付け、当該温度情報と記憶部に記憶された上限温度値Ｔ_１とを比較することにより、冷却器５において冷却された過給空気の温度が上限温度値以上であるか否かを判定する。

次に、図３に示すフローチャート図を参照しながら、過給空気冷却ユニットＸ１の動作手順を説明する。

図３に示す開始時点において、エネルギー回収装置６は駆動停止状態であり、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第２流量割合Ｐ_２になるように流量調整部８４が制御された状態で、第２，３流路８２，８３に冷却媒体が供給されている。すなわち、エネルギー回収装置６が駆動停止状態では、供給源から供給流路８１へと流入する冷却媒体が主に第１流路８２に供給されており、冷却器５における過給空気の冷却が主に第２冷却部８２ｂにおいて行われている。

過給空気冷却ユニットＸ１の作業者によってエネルギー回収装置６の駆動開始ボタンが押されることにより、当該駆動開始ボタンから開始信号を受けた制御部１０のエネルギー回収装置制御部は、エネルギー回収装置６のポンプ６１および膨張機６３を駆動開始させるように当該ポンプ６１および膨張機６３を制御する。これにより、エネルギー回収装置６の駆動が開始される（ステップＳＴ１）。

ステップＳＴ１にてエネルギー回収装置６を駆動開始させた後、制御部１０の流量調整部制御部は、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第２流量割合Ｐ_２から第１流量割合Ｐ_１に変更されるように、記憶部に記憶された当該第１流量割合Ｐ_１に基づいて流量調整部８４の弁開度を制御する（ステップＳＴ２）。これにより、供給源から供給流路８１へと流入する冷却媒体が主に第２流路８３に供給され、冷却器５における過給空気の冷却が主に第１冷却部６２において行われることになる。

ステップＳＴ２にて第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合を第１流量割合Ｐ_１に調整した後、制御部１０の判定部は、検知センサ９から受信した信号に基づいて温度Ｔと記憶部に記憶された上限温度値Ｔ_１とを比較し、Ｔ≧Ｔ_１であるか否かを判定する（ステップＳＴ３）。

制御部１０の判定部においてＴ≧Ｔ_１でないと判定された場合（ステップＳＴ３にてＮＯ）、制御部１０は、流量調整部８４の弁開度を現状のまま維持し、判定部における判定を繰り返す。

一方、制御部１０の判定部においてＴ≧Ｔ_１であると判定された場合（ステップＳＴ３にてＹＥＳ）、エネルギー回収装置６の不具合によって冷却器５における過給空気の冷却が正常に行われていないことが疑われるため、冷却器５における過給空気の冷却をエネルギー回収装置６の第１冷却部６２を主体としたものから冷却装置８の第２冷却部８２ｂを主体としたものに変更する。具体的には、ステップＳＴ３にてＹＥＳと判定された場合、制御部１０の流量調整部制御部は、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第１流量割合Ｐ_１から第２流量割合Ｐ_２に変更されるように、記憶部に記憶された当該第２流量割合Ｐ_２に基づいて流量調整部８４の弁開度を制御する（ステップＳＴ４）。これにより、供給源から供給流路８１へと流入する冷却媒体が主に第１流路８２に供給され、冷却器５における過給空気の冷却が主に第２冷却部８２ｂにおいて行われることになる。

以上のとおり、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、エネルギー回収装置６の第１冷却部６２および冷却装置８の第２冷却部８２ｂのそれぞれが単一の冷却器５に設けられている。このため、単一の冷却器５によって、エネルギー回収装置６の作動媒体と過給空気との熱交換による当該過給空気の冷却が可能であるとともに、冷却装置８の冷却媒体と過給空気との熱交換による当該過給空気に冷却が可能である。このように、上記の過給空気冷却ユニットＸ１では、作動媒体による過給空気の冷却と冷却媒体による過給空気の冷却とが単一の冷却器５に設けれているため、別個に設けられた２つの冷却器５のそれぞれにおいて作動媒体による冷却と冷却媒体による冷却とを達成する場合に比べて、小型化を実現することができる。

さらに、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、冷却装置８は、供給流路８１から互いに分岐する第１流路８２および第２流路８３を有している。このため、第１，第２流路８２，８３を通じて、単一の供給源から第２冷却部８２ｂおよび第３冷却部８３ｂのそれぞれに対して冷却媒体を供給することができ、過給空気冷却ユニットＸ１の構成を簡略化しつつ過給空気の冷却と作動媒体の凝縮のそれぞれを達成することができる。

さらに、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、第１冷却部６２と第２冷却部８２ｂとが水平方向に並んでいる。このため、第１冷却部６２と第２冷却部８２ｂとが鉛直方向に重なる場合に比べて冷却器５の高さを低くすることができ、当該鉛直方向におけるスペースが狭くなる小型の船舶等にも冷却器５を搭載することが可能である。

さらに、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、検知センサ９から受けた過給空気の温度に関する情報に基づいて制御部１０が流量調整部８４の制御を行うことにより、エネルギー回収装置６に不具合が生じた場合であっても過給空気を確実に冷却することができる。具体的には以下のとおりである。

エネルギー回収装置６が正常に動作している通常時において、制御部１０は、流量調整部８４を制御し、第１流量Ｆ_１が第２流量Ｆ_２よりも少なくなるように当該第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合を第１流量割合Ｐ_１に調整する。これにより、エネルギー回収装置６が正常に動作している通常時において、冷却器５では主に第１冷却部６２によって過給空気が冷却される。ここで、検知センサ９は、冷却器５において冷却された過給空気の温度Ｔに関する情報を検知しており、制御部１０は、検知センサ９において検知された当該情報を受信している。これにより、制御部１０は、当該情報に基づいてエンジンに流入する過給空気の温度Ｔが予め設定された上限温度値Ｔ_１以上であるか否かを判定する。そして、温度Ｔが上限温度値Ｔ_１以上であると判定した場合に、制御部１０は、エネルギー回収装置６に不具合が生じているものと判断して、流量調整部８４を制御し、第１流量Ｆ_１が第２流量Ｆ_２よりも多くなるように当該第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合を第１流量割合Ｐ_１に調整する。このため、過給空気冷却ユニットＸ１では、エネルギー回収装置６が正常に運転している場合において主に第１冷却部６２で過給空気を冷却し、エネルギー回収装置６に不具合が生じた場合において主に第２冷却部８２ｂで過給空気を冷却することができる。

さらに、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、エネルギー回収装置６の駆動を開始する開始信号に応じて、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第１流量割合Ｐ_１になるように制御部１０が流量調整部８４を制御する。このため、エネルギー回収装置６の駆動開始に合わせて、主に当該エネルギー回収装置６の第１冷却部６２で過給空気を冷却することができる。

さらに、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、制御部１０は、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第１流量割合Ｐ_１になるように流量調整部８４を制御した後に、温度Ｔが上限温度値Ｔ_１以上であるか否かを判定する。そして、温度Ｔが上限温度値Ｔ_１以上であると判定した場合に、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第２流量割合Ｐ_２になるように流量調整部８４を制御する。このため、エネルギー回収装置６の駆動を開始する開始信号に応じて、通常時は主にエネルギー回収装置６の第１冷却部６２で過給空気を冷却しつつ、エネルギー回収装置６に不具合が生じたときにのみ主に冷却装置８の第２冷却部８２ｂで過給空気を冷却することができ、当該過給空気の冷却を確実なものとすることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１について図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

図４は、図２と同様に、冷却器５を上面視した概略図であって、説明の便宜上、内部空間Ｓ１に位置する第１冷却部６２および第２冷却部８２ｂを実線にて示した図である。

本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、図４に示すように、第１冷却部６２の各分岐流路６２ｃと第２冷却部８２ｂの各分岐流路８２ｆとが過給空気の流れ方向に交差する方向において交互に並んでいる。

第１冷却部６２の作動媒体流入ヘッダ６２ａと第２冷却部８２ｂの冷却媒体流入ヘッダ８２ｄとは、過給空気の流れ方向に直交する方向に並ぶように、互いに略平行に延びている。また、第１冷却部６２の作動媒体流出ヘッダ６２ｂと第２冷却部８２ｂの冷却媒体流出ヘッダ８２ｅとは、過給空気の流れ方向に直交する方向に並ぶように、互いに略平行に延びている。そして、第１冷却部６２の各分岐流路６２ｃと第２冷却部８２ｂの各分岐流路８２ｆとは、鉛直方向において互いに重ならないように、過給空気の流れ方向に直交する方向に交互に並んでいる。これにより、過給空気の流れ方向に直交する方向において、内部空間Ｓ１の全体に亘って各分岐流路６２ｃ，８２ｆが間隔を空けて配置されている。

このように、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、第１冷却部６２の各分岐流路６２ｃと第２冷却部８２ｂの各分岐流路８２ｆとが内部空間Ｓ１内において過給空気の流れ方向に直交する方向に交互に並んでいる。このため、主に第１冷却部６２によって内部空間Ｓ１を流れる過給空気を冷却する場合と、主に第２冷却部８２ｂによって内部空間Ｓ１を流れる過給空気を冷却する場合との間で、冷却に偏りが生じる可能性を低減することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１について図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。

図５は、図１と同様に、過給空気冷却ユニットＸ１の概略構成を示す図である。

本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、図５に示すように、第１の実施形態において掃気ライン３の第３部位３３に取り付けられていた検知センサ９が、第１流路８２の下流部８２ｃに取り付けられている。

ここで、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、第１の実施形態と同様に、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合を第１流量割合Ｐ_１と第２流量割合Ｐ_２との間で変更するものであるが、いずれの流量割合Ｐ_１，Ｐ_２であっても第１流量Ｆ_１が０ではないため、第１流路８２には常時冷却媒体が供給される。このため、検知センサ９では、第１流路８２の第２冷却部８２ｂを通過する過程において過給空気との間で熱交換を行った後の冷却媒体の温度が、常時検知される。検知センサ９において検知された冷却媒体の温度は、制御部１０へと送られる。

制御部１０は、検知センサ９において検知された冷却媒体の温度から、冷却器５において冷却された過給空気の温度Ｔを推定し、当該温度Ｔとエンジン２に流入する過給空気の上限温度である上限温度値Ｔ_１とを比較する。具体的には、制御部１０は、例えば、第１配管６６ａにおける冷却媒体の温度、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合、および検知センサ９において検知された温度等の情報に基づいて、冷却器５の内部空間Ｓ１から流出する過給空気の温度Ｔを推定する。これにより、推定された温度Ｔが上限温度値Ｔ_１以上であると判定した制御部１０は、第１流量Ｆ_１と第２流量Ｆ_２との割合が第２流量割合Ｐ_２になるように、流量調整部８４の弁開度を制御する。

このように、本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、第２冷却部８２ｂを通過した後の冷却媒体の温度を検知センサ９によって検知し、当該温度に基づいて流量調整部８４の弁開度を制御する。すなわち、第１の実施形態のように冷却器５において冷却された過給空気の温度Ｔを直接検知せずとも、当該温度Ｔを推定可能な冷却媒体の温度情報を検知することができれば、第１の実施形態と同様にエネルギー回収装置６に不具合が生じているか否かの判断を行うことが可能である。

以上説明した各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記の各実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記の各実施形態では、過給空気冷却ユニットＸ１が船舶に適用される例について説明したが、これに限らない。過給空気冷却ユニットＸ１は、過給機１からエンジン２へ供給される過給空気を冷却するものであればよく、例えば過給機１およびエンジン２を搭載した車両等に適用されてもよい。過給空気冷却ユニットＸ１が車両等に適用される場合には、冷却装置８における冷却媒体として、海水ではなく、例えば貯留タンクに貯留された冷却水を用いることができる。

また、上記の各実施形態では、流量調整部８４として３方弁を用いる例について説明したが、これに限らない。流量調整部８４は、第１流量Ｆ_１と第１流路８２との割合を調整可能なように構成されていればよい。例えば、２つの２方弁によって流量調整部８４を構成してもよい。この場合、一方の２方弁を第１流路８２の上流部８２ａにおけるポンプ８５よりも上流側の部位に取り付けるとともに、他方の２方弁を第２流路８３の上流部８３ａにおけるポンプ８６よりも上流側の部位に取り付ける。そして、各２方弁の開度を制御部１０によって制御することにより、第１流量Ｆ_１と第１流路８２との割合を調整することが可能である。

また、上記の各実施形態では、冷却器５内において、内部空間Ｓ１を流れる過給空気の流れ方向と、各分岐流路６２ｃ，８２ｆを流れる作動媒体および冷却媒体の流れ方向とは、同一方向であるが、これに限らない。冷却器５内における過給空気の流れ方向と作動媒体および冷却媒体の流れ方向とは、例えば、互いに反対向きの方向であってもよい。

また、上記の各実施形態では、冷却器５は、シェル＆チューブ式の熱交換器であるが、これに限らない。冷却器５は、例えば、複数のプレートが積層されることにより構成されるプレート式の熱交換器であってもよい。この場合、複数のプレートが一体になるように形成された単一の冷却器５に、掃気ライン３の第２部位３２、エネルギー回収装置６の第１冷却部６２、および冷却装置８の第２冷却部８２ｂが設けられる。

また、上記の各実施形態では、検知センサ９が掃気ライン３の第３部位３３に取り付けられる例と、検知センサ９が第１流路８２の下流部８２ｃに取り付けられる例について説明したが、これに限らない。検知センサ９は、冷却器５において冷却された過給空気の温度に関する情報を検知することができればよく、例えば冷却器５に取り付けられてもよい。

また、上記の各実施形態では、第１流量割合Ｐ_１が第１流量Ｆ_１：第２流量Ｆ_２＝１：９となるように設定されているとともに、第２流量割合Ｐ_２が第１流量Ｆ_１：第２流量Ｆ_２＝９：１となるように設定されているが、これに限らない。第１流量割合Ｐ_１は、第１流量Ｆ_１よりも第２流量Ｆ_２が多くなる値に設定されていればよく、第２流量割合Ｐ_２は、第２流量Ｆ_２よりも第１流量Ｆ_１が多くなる値に設定されていればよい。このため、例えば、第１流量割合Ｐ_１において第１流量Ｆ_１が０となるように設定されるとともに、第２流量割合Ｐ_２において第２流量Ｆ_２が０となるように設定されてもよい。この場合、エネルギー回収装置６が駆動開始して正常に運転しているときには、冷却器５において第１冷却部６２のみによって過給空気が冷却され、エネルギー回収装置６に不具合が生じたときには、冷却器５において第２冷却部８２ｂのみによって過給空気が冷却されることになる。

Ｘ１ 過給空気冷却ユニット
１ 過給機
２ エンジン
５ 冷却器
６ エネルギー回収装置
８ 冷却装置
９ 検知センサ
１０ 制御部
６２ 第１冷却部
６２ｃ 分岐流路
６３ 膨張機
６４ 動力回収機
６５ 凝縮部
８２ 第１流路
８２ｂ 第２冷却部
８２ｆ 分岐流路
８３ 第２流路
８３ｂ 第３冷却部
８４ 流量調整部

Claims (6)

1. 過給機からエンジンへ供給される過給空気を冷却するための単一の冷却器と、
   前記過給空気との間で熱交換される作動媒体の通過を許容する第１冷却部と、前記第１冷却部において気化した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、を有するエネルギー回収装置と、
   前記過給空気との間において熱交換される冷却媒体の通過を許容する第２冷却部を有する冷却装置と、を備え、
   前記第１冷却部および前記第２冷却部は、前記冷却器によって設けられている、過給空気冷却ユニット。
2. 前記エネルギー回収装置は、前記膨張機から流出した前記作動媒体を凝縮する凝縮部を有し、
   前記冷却装置は、前記冷却媒体の供給源からの前記冷却媒体が供給されるとともに前記第２冷却部を含む第１流路と、前記第１流路とは分岐するように当該第１流路に繋がっており前記供給源から供給された前記冷却媒体を前記凝縮部の前記作動媒体との間で熱交換させる第３冷却部を含む第２流路と、を有する、請求項１に記載の過給空気冷却ユニット。
3. 前記冷却器において冷却された前記過給空気の温度に関する情報を検知可能な検知センサと、
   前記検知センサから前記情報を受ける制御部と、をさらに備え、
   前記冷却装置は、前記第１流路に供給される前記冷却媒体の流量である第１流量と前記第２流路に供給される前記冷却媒体の流量である第２流量との割合を調整可能な流量調整部を有し、
   前記制御部は、前記第１流量が前記第２流量よりも少ない状態において、前記検知センサから受けた前記情報に基づいて前記冷却器において冷却された前記過給空気の温度が予め設定された所定温度以上であると判定した場合に、前記第１流量が前記第２流量よりも多くなるように前記流量調整部の制御を行う、請求項２に記載の過給空気冷却ユニット。
4. 前記制御部は、前記エネルギー回収装置の駆動開始時において前記第１流量と前記第２流量との割合を前記第２流量よりも前記１流量が少なくなる第１流量割合とするように前記流量調整部の第１制御を行う、請求項３に記載の過給空気冷却ユニット。
5. 前記制御部は、前記第１制御を行った後、前記検知センサから受けた前記情報に基づいて前記冷却器において冷却された前記過給空気の温度が前記所定温度以上であるか否かを判定し、前記所定温度以上であると判定した場合に前記第１流量と前記第２流量との割合を前記第２流量よりも前記第１流量が多くなる第２流量割合とするように前記流量調整部の制御を行う、請求項４に記載の過給空気冷却ユニット。
6. 前記冷却器は、前記過給空気が通過する内部空間を形成しており、
   前記第１冷却部および第２冷却部のそれぞれは、前記内部空間に位置するとともに互いに分岐した複数の分岐流路を含み、
   前記第１冷却部の複数の前記分岐流路と、前記第２冷却部の複数の前記分岐流路とは、前記過給空気の流れ方向に交差する方向において交互に並んでいる、請求項３または４に記載の過給空気冷却ユニット。

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