JP2019132192A - 熱エネルギー回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスに含まれるＳＯＸ成分の凝縮に伴う排ガス路の腐食の予防策を講ずることができるようにする。【解決手段】熱エネルギー回収装置１０は、排ガス路３を流れる排ガスを熱源として、循環流路を流れる作動媒体が加熱される加熱器１６と、循環流路１２における加熱器１６の下流側の作動媒体によって駆動される動力回収機２６と、排ガス路３における加熱器１６の下流側での排ガスの温度を検出する温度検出器３４と、温度検出器３４による検出温度が、設定された温度以上に維持されるように、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整するための制御を行う入熱量制御部４２と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、熱エネルギー回収装置に関するものである。

従来、例えば、下記特許文献１〜３に開示されているように、エンジンの排ガスが有する熱エネルギーを回収する装置が知られている。この種の熱エネルギー回収装置では、ランキンサイクルを構成する作動媒体の循環回路が形成されており、この循環回路には、排ガスと作動媒体との間で熱交換を行われる蒸発器が設けられている。蒸発器では、作動媒体が蒸発する一方、排ガスは冷却される。蒸発器で蒸発した作動媒体は膨張機を駆動し、膨張機に接続された発電機で発電を行うことにより、排ガスの熱エネルギーが電力として回収される。

特開２０１５−２３２４２４号公報 特開２０１６−１６０８６８号公報 特開２０１６−１６０８７０号公報

前記特許文献１〜３に開示された熱エネルギー回収装置では、排ガスは蒸発器で冷却される。このため、排ガスが流れる排ガス路における蒸発器の下流側において、排ガスに含まれるＳＯＸ成分の凝縮に伴う排ガス路の腐食が懸念される。

そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排ガスに含まれるＳＯＸ成分の凝縮に伴う排ガス路の腐食の予防策を講ずることができるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、排ガス路を流れる排ガスを熱源として、循環流路を流れる作動媒体が加熱される加熱器と、前記循環流路における前記加熱器の下流側の作動媒体によって駆動される動力回収機と、前記排ガス路における前記加熱器の下流側での排ガスの温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器による検出温度が、設定された温度以上に維持されるように、前記加熱器における前記排ガスから前記作動媒体への伝熱量を調整するための制御を行う入熱量制御部と、を備えている、熱エネルギー回収装置である。

本発明では、加熱器において作動媒体が排ガスから受け取った熱を、動力回収機においてエネルギーとして回収する。そして、入熱量制御部は、温度検出器による検出温度が、設定された温度以上に維持されるように、加熱器での排ガスから作動媒体への伝熱量を調整するための制御を行う。このため、排ガス管における加熱器の下流側での排ガスの温度が所定温度以上に維持される。したがって、作動媒体に熱が回収された後の排ガスから腐食成分が結露することを防止することができる。よって、排ガス路等の腐食を防止することができる。

前記熱エネルギー回収装置は、前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計を備えてもよい。この場合、前記入熱量制御部は、前記温度検出器による検出結果及び前記ＳＯＸ計による測定結果に基づいて、前記検出温度が前記設定された温度としての前記排ガスの酸露点以上に維持されるように、前記伝熱量を調整するための制御を行ってもよい。

この態様では、入熱量制御部は、温度検出器による検出結果及びＳＯＸ計による測定結果に基づいて、加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する制御を行う。これにより、排ガス路における加熱器の下流側での排ガスの温度が排ガスの酸露点以上に維持される。したがって、単に温度検出器による排ガスの温度の検出結果に基づいて加熱器での排ガスから作動媒体への伝熱量を制御する場合に比べ、排ガスからの腐食成分の結露の抑制のための制御の精度を向上することができる。この結果、加熱器における排ガスから作動媒体への放熱量をより上げる制御が可能となり、排熱回収量を増大させることが可能となる。

前記熱エネルギー回収装置は、前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計と、前記ＳＯＸ計による測定値に基づいて、前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガスの酸露点を導出する酸露点導出部と、を備えてもよい。この場合、前記入熱量制御部は、前記酸露点導出部によって導出された酸露点を前記設定された温度として、前記検出温度が前記温度以上に維持されるように、前記伝熱量を調整するための制御を行ってもよい。

この態様では、入熱量制御部は、酸露点導出部によって導出された酸露点を用いて、加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する制御を行う。これにより、排ガス路における加熱器の下流側での排ガスの温度が、導出された酸露点以上に維持される。したがって、単に温度検出器による排ガスの温度の検出結果に基づいて加熱器での排ガスから作動媒体への伝熱量を制御する場合に比べ、排ガスからの腐食成分の結露の抑制のための制御の精度を向上することができる。この結果、加熱器における排ガスから作動媒体への放熱量をより上げる制御が可能となり、排熱回収量を増大させることが可能となる。

前記ＳＯＸ計は、排ガス中の硫黄酸化物の重量％を測定するように構成されていてもよい。この場合、前記酸露点導出部は、硫黄酸化物の重量％と排ガスと酸露点との関係を記憶した記憶部を含み、前記記憶部に記憶された関係と前記ＳＯＸ計による測定結果とを用いて排ガスの酸露点を導出するように構成されていてもよい。

この態様では、ＳＯＸ計による測定結果から排ガス中の酸露点を推定でき、この推定された酸露点を元に、加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する制御が行われる。したがって、酸露点を推定するために要するコストの増大を抑えつつ、排ガスからの腐食成分の結露の抑制のための制御の精度を向上することができる。

前記熱エネルギー回収装置は、前記循環流路内で作動媒体を循環させるポンプを備えていてもよい。この場合、前記ポンプは回転数を調整可能な構成であってもよい。前記入熱量制御部は、前記加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整されるように、前記ポンプの回転数を調整する制御を行ってもよい。

この態様では、入熱量制御部がポンプの回転数を調整することにより、加熱器を通過させる作動媒体量が調整される。これにより、加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整される。

前記熱エネルギー回収装置は、前記加熱器をバイパスするバイパス路と、前記バイパス路を開閉するバイパス弁と、を備えていてもよい。この場合、前記入熱量制御部は、前記加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整されるように、前記バイパス弁を制御してもよい。

この態様では、入熱量制御部がバイパス弁を制御することにより、加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整される。

前記加熱器は、前記排ガス路及び前記循環流路に接続された熱交換器によって構成されていてもよい。

この態様では、排ガスと作動媒体とが直接熱交換されるため、追加の構成部品が不要になる。

前記加熱器は、前記排ガス路を流れる排ガスによって媒体流路を流れる中間媒体を加熱する中間媒体加熱器と、前記中間媒体加熱器で加熱された中間媒体によって前記作動媒体を加熱する作動媒体加熱器と、を備えてもよい。この場合、前記温度検出器は、前記排ガス路における前記中間媒体加熱器の下流側での排ガスの温度を検出するように構成されていてもよい。

この態様では、排ガスと中間媒体との間で熱交換が行われ、排ガスの熱が中間媒体に伝わる。この中間媒体の熱は、作動媒体加熱器において、作動媒体に伝わる。すなわち、加熱器において、中間媒体を介して排ガスから作動媒体に伝熱する。そして、中間媒体加熱器及び作動媒体加熱器の少なくとも一方での熱交換量を調整することによって、排ガスからの放熱量を調整することができる。したがって、作動媒体の流量と排ガスからの放熱量との調整の自由度をより大きくすることができる。

本発明は、排ガス路を流れる排ガスを熱源として、循環流路を流れる作動媒体が加熱される加熱器と、前記循環流路における前記加熱器の下流側の作動媒体によって駆動される動力回収機と、前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガスの温度を検出する温度検出器と、前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計と、を備えている、熱エネルギー回収装置である。

本発明では、加熱器において作動媒体が排ガスから受け取った熱を、動力回収機においてエネルギーとして回収する。熱エネルギー回収装置は、排ガスの温度を検出する温度検出器と、排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計と、を備えているので、熱エネルギー回収装置の運転時において、温度検出器による検出結果及びＳＯＸ計による測定結果を利用することが可能となる。したがって、これら検出結果及び測定結果に基づいて加熱器での熱交量を制御することが可能となり、これにより、熱回収後の排ガスの温度を酸露点未満に下げないようにすることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、排ガスに含まれるＳＯＸ成分の凝縮に伴う排ガス路の腐食の予防策を講ずることができるようになる。

第１実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態の変形例に係る熱エネルギー回収装置を部分的に示す図である。 第１実施形態に係る熱エネルギー回収装置の入熱量制御部による制御動作を説明するための図である。 第２実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 硫黄酸化物の重量％と酸露点との相関を示す図である。 第２実施形態に係る熱エネルギー回収装置の入熱量制御部による制御動作を説明するための図である。 第３実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 第４実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態に係る熱エネルギー回収装置の入熱量制御部による制御動作を説明するための図である。 第６実施形態に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態に係る熱エネルギー回収装置の入熱量制御部による制御動作を説明するための図である。 第６実施形態の変形例に係る熱エネルギー回収装置の概略構成を示す図である。

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エネルギー回収装置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エネルギー回収装置は、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実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係る熱エネルギー回収装置１０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として構成されている。熱エネルギー回収装置１０は、例えば、船舶に搭載される。熱エネルギー回収装置１０は、船舶のエンジンＥＧから排出されて煙突ＳＴに向かって排ガス路３を流れる排ガスの熱エネルギーを作動媒体を介して受け取る。そして、熱エネルギー回収装置１０は、作動媒体の有するエネルギーを動力回収機２６によって電気エネルギーに変換する。なお、エンジンＥＧは、Ｃ重油を燃料として用いてもよいが、これに限られるものではない。

図１に示すように、熱エネルギー回収装置１０は、作動媒体が循環する循環流路１２を備えている。循環流路１２には、ポンプ１４と加熱器１６と膨張機１８と凝縮器２０とが設けられている。ポンプ１４の作動により、作動媒体は、循環流路１２をポンプ１４、加熱器１６、膨張機１８および凝縮器２０の順に流れる。

ポンプ１４は、循環流路１２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。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を用いることができる。ポンプ１４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。

加熱器１６は、配管からなる排ガス路３と循環流路１２とに接続されており、加熱器１６では、ポンプ１４から送出された作動媒体と排ガス路３を流れる排ガスとの間で直接的に熱交換が行われる。すなわち、加熱器１６は１つの熱交換器によって構成されていて、この加熱器１６において、排ガスの熱によって作動媒体が加熱される。これにより、作動媒体が蒸発する。加熱器１６は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器によって構成されている。そして、加熱器１６のシェル１６ａ内の空間が排ガス路３に連通し、シェル１６ａ内に設けられた伝熱管１６ｂが循環流路１２に連通している。

図１は、加熱器１６の構成を便宜的に示すに過ぎない。図では排ガスの流入口がシェル１６ａの下側に位置し、排ガスの流出口がシェル１６ａの上側に位置しているが、実際は、加熱器１６は、排ガスの流入口がシェル１６ａの上部に位置し、排ガスの流出口がシェル１６ａの下部に位置するように排ガス路３に接続されている。したがって、加熱器１６内では、作動媒体が下から上に向かって流れる一方、排ガスが上から下に向かって流れる。加熱器１６内では作動媒体及び排ガスが対向流となるため、熱交換効率を高い状態に維持することができる。排ガスの流入口は、シェル１６ａの上面に設けられている必要はなく、シェル１６ａの側面に設けられていてもよい。また、排ガスの流出口は、シェル１６ａの下面に設けられている必要はなく、シェル１６ａの側面に設けられていてもよい。

なお、図例では、加熱器１６は、作動媒体を蒸発させる蒸発器として構成されているが、これに限られない。例えば図２に示すように、加熱器１６は、蒸発器２４の下流側に配置された過熱器として構成されていてもよい。加熱器１６が過熱器として構成される場合には、過熱器は、蒸発器２４で気化した作動媒体と排ガスの間で熱交換を行わせて、作動媒体を過熱状態まで加熱する。なお、このときの蒸発器２４は、例えばエンジンＥＧの掃気、船舶内で生成された水蒸気、エンジン冷却水等によって作動媒体が加熱される構成であってもよい。

また、加熱器１６は、蒸発器の上流側に配置された予熱器として構成されていてもよい。この場合、循環流路１２における予熱器の下流側に配置された蒸発器（図示省略）において、作動媒体が蒸発する構成となる。

膨張機１８は、循環流路１２において加熱器１６の下流側に配置されている。膨張機１８は、例えばスクリュ膨張機によって構成されている。膨張機１８では、作動媒体の膨張エネルギーによりスクリュロータが駆動される。なお、膨張機１８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。

膨張機１８には、動力回収機２６が接続されている。動力回収機２６は、膨張機１８のロータに結合された図略の駆動部を有している。動力回収機２６は、駆動部が膨張機１８のロータによって駆動されることにより、発電を行う発電機として構成されている。すなわち、動力回収機２６は、作動媒体の膨張エネルギーを電気エネルギーに変換する。したがって、熱エネルギー回収装置１０は、排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。なお、動力回収機２６は、排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する変換器に限られるものではなく、例えば、圧縮機などの動力に変化する変換器として構成されていてもよい。

凝縮器２０は、循環流路１２における膨張機１８の下流側に配置されている。凝縮器２０は、循環流路１２と冷却媒体流路３０とに接続されている。冷却媒体流路３０には、冷却媒体としての海水が流れる。凝縮器２０では、作動媒体と海水との間で熱交換が行われ、作動媒体が凝縮する。なお、冷却媒体は、凝縮器２０において作動媒体を凝縮させることができる程度の温度であればよく、海水に限らない。例えば、冷却水が貯留された冷却水貯留タンク等が船内に設けられている場合には、当該冷却水が冷却媒体として用いられてもよい。

熱エネルギー回収装置１０は、温度検出器３４と、圧力センサ３５と、温度センサ３６と、制御器３８と、を備えている。温度検出器３４は、排ガス路３における加熱器１６の下流側での排ガスの温度を検出するように構成されている。温度検出器３４は、検出された温度に応じた信号を出力する。圧力センサ３５及び温度センサ３６は、循環流路１２における加熱器１６と膨張機１８との間に配置されている。圧力センサ３５は、加熱器１６から流出して膨張機１８に向かう作動媒体の圧力を検出し、検出された圧力に応じた信号を出力する。温度センサ３６は、加熱器１６から流出して膨張機１８に向かう作動媒体の温度を検出し、検出された温度に応じた信号を出力する。

温度検出器３４、圧力センサ３５及び温度センサ３６から出力された信号は、制御器３８に入力される。制御器３８は、コンピュータプログラム等が格納された図略の記憶部と、記憶部に格納されたコンピュータプログラムを実行する図略の演算部とを備えており、当該コンピュータプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。この機能には、運転制御部４１と、入熱量制御部４２とが含まれる。

運転制御部４１は、膨張機１８に導入される作動媒体の過熱度を所定範囲に収まるように、ポンプ１４の回転数を調整する制御（過熱度制御）を行う。具体的に、運転制御部４１は、圧力センサ３５の検出圧力に相当する飽和温度を、記憶部に記憶されたマップを用いて読み出し、温度センサ３６の検出温度と、読み出された飽和温度との温度差から過熱度を導出する。そして、運転制御部４１は、導出された過熱度が設定範囲の下限値を下回っているときには、ポンプ１４の回転数を下げる制御を行い、導出された過熱度が設定範囲の上限値を上回っているときには、ポンプ１４の回転数を上げる制御を行う。

入熱量制御部４２は、温度検出器３４による検出温度が、予め設定された温度以上に維持されるように、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整するための制御を行う。具体的には、図３に示すように、入熱量制御部４２は、過熱度制御をしているとき（ステップＳＴ１）にも、温度検出器３４から出力された信号を受信しており、検出温度ＴＥを読み込んでいる（ステップＳＴ２）。そして、入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが予め設定された閾値ＴＳ以上であるか否かを判定し（ステップＳＴ３）、検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上であれば、リターンし、そのまま過熱度制御を継続する。一方、検出温度ＴＥが閾値ＴＳ未満の場合には、入熱量制御部４２は、過熱度制御に優先させて、ポンプ１４の回転数を下げる制御を行う（ステップＳＴ４）。これにより、加熱器１６において、排ガスから作動媒体に放出される熱量を減らすことができるため、加熱器１６の下流側における排ガスの温度が低すぎる状態を解消することができる。検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上になれば、過熱度制御に復帰する。

以上説明したように、本実施形態では、加熱器１６において作動媒体が排ガスから受け取った熱を、動力回収機２６において電気エネルギーとして回収する。そして、入熱量制御部４２は、温度検出器３４による検出温度が、予め設定された温度以上に維持されるように、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整するための制御を行う。このため、排ガス路３における加熱器１６の下流側での排ガスの温度が所定温度以上に維持される。したがって、エンジン燃料としてＣ重油が用いられている場合であったとしても、作動媒体によって熱が回収された後の排ガスから腐食成分が結露することを防止することができる。よって、排ガス路３等の腐食を防止することができる。

また、本実施形態では、入熱量制御部４２がポンプ１４の回転数を調整することにより、加熱器１６を通過させる作動媒体量が調整される。これにより、加熱器１６における排ガスと作動媒体との熱交換量が調整される。したがって、制御器３８が元々有するポンプ回転制御を利用して排ガスの結露を防止することができる。

なお、本実施形態では、制御器３８の運転制御部４１が、過熱度が所定範囲に収まるように制御を行う構成とされているが、これに限られるものではない。

（第２実施形態）
図４本発明の第２実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態では、入熱量制御部４２が、温度検出器３４の検出温度ＴＥが閾値Ｔｓ以上になるように、ポンプ１４の回転数を調整する制御を行うよう構成されている。これに対し、第２実施形態では、入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが、排ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）の含有割合から推定される酸露点以上に維持されるように、ポンプ１４の回転数を調整する制御を行うよう構成されている。

具体的には、排ガス路３における加熱器１６の下流側の部位には、排ガス中の硫黄酸化物の含有割合（重量％）を測定するＳＯＸ計５１が設けられている。ＳＯＸ計５１は、測定された硫黄酸化物の含有割合に応じた信号を出力する。

制御器３８の機能には、酸露点導出部４３が含まれている。酸露点導出部４３は、ＳＯＸ計５１による硫黄酸化物の測定値に基づいて、排ガスの酸露点を導出する。すなわち、制御器３８の記憶部には、図５に示すような、硫黄酸化物の重量％と酸露点とを関連付ける関係式又はマップが記憶されていて、酸露点導出部４３は、この関係式又はマップを用いて、ＳＯＸ計５１による測定値から排ガスに含まれる硫黄酸化物の酸露点を導出する。関係式又はマップは、硫黄酸化物の含有割合が増大すると、それに伴って酸露点が高くなることを示している。

入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが酸露点以上に維持するための制御を行う。具体的には、図６に示すように、入熱量制御部４２は、過熱度制御をしているとき（ステップＳＴ１）にも、温度検出器３４及びＳＯＸ計５１から出力された信号を受信しており、検出温度ＴＥ及びＳＯＸ計５１の測定値ＭＶを読み込んでいる（ステップＳＴ１２，ＳＴ１３）。そして、酸露点導出部４３は、硫黄酸化物の重量％と酸露点とを関連付ける関係式又はマップを用いて、読み込んだ測定値ＭＶから、排ガスに含有される硫黄酸化物の酸露点ＤＰを推定する（ステップＳＴ１４）。

入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが、酸露点導出部４３によって導出された酸露点ＤＰ以上であるか否かを判定し（ステップＳＴ１５）、検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ以上であれば、リターンし、そのまま過熱度制御を継続する。一方、検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ未満の場合には、入熱量制御部４２は、過熱度制御に優先させて、ポンプ１４の回転数を下げる制御を行う（ステップＳＴ１６）。これにより、加熱器１６において、排ガスから作動媒体に放出される熱量を減らすことができるため、加熱器１６の下流側における排ガスの温度が低すぎる状態を解消することができる。検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ以上になれば、過熱度制御に復帰する。

第２実施形態では、入熱量制御部４２は、酸露点導出部４３によって導出された酸露点ＤＰを用いて、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する制御を行う。これにより、排ガス路３における加熱器１６の下流側での排ガスの温度が、導出された酸露点ＤＰ以上に維持される。したがって、単に温度検出器３４による排ガスの温度の検出結果に基づいて加熱器１６での熱交換量を制御する場合に比べ、排ガスからの腐食成分の結露の抑制のための制御の精度を向上することができる。この結果、加熱器１６における排ガスから作動媒体への放熱量をより上げる制御（即ち放熱量を下げすぎない制御）が可能となり、排熱回収量を増大させることが可能となる。

また、ＳＯＸ計５１による測定結果から排ガス中の酸露点ＤＰを推定でき、この推定された酸露点ＤＰを元に、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する制御が行われる。したがって、酸露点ＤＰを推定するために要するコストの増大を抑えつつ、排ガスからの腐食成分の結露の抑制のための制御の精度を向上することができる。

なお、第２実施形態では、制御器３８の機能として酸露点導出部４３が含まれる形態について説明したが、これに限られるものではない。例えば、精度は少し劣るかもしれないが、温度検出器３４の検出温度ＴＥをＳＯＸ計５１によって測定された硫黄酸化物の含有割合に応じた値で補正し、入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが、この補正された温度以上になるようにポンプ１４の回転数を調整してもよい。

この態様では、入熱量制御部４２は、温度検出器３４による検出温度ＴＥ及びＳＯＸ計５１による測定値ＭＶに基づいて、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する制御を行う。これにより、排ガス路３における加熱器１６の下流側での排ガスの温度が排ガスの酸露点以上に維持される。したがって、単に温度検出器３４による排ガスの温度の検出結果に基づいて加熱器１６での熱交換量を制御する場合に比べ、排ガスからの腐食成分の結露の抑制のための制御の精度を向上することができる。この結果、加熱器１６における排ガスから作動媒体への放熱量をより上げる制御が可能となり、排熱回収量を増大させることが可能となる。

なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図７本発明の第３実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態では、入熱量制御部４２は、ポンプ１４の回転数を調整する制御を行う。これに対し、第３実施形態の入熱量制御部４２は、ポンプ１４の回転数を調整することなく加熱器１６に流入する作動媒体の流量を低減させるための制御を行う。このため、ポンプ１４は回転数を調整可能な構成でなくてもよい。

第３実施形態では、循環流路１２に接続された戻し路５３を用いて、ポンプ１４から吐出された作動媒体の一部をポンプ１４の上流側に戻すようにする。具体的には、循環流路１２には、ポンプ１４を迂回するように戻し路５３が接続されている。戻し路５３の一端は、循環流路１２におけるポンプ１４の下流側に接続され、戻し路５３の他端は、循環流路１２におけるポンプ１４の上流側に接続されている。

戻し路５３には、開度調整可能な流量調整弁５４が設けられている。入熱量制御部４２は、温度検出器３４による検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上に維持されるように、流量調整弁５４の開度調整を行う。したがって、図３におけるステップＳＴ４が、ポンプ１４の回転数を下げる制御に代えて、流量調整弁５４の開度を大きくする制御となる。それ以外は、第１実施形態と同じである。

（第４実施形態）
図８本発明の第４実施形態を示す。尚、ここでは第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、入熱量制御部４２は、ポンプ１４の回転数を調整する制御を行う。これに対し、第４実施形態の入熱量制御部４２は、ポンプ１４の回転数を調整することなく加熱器１６に流入する作動媒体の流量を低減させるための制御を行う。このため、ポンプ１４は回転数を調整可能な構成でなくてもよい。

第４実施形態では、循環流路１２に接続された戻し路５３を用いて、ポンプ１４から吐出された作動媒体の一部をポンプ１４の上流側に戻すたようにする。具体的には、循環流路１２には、ポンプ１４を迂回するように戻し路５３が接続されている。戻し路５３の一端は、循環流路１２におけるポンプ１４の下流側に接続され、戻し路５３の他端は、循環流路１２におけるポンプ１４の上流側に接続されている。

戻し路５３には、開度調整可能な流量調整弁５４が設けられている。入熱量制御部４２は、温度検出器３４による検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ以上に維持されるように、流量調整弁５４の開度調整を行う。したがって、図６におけるステップ１５が、ポンプ１４の回転数を下げる制御に代えて、流量調整弁５４の開度を大きくする制御となる。それ以外は、第２実施形態と同じである。

（第５実施形態）
図９本発明の第５実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態では、入熱量制御部４２が、ポンプ１４の回転数を調整する制御を行うよう構成されている。これに対し、第５実施形態では、入熱量制御部４２がポンプ１４の回転数を調整することなく、加熱器１６への作動媒体の流入量を低減することによって作動媒体への入熱量を制限するように構成されている。具体的に、循環流路１２には、加熱器１６をバイパスするバイパス路５６が接続されている。バイパス路５６の一端は、循環流路１２における加熱器１６の上流側の部位、即ちポンプ１４と加熱器１６との間の部位に接続されている。バイパス路５６の他端は、循環流路１２における加熱器１６の下流側の部位、即ち加熱器１６と膨張機１８との間に接続されている。

バイパス路５６には、バイパス路５６を開閉するバイパス弁５７が設けられている。バイパス弁５７は、制御器３８から出力された信号によって開閉する弁によって構成されている。なお。バイパス弁５７は、開度調整可能な弁によって構成されていてもよい。

入熱量制御部４２は、加熱器１６における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整されるようにバイパス弁５７を制御する。具体的には、過熱度制御が実行されているときには、バイパス弁５７は閉じられた状態となっている。したがって、ポンプ１４から送出された作動媒体は、全量加熱器１６を通過する。図１０に示すように、入熱量制御部４２は、過熱度制御をしているとき（ステップＳＴ１）にも、温度検出器３４から出力された信号を受信しており、検出温度ＴＥを読み込んでいる（ステップＳＴ２）。そして、入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが予め設定された閾値ＴＳ以上か否かを判定し（ステップＳＴ３）、検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上であれば、リターンし、そのまま過熱度制御を継続する。一方、検出温度ＴＥが閾値ＴＳ未満の場合には、入熱量制御部４２は、バイパス弁５７を開く制御を行う（ステップＳＴ２４）。これにより、ポンプ１４から送り出された作動媒体の一部は、バイパス路５６を流れるため、その分、加熱器１６に流入する作動媒体量が減る。このため、加熱器１６において排ガスから作動媒体に伝達する熱量を減らすことができるため、排ガスの温度が低すぎる状態を解消することができる。検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上になれば、過熱度制御に復帰する。

なお、本実施形態では、入熱量制御部４２が、温度検出器３４の検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上の状態を維持する制御を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、第４実施形態（図８）のごとく、入熱量制御部４２が、温度検出器３４の検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ以上の状態を維持する制御を行う構成としてもよい。

その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記第１実施形態と同様である。

（第６実施形態）
図１１本発明の第６実施形態を示す。尚、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態では、加熱器１６が１つの熱交換器によって構成されている。これに対し、第６実施形態では、加熱器１６が中間媒体加熱器６１と作動媒体加熱器６２とを備えた構成となっている。すなわち、加熱器１６は、別個に構成された２つの熱交換器を備えた構成となっている。

具体的に、第６実施形態では、排ガス路３と循環流路１２との間に、中間媒体が流れる媒体流路６３が設けられている。そして、中間媒体加熱器６１は、排ガス路３と媒体流路６３とに接続されていて、排ガスと中間媒体とを熱交換させる構成とされている。一方、作動媒体加熱器６２は、媒体流路６３と循環流路１２とに接続されていて、中間媒体と作動媒体とを熱交換させる構成とされている。

中間媒体加熱器６１は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器によって構成されている。そして、中間媒体加熱器６１のシェル６１ａ内の空間が排ガス路３に連通し、シェル６１ａ内に設けられた伝熱管６１ｂが媒体流路６３に連通している。

作動媒体加熱器６２は、中間媒体が流れる１次側流路６２ａと、作動媒体が流れる２次側流路６２ｂとを備えている。作動媒体加熱器６２は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器、プレート熱交換器等、どのタイプの熱交換器であってもよい。

媒体流路６３には、中間媒体を圧送する中間ポンプ６４と、中間媒体の流量又は減圧量を調整する調整弁６５と、が設けられている。調整弁６５の開度が調整されることにより、媒体流路６３を流れる中間媒体の流量が調整され、これにより、中間媒体加熱器６１における排ガスと中間媒体との間の熱交換量が調整される。したがって、循環流路１２のポンプ１４の回転数を調整しなくても、排ガスから作動媒体への伝熱量を調整することができる。

入熱量制御部４２は、加熱器１６（中間媒体加熱器６１及び作動媒体加熱器６２）における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整されるように調整弁６５を制御する。具体的には、図１２に示すように、入熱量制御部４２は、過熱度制御をしているとき（ステップＳＴ１）にも、温度検出器３４から出力された信号を受信しており、検出温度ＴＥを読み込んでいる（ステップＳＴ２）。そして、入熱量制御部４２は、ステップＳＴ３において、検出温度ＴＥが閾値ＴＳ未満の場合には、調整弁６５の開度が現行の開度よりも開度が所定開度だけ小さくなるように、調整弁６５を制御する（ステップＳＴ３４）。これにより、媒体流路６３を流れる中間媒体の流量が小さくなり、中間媒体加熱器６１における排ガスと中間媒体との熱交換量が小さくなる。この結果、排ガスから作動媒体への伝熱量が小さくなる。このため、排ガスの温度が低すぎる状態を解消することができる。検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上になれば、過熱度制御に復帰する。

なお、本実施形態では、入熱量制御部４２が、中間媒体の流量を調整することによって、排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する構成としたが、これに限られない。入熱量制御部４２は、循環流路１２に設けられたポンプ１４を制御することにより、排ガスから作動媒体への伝熱量を調整する構成としてもよい。この場合、中間媒体から作動媒体への伝熱量が調整されることに伴って排ガスから中間媒体への伝熱量も調整されることになる。

また、中間ポンプ６４の回転数を調整することによって、中間媒体加熱器６１に流入する中間媒体の流量を調整する構成に限られない。例えば、バイパス流路（図示省略）が中間媒体加熱器６１を迂回するように媒体流路６３に接続されて、中間媒体加熱器６１に流入する中間媒体の流量を調整するようにしてもよい。また、媒体流路６３に、戻し路５３（図７）と同様の戻り流路（図示省略）を設けて、中間媒体加熱器６１に流入する中間媒体の流量を調整するようにしてもよい。

また本実施形態では、入熱量制御部４２が、温度検出器３４の検出温度ＴＥが閾値ＴＳ以上の状態を維持する制御を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１３に示すようにＳＯＸ計５１が設けられていて、入熱量制御部４２が、温度検出器３４の検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ以上の状態を維持する制御を行う構成としてもよい。すなわち、入熱量制御部４２は、検出温度ＴＥが酸露点ＤＰ未満の場合に、調整弁６５の開度が現行の開度よりも開度が所定開度だけ小さくなるように、調整弁６５を制御する。

その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記実施形態と同様である。

１０ 熱エネルギー回収装置
１２ 循環流路
１４ ポンプ
１６ 加熱器
１８ 膨張機
２０ 凝縮器
２４ 蒸発器
２６ 動力回収機
３４ 温度検出器
３８ 制御器
４１ 運転制御部
４２ 入熱量制御部
４３ 酸露点導出部
５１ ＳＯＸ計
５３ 戻し路
５４ 流量調整弁
５６ バイパス路
５７ バイパス弁
６１ 中間媒体加熱器
６２ 作動媒体加熱器
６３ 媒体流路
６５ 調整弁

Claims (9)

1. 排ガス路を流れる排ガスを熱源として、循環流路を流れる作動媒体が加熱される加熱器と、
   前記循環流路における前記加熱器の下流側の作動媒体によって駆動される動力回収機と、
   前記排ガス路における前記加熱器の下流側での排ガスの温度を検出する温度検出器と、
   前記温度検出器による検出温度が、設定された温度以上に維持されるように、前記加熱器における前記排ガスから前記作動媒体への伝熱量を調整するための制御を行う入熱量制御部と、を備えている、熱エネルギー回収装置。
2. 前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計を備え、
   前記入熱量制御部は、前記温度検出器による検出結果及び前記ＳＯＸ計による測定結果に基づいて、前記検出温度が前記設定された温度としての前記排ガスの酸露点以上に維持されるように、前記伝熱量を調整するための制御を行う、請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。
3. 前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計と、
   前記ＳＯＸ計による測定値に基づいて、前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガスの酸露点を導出する酸露点導出部と、を備え、
   前記入熱量制御部は、前記酸露点導出部によって導出された酸露点を前記設定された温度として、前記検出温度が前記温度以上に維持されるように、前記伝熱量を調整するための制御を行う、請求項１に記載の熱エネルギー回収装置。
4. 前記ＳＯＸ計は、排ガス中の硫黄酸化物の重量％を測定するように構成されており、
   前記酸露点導出部は、硫黄酸化物の重量％と排ガスと酸露点との関係を記憶した記憶部を含み、前記記憶部に記憶された関係と前記ＳＯＸ計による測定結果とを用いて排ガスの酸露点を導出するように構成されている、請求項３に記載の熱エネルギー回収装置。
5. 前記循環流路内で作動媒体を循環させるポンプを備えており、
   前記ポンプは回転数を調整可能な構成であり、
   前記入熱量制御部は、前記加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整されるように、前記ポンプの回転数を調整する制御を行う、請求項１から４の何れか１項に記載の熱エネルギー回収装置。
6. 前記加熱器をバイパスするバイパス路と、
   前記バイパス路を開閉するバイパス弁と、を備えており、
   前記入熱量制御部は、前記加熱器における排ガスから作動媒体への伝熱量が調整されるように、前記バイパス弁を制御する、請求項１から４の何れか１項に記載の熱エネルギー回収装置。
7. 前記加熱器は、前記排ガス路及び前記循環流路に接続された熱交換器によって構成されている、請求項１から６の何れか１項に記載の熱エネルギー回収装置。
8. 前記加熱器は、前記排ガス路を流れる排ガスによって媒体流路を流れる中間媒体を加熱する中間媒体加熱器と、前記中間媒体加熱器で加熱された中間媒体によって前記作動媒体を加熱する作動媒体加熱器と、を備え、
   前記温度検出器は、前記排ガス路における前記中間媒体加熱器の下流側での排ガスの温度を検出するように構成されている、請求項１から６の何れか１項に記載の熱エネルギー回収装置。
9. 排ガス路を流れる排ガスを熱源として、循環流路を流れる作動媒体が加熱される加熱器と、
   前記循環流路における前記加熱器の下流側の作動媒体によって駆動される動力回収機と、
   前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガスの温度を検出する温度検出器と、
   前記排ガス管における前記加熱器の下流側での排ガス中の硫黄酸化物の含有割合を測定するＳＯＸ計と、を備えている、熱エネルギー回収装置。

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