JP6194274B2 - 排熱回収システム及び排熱回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、排熱回収システム及び排熱回収方法に関するものである。

従来、過給機からエンジンに供給される過給空気の排熱を回収する排熱回収システムが知られている。例えば、特許文献１には、過給機からエンジンに供給される圧縮空気を第２伝熱管内を流れる冷却媒体で冷却した後に第１伝熱管内を流れる冷却媒体で冷却する空気冷却器と、空気冷却器の第２伝熱管において圧縮空気から回収した排熱によって熱媒を加熱する第２排熱回収器と、熱媒と有機流体とを熱交換させることにより有機流体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出した有機流体が流入するタービンと、タービンに接続された発電機と、タービンから流出した有機流体を凝縮させる凝縮器と、を備える排熱回収発電装置が開示されている。空気冷却器の第１伝熱管には、圧縮空気を冷却するための冷却媒体として、清水または海水が供給されている。また、凝縮器には、有機流体を冷却するための冷却媒体として、海水が供給されている。

特開２０１１−１４９３３２号公報

上記特許文献１に示される排熱回収発電装置では、空気冷却器の第１伝熱管への冷却媒体（清水または海水）の供給と凝縮器への冷却媒体（海水）の供給とが、それぞれ別々の供給ラインを通じて行われている。このため、各供給ラインにそれぞれポンプが必要となり、構造が複雑である。

本発明の目的は、簡単な構成によりエンジンに供給される過給空気の排熱を回収することが可能な排熱回収システムを提供することである。

前記課題を解決する手段として、本発明は、エンジンに供給される過給空気と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる加熱器と、前記加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機に接続された動力回収機と、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、前記加熱器から流出した過給空気を冷却するエアクーラに冷却媒体を供給するための冷却媒体供給管と、前記冷却媒体供給管に設けられており、前記冷却媒体を前記エアクーラに送る冷却媒体ポンプと、前記冷却媒体により前記作動媒体が冷却されるように前記冷却媒体供給管を流れる前記冷却媒体の一部を前記凝縮器に分岐させる分岐管と、を備える排熱回収システムを提供する。

本排熱回収システムでは、エアクーラに供給される冷却媒体の一部が冷却媒体供給管から分岐した分岐管を通じて凝縮器に導かれるので、エアクーラに冷却媒体を供給するための既存の冷却媒体ポンプを利用することによりエアクーラ及び凝縮器の双方に冷却媒体を供給することができる。すなわち、本システムでは、凝縮器に冷却媒体を供給するための専用のポンプを設けることなく、エアクーラに供給される冷却媒体の一部を凝縮器に分岐させるという簡単な構成により過給空気の排熱を回収することができる。

この場合において、前記分岐管に設けられており開度を調整可能な調整弁と、前記エアクーラから流出した過給空気の温度が設定温度以下となるように前記調整弁の開度を制御する制御部と、をさらに備えることが好ましい。

この態様では、制御部が調整弁の開度を調整するので、その温度が設定温度以下となるようにエアクーラで適切に冷却された過給空気を得つつ、過給空気の排熱を動力回収機で有効に回収することができる。

さらにこの場合において、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記加熱器へ送る循環ポンプをさらに備え、前記制御部は、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が基準温度以上、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が基準圧力以下となったときに前記循環ポンプを停止させることが好ましい。

このようにすれば、当該システムの損傷が抑制される。具体的に、前記温度差が基準温度以上、あるいは前記圧力差が基準圧力以下となると（凝縮器から流出する冷却媒体の温度が高くなり過ぎると）、作動媒体の温度が高くなるので、当該システムに用いられているシール材が損傷する等の不具合の発生が懸念される。これに対し、本発明では、前記温度差が基準温度以上、あるいは前記圧力差が基準圧力以下となったときに循環ポンプを停止させるので、当該システムの損傷が抑制される。

加えて、前記加熱器をバイパスする第一バイパス流路と、前記第一バイパス流路に設けられた第一バイパス弁と、前記膨張機をバイパスする第二バイパス流路と、前記膨張機バイパス流路に設けられた第二バイパス弁と、前記加熱器から流出した作動媒体の前記膨張機への流入を遮断可能な遮断弁と、をさらに備え、前記制御部は、前記温度差が前記基準温度以上、あるいは前記圧力差が前記基準圧力以下となったときに前記循環ポンプを停止させるとともに、前記調整弁の開度を指定開度に維持しつつ前記第一バイパス弁及び前記第二バイパス弁を開き、前記遮断弁を閉じることが好ましい。

このようにすれば、当該システムの損傷がより確実に抑制される。具体的に、循環ポンプが停止され、第一バイパス弁及び第二バイパス弁が開かれるとともに遮断弁が閉じられることにより、加熱器において過給空気の排熱を回収した高温の作動媒体は、循環ポンプの下流側において第一バイパス流路を経由した低温の液状の作動媒体と合流した後、第二バイパス流路を経由して凝縮器へ流入することにより凝縮する。つまり、加熱器から流出した高温の作動媒体が循環ポンプの下流側において第一バイパス流路を経由した低温の作動媒体によって冷却されるので、加熱器の下流側において作動媒体が高温になり過ぎることに起因する前記シール材の損傷等が抑制される。

具体的に、前記制御部は、前記加熱器の下流側でかつ前記第一バイパス流路と前記膨張機との間における作動媒体の温度が閾値以下となったときに前記調整弁を閉じることが好ましい。

このようにすれば、加熱器の下流側でかつ第一バイパス流路と膨張機との間における作動媒体の温度が閾値以下になった後、冷却媒体の全量がエアクーラに供給されるので、当該エアクーラにおいて有効に過給空気を冷却することができる。

また、本発明において、前記制御部は、前記エアクーラから流出した後の過給空気の温度が前記設定温度よりも低い指定温度以下であるときは、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が特定温度となる、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が特定圧力となるように前記調整弁の開度を調整することが好ましい。

このようにすれば、エアクーラから流出した後の過給空気の温度が前記指定温度以下であるときの凝縮器への冷却媒体の供給量が安定する。具体的に、前記温度差と分岐管を流れる冷却媒体の流量との関係は、予め求められており、また、分岐管の面積は予め測定されているため、この面積及び前記圧力差から分岐管を流れる冷却媒体の流量を算出することができる。このため、前記温度差が前記特定温度となる、あるいは前記圧力差が前記特定圧力となるように調整弁の開度を調整することにより、凝縮器への冷却媒体の供給量が安定する。よって、動力回収機において安定的に動力を回収することができる。

この場合において、前記制御部は、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度が規定値以下となるように前記循環ポンプの回転数を調整することが好ましい。

このようにすれば、凝縮器から流出した冷却媒体が周囲の環境に及ぼす影響が抑制される。

また、本発明において、前記エンジンは、船舶用のエンジンであり、前記冷却媒体供給管は、海水を前記冷却媒体として前記エアクーラ内に供給可能に構成されており、前記分岐管は、海水を前記冷却媒体として前記凝縮器内に供給可能に構成されていることが好ましい。

このようにすれば、エアクーラ及び凝縮器に冷却媒体を供給するための専用の供給源を設けることなく、海水を利用することにより、船舶用のエンジンに供給される過給空気の排熱を有効に回収することができる。

また、本発明は、エンジンに供給される過給空気の排熱を回収する排熱回収方法であって、前記過給空気を加熱器に供給することによって当該加熱器で作動媒体を蒸発させる蒸発工程と、前記加熱器から流出した過給空気と冷却媒体とをエアクーラで熱交換させることによって前記過給空気を冷却する冷却工程と、前記加熱器から流出した作動媒体を膨張機で膨張させることによって当該作動媒体から動力を回収する動力回収工程と、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮器で凝縮させる凝縮工程と、を備え、前記凝縮工程では、前記冷却工程において前記エアクーラに供給される冷却媒体の一部を前記凝縮器に分岐させることによって当該凝縮器において前記作動媒体を凝縮させるとともに、前記エアクーラから流出する過給空気の温度が設定温度以下となるように前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を調整する排熱回収方法を提供する。

本発明では、その温度が設定温度以下となるようにエアクーラで適切に冷却された過給空気を得つつ、過給空気の排熱を有効に回収することができる。

この場合において、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記加熱器へ送る作動媒体循環工程をさらに備え、前記作動媒体循環工程では、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が基準温度以上、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が基準圧力以下となったときに前記凝縮器から流出した作動媒体を前記加熱器へ送る送り操作を停止することが好ましい。

さらに、前記凝縮工程では、前記温度差が前記基準温度以上、あるいは前記圧力差が前記基準圧力以下となったときに前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を一定の範囲内に収まるように維持し、前記作動媒体循環工程では、前記温度差が前記基準温度以上、あるいは前記圧力差が前記基準圧力以下となったときに前記送り操作を停止するとともに、前記凝縮器から流出した作動媒体であって前記加熱器に流入する前のものを前記加熱器から流出した作動媒体と合流させ、この合流後の作動媒体を前記膨張機に流入させることなく前記凝縮器に流入させることが好ましい。

具体的に、前記凝縮工程では、前記合流後の作動媒体の温度が閾値以下となったときに前記凝縮器への前記冷却媒体の供給を停止することが好ましい。

このようにすれば、前記合流後の作動媒体の温度が閾値以下になった後、冷却媒体の全量がエアクーラに供給されるので、当該エアクーラにおいて有効に過給空気を冷却することができる。

また、本発明において、前記凝縮工程では、前記エアクーラから流出する過給空気の温度が前記設定温度よりも低い指定温度以下であるときは、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が特定温度となる、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が特定圧力となるように前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を調整することが好ましい。

このようにすれば、凝縮器への冷却媒体の供給量が安定するので、安定的に動力を回収することができる。

この場合において、前記凝縮工程では、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度が規定値以下となるように前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を調整することが好ましい。

このようにすれば、凝縮器から流出した冷却媒体が周囲の環境に及ぼす影響が抑制される。

また、本発明において、前記エンジンとして船舶用のエンジンが用いられ、前記エアクーラ及び前記凝縮器に供給される冷却媒体として海水が用いられることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成によりエンジンに供給される過給空気の排熱を回収することが可能な排熱回収システムを提供することができる。

本発明の一実施形態の排熱回収装置の構成の概略を示す図である。 制御部の制御内容を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態の排熱回収システムについて、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１に示されるように、本排熱回収システムは、過給機付エンジン１と、過給機付エンジン１の排熱を回収する排熱回収装置１０と、を備えている。本実施形態では、排熱回収システムは、船舶に搭載されている。

過給機付エンジン１は、過給機２と、船舶用のエンジン３と、吸気ライン４と、排気ライン５と、吸気ライン４に設けられたエアクーラ６と、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給管７と、冷却媒体供給管７に設けられた冷却媒体ポンプ８と、を有する。

過給機２は、圧縮機２ａと、この圧縮機２ａと接続されたタービン２ｂと、を有する。圧縮機２ａで圧縮された過給空気は、吸気ライン４を通じてエアクーラ６に供給される。

エアクーラ６は、圧縮機２ａから吐出された過給空気と冷却媒体とを熱交換させることによって過給空気を冷却する。具体的に、エアクーラ６は、吸気ライン４を通じて供給される過給空気が流れる第一流路６ａと、冷却媒体が流れる第二流路６ｂと、を有している。第二流路６ｂは、冷却媒体供給管７と接続されている。このため、第二流路６ｂには、冷却媒体供給管７を通じて供給される冷却媒体が流れる。本実施形態では、冷却媒体として海水が使用されている。エアクーラ６から流出した過給空気は、吸気ライン４を通じてエンジン３に供給される。

エンジン３からの排ガスは、排気ライン５を通じてタービン２ｂに送られる。タービン２ｂ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２ｂの駆動力により圧縮機２ａが駆動される。

排熱回収装置１０は、加熱器１２と、膨張機１６と、動力回収機１８と、凝縮器２０と、循環ポンプ２２と、加熱器１２、膨張機１６、凝縮器２０及び循環ポンプ２２をこの順に直列に接続する循環流路２４と、を備えている。

加熱器１２は、吸気ライン４における圧縮機２ａとエアクーラ６との間の部位に接続されている。加熱器１２は、圧縮機２ａで圧縮された過給空気と液状の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を蒸発させる。具体的に、加熱器１２は、圧縮機２ａから吸気ライン４を通じて供給される過給空気が流れる第一流路１２ａと、作動媒体が流れる第二流路１２ｂとを有する。

本実施形態では、循環流路２４のうち加熱器１２の下流側の部位に熱交換器１４が設けられている。この熱交換器１４は、船舶内に設けられている蒸気ラインに接続される。つまり、熱交換器１４は、加熱器１２から流出した作動媒体と船舶で生じる余剰水蒸気（加熱媒体）とを熱交換させることによって作動媒体を加熱する。なお、この熱交換器１４は、省略されてもよい。

膨張機１６は、循環流路２４のうち熱交換器１４の下流側の部位に設けられている。本実施形態では、膨張機１６として、熱交換器１４から流出したガス状の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されるロータを有する容積式のスクリュー膨張機が用いられている。具体的に、この膨張機１６は、内部にロータ室が形成されたケーシングと、ロータ室内に回転自在に支持された雌雄一対のスクリュロータとを有している。膨張機１６では、前記ケーシングに形成された吸気口から前記ロータ室に供給されたガス状の作動媒体の膨張エネルギーによって前記スクリュロータが回転駆動される。そして、前記ロータ室内で膨張することにより圧力が低下した作動媒体は、前記ケーシングに形成された排出口から循環流路２４に排出される。なお、膨張機１６としては、容積式のスクリュー膨張機に限らず、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１８は、膨張機１６に接続されている。本実施形態では、動力回収機１８として発電機が用いられている。この動力回収機１８は、膨張機１６の一対のスクリュロータのうちの一方に接続された回転軸を有している。動力回収機１８は、前記回転軸が前記スクリュロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。なお、動力回収機１８として、発電機の他、圧縮機等が用いられてもよい。

凝縮器２０は、循環流路２４のうち膨張機１６の下流側の部位に設けられている。凝縮器２０は、作動媒体を冷却媒体で冷却することにより凝縮（液化）させる。具体的に、凝縮器２０は、冷却媒体が流れる第一流路２０ａと、膨張機１６から流出した作動媒体が流れる第二流路２０ｂと、を有する。第一流路２０ａの上流側の端部は、冷却媒体ポンプ８によって冷却媒体供給管７内を通ってエアクーラ６に向かうように供給される冷却媒体の一部を分岐させる分岐管２６に接続されている。すなわち、本実施形態では、エアクーラ６に供給される冷却媒体（本実施形態では海水）の一部が凝縮器２０において作動媒体を冷却するための冷却媒体として利用されている。また、第一流路２０ａの下流側の端部は、冷却媒体を排出する排出管２８に接続されている。

循環ポンプ２２は、循環流路２４における凝縮器２０の下流側の部位（加熱器１２と凝縮器２０との間の部位）に設けられている。循環ポンプ２２は、凝縮器２０で凝縮された液状の作動媒体を所定の圧力まで加圧して循環流路２４における当該循環ポンプ２２の下流側に送り出す。循環ポンプ２２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。

以上説明したように、本排熱回収システムでは、エアクーラ６に供給される冷却媒体の一部が冷却媒体供給管７から分岐した分岐管２６を通じて凝縮器２０に導かれるので、エアクーラ６に冷却媒体を供給するための既存の冷却媒体ポンプ８を利用することによりエアクーラ６及び凝縮器２０の双方に冷却媒体を供給することができる。すなわち、本システムでは、凝縮器２０に冷却媒体を供給するための専用のポンプを設けることなく、エアクーラ６に供給される冷却媒体の一部を凝縮器２０に分岐させるという簡単な構成により過給空気の排熱を回収することができる。

また、本実施形態のエンジン３は、船舶用のエンジンであり、冷却媒体供給管７は、海水を冷却媒体としてエアクーラ６内に供給可能に構成されており、分岐管２６は、海水を冷却媒体として凝縮器２０内に供給可能に構成されている。このため、エアクーラ６及び凝縮器２０に冷却媒体を供給するための専用の供給源を設けることなく、海水を利用することにより、船舶用のエンジン３に供給される過給空気の排熱を有効に回収することができる。

また、本実施形態の排熱回収装置１０は、分岐管２６に設けられた調整弁Ｖ１と、加熱器１２をバイパスする第一バイパス流路４０と、第一バイパス流路４０に設けられた第一バイパス弁Ｖ２と、膨張機１６をバイパスする第二バイパス流路４２と、第二バイパス流路４２に設けられた第二バイパス弁Ｖ３と、作動媒体の膨張機１６への流入を遮断可能な遮断弁Ｖ４と、各種制御を行う制御部３０と、をさらに備えている。

調整弁Ｖ１は、その開度を調整可能に構成されている。この調整弁Ｖ１の開度に応じて分岐管２６から凝縮器２０に供給される冷却媒体の流量が変動する。

第一バイパス流路４０は、循環流路２４における循環ポンプ２２と加熱器１２との間の部位及び循環流路２４における熱交換器１４と膨張機１６との間の部位を接続している。

第二バイパス流路４２は、循環流路２４における熱交換器１４と膨張機１６との間の部位及び循環流路２４における膨張機１６と凝縮器２０との間の部位を接続している。

遮断弁Ｖ４は、循環流路２４のうち当該循環流路２４と第二バイパス流路４２との接続部よりも下流側でかつ膨張機１６よりも上流側の部位に設けられている。

制御部３０は、吸気ライン４におけるエアクーラ６とエンジン３との間の部位における過給空気の温度Ｔａに基づいて調整弁Ｖ１の開度を制御する。具体的に、制御部３０は、吸気ライン４におけるエアクーラ６とエンジン３との間の部位に設けられた温度センサ９の検出値Ｔａが設定温度Ｔａ_ｍａｘ以下となるように調整弁Ｖ１の開度を制御する。また、制御部３０は、前記検出値Ｔａが前記設定温度Ｔａ_ｍａｘよりも低い指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下であるときは、凝縮器２０に流入する前の冷却媒体の圧力Ｐ１から凝縮器２０から流出した後の冷却媒体の圧力Ｐ２を引いた圧力差ΔＰが特定圧力Ｐαとなるように調整弁Ｖ１の開度を調整する。前記圧力差ΔＰは、分岐管２６に設けられた圧力センサ３３の検出値Ｐ１から排出管２８に設けられた圧力センサ３５の検出値Ｐ２を引くことにより算出される。なお、分岐管２６を流れる冷却媒体が凝縮器２０を通過するときに圧力損失が生じるため、前記圧力差ΔＰは正の値となる。

また、制御部３０は、冷却媒体の温度に基づいて循環ポンプ２２の駆動を制御する。具体的に、制御部３０は、凝縮器２０から流出した後の冷却媒体の温度Ｔ２が規定値Ａ以下となるように循環ポンプ２２の回転数を調整する。さらに、制御部３０は、凝縮器２０から流出した後の冷却媒体の温度Ｔ２から凝縮器２０に流入する前の冷却媒体の温度Ｔ１を引いた温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上となったときに循環ポンプ２２を停止させる。前記温度差ΔＴは、排出管２８に設けられた温度センサ３４の検出値Ｔ２から分岐管２６に設けられた温度センサ３２の検出値Ｔ１を引くことにより算出される。この場合において、制御部３０は、調整弁Ｖ１の開度を指定開度に維持しつつ、第一バイパス弁Ｖ２及び第二バイパス弁Ｖ３を開き、かつ遮断弁Ｖ４を閉じる。その後、制御部３０は、熱交換器１４から流出したガス状の作動媒体と循環ポンプ２２の下流側において第一バイパス流路４０を経由した液状の作動媒体とが合流した後の作動媒体の温度Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下となったときに調整弁Ｖ１を閉じる。前記温度Ｔｒは、循環流路２４における熱交換器１４の下流側でかつ第一バイパス流路４０と膨張機１６との間の部位に設けられた温度センサ４４によって検出される。

以下、制御部３０の上記の制御内容を図２を参照しながら詳細に説明する。

本排熱回収システムが起動されると、制御部３０は、吸気ライン４におけるエアクーラ６の下流側の部位に設けられた温度センサ９の検出値Ｔａが設定温度Ｔａ_ｍａｘを超えているか否かを判断する（ステップＳＴ１）。その結果、前記検出値Ｔａが設定温度Ｔａ_ｍａｘを超えていれば（ステップＳＴ１でＹＥＳ）、制御部３０は、調整弁Ｖ１の開度を小さくし（ステップＳＴ２）、再びステップＳＴ１に戻る。調整弁Ｖ１の開度を小さくすることにより、エアクーラ６により多くの冷却媒体が供給されるため、前記検出値Ｔａが低下する。

一方、前記検出値Ｔａが設定温度Ｔａ_ｍａｘ以下であれば（ステップＳＴ１でＮＯ）、制御部３０は、当該検出値Ｔａが指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ３）。この結果、前記検出値Ｔａが指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下であれば（ステップＳＴ３でＹＥＳ）、前記圧力差ΔＰが特定圧力Ｐαとなるように調整弁Ｖ１の開度を調整する（ステップＳＴ４）。これにより、凝縮器２０への冷却媒体の供給量がほぼ一定に保たれる。具体的に、前記圧力差ΔＰと凝縮器２０の第一流路２０ａを流れる冷却媒体の流量とは一定の関係を有しているため、この関係及び前記圧力差ΔＰから前記第一流路２０ａを流れる冷却媒体の流量を算出することができる。このため、前記圧力差ΔＰが前記特定圧力Ｐαとなるように調整弁Ｖ１の開度を調整することにより、凝縮器２０への冷却媒体の供給量が安定する。

ステップＳＴ４の後及び前記検出値Ｔａが指定温度Ｔａ_ｍｉｎよりも大きい場合（ステップＳＴ３でＮＯ）、制御部３０は、排出管２８に設けられた温度センサ３４の検出値Ｔ２が規定値Ａよりも大きいか否かを判断する（ステップＳＴ５）。この結果、前記検出値Ｔ２が前記規定値Ａよりも大きければ（ステップＳＴ５でＹＥＳ）、循環ポンプ２２の回転数を低下させ（ステップＳＴ６）、再びステップＳＴ５に戻る。循環ポンプ２２の回転数を低下させることにより、循環流路２４を循環する作動媒体の流量が減少するので、凝縮器２０において作動媒体が冷却媒体に与える熱量が低下し、これにより前記検出値Ｔ２も低下する。

一方、前記検出値Ｔ２が前記規定値Ａ以下であれば（ステップＳＴ５でＮＯ）、制御部３０は、前記温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ７）。この結果、前記前記温度差ΔＴが基準温度Ｔ０よりも小さければ（ステップＳＴ７でＮＯ）、ステップＳＴ１に戻る一方、前記温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上であれば（ステップＳＴ７でＹＥＳ）、循環ポンプ２２及び膨張機１６を停止させる（ステップＳＴ８）。

そして、制御部３０は、調整弁Ｖ１を指定開度に維持しつつ、第一バイパス弁Ｖ２及び第二バイパス弁Ｖ３を開き、かつ遮断弁Ｖ４を閉じる（ステップＳＴ９）。そうすると、加熱器１２において過給空気の排熱を回収した高温の作動媒体は、循環ポンプ２２の下流側において第一バイパス流路４０を経由した低温の液状の作動媒体と合流して冷却された後、第二バイパス流路４２を経由して凝縮器２０へ流入する。つまり、加熱器１２から流出した高温の作動媒体が循環ポンプ２２の下流側において第一バイパス流路４０を経由した低温の作動媒体によって冷却される。

その後、制御部３０は、循環流路２４における熱交換器１４と膨張機１６との間の部位に設けられている温度センサ４４の検出値Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０）。その結果、前記検出値Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘよりも大きければ（ステップＳＴ１０でＮＯ）、再び検出値Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳＴ１０）。一方、検出値Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下であれば（ステップＳＴ１０でＹＥＳ）、制御部３０は、調整弁Ｖ１及び第一バイパス弁Ｖ２を閉じる（ステップＳＴ１１）。そうすると、前記検出値Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下になった後、冷却媒体の全量がエアクーラ６に供給される。

以上のように、本実施形態の排熱回収システムでは、制御部３０は、エアクーラ６から流出した過給空気の温度Ｔａが設定温度Ｔａ_ｍａｘ以下となるように調整弁Ｖ１の開度を調整する。よって、その温度が設定温度Ｔａ_ｍａｘ以下となるようにエアクーラ６で適切に冷却された過給空気がエンジン３に供給され、かつ過給空気の排熱が動力回収機１８で有効に回収される。

また、制御部３０は、前記検出値Ｔａが指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下であるときは、凝縮器２０前後の冷却媒体の圧力差ΔＰが特定圧力Ｐαとなるように調整弁Ｖ１の開度を調整するので、凝縮器２０への冷却媒体の供給量が安定する。よって、エアクーラ６から流出した後の過給空気の温度が前記指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下である状態において、動力回収機１８により安定的に動力を回収することができる。

さらに、制御部３０は、凝縮器２０から流出した後の冷却媒体の温度Ｔ２が規定値Ａ以下となるように循環ポンプ２２の回転数を調整するので、凝縮器２０から流出した冷却媒体が周囲の環境に及ぼす影響が抑制される。

加えて、制御部３０は、凝縮器２０前後の冷却媒体の温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上となったときに循環ポンプ２２を停止させる。これにより、当該システムの損傷が抑制される。具体的に、前記温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上となると（凝縮器２０から流出する冷却媒体の温度が高くなり過ぎると）、循環流路２４を循環する作動媒体の温度が高くなるので、当該システムに用いられているシール材が損傷する等の不具合の発生が懸念される。これに対し、本実施形態では、前記温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上となったときに循環ポンプ２２を停止させるので、当該システムの損傷が抑制される。

この場合において、制御部３０は、調整弁Ｖ１の開度を指定開度に維持しつつ、第一バイパス弁Ｖ２及び第二バイパス弁Ｖ３を開き、かつ遮断弁Ｖ４を閉じる。これにより、熱交換器１４から流出した高温の作動媒体は、循環ポンプ２２の下流側において第一バイパス流路４０を経由した低温の作動媒体と合流することによって当該低温の作動媒体により冷却される。よって、加熱器１２の下流側において作動媒体が高温になり過ぎることに起因する前記シール材の損傷等が抑制される。

その後、制御部３０は、熱交換器１４から流出した高温の作動媒体と第一バイパス流路４０を経由した低温の作動媒体とが合流した後の作動媒体の温度Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下となったときに調整弁Ｖ１を閉じる。よって、前記温度Ｔｒが閾値Ｔｒ_ｍａｘ以下となった後、エアクーラ６において有効に過給空気を冷却することができる。

なお、今回開示された実施形態は、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、上記した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、上記実施形態では、排熱回収システムが船舶に搭載された例が示されたが、この排熱回収システムは、船舶以外の内燃機関に適用されてもよい。

また、上記実施形態では、制御部３０は、前記検出値Ｔａが指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下であるときは、前記圧力差ΔＰが特定圧力Ｐαとなるように調整弁Ｖ１の開度を調整する（ステップＳＴ３及びステップＳＴ４）ことが例示されたが、制御部３０の制御内容はこれに限られない。例えば、制御部３０は、前記検出値Ｔａが指定温度Ｔａ_ｍｉｎ以下であるときは、前記温度差ΔＴが特定温度Ｔαとなるように調整弁Ｖ１の開度を調整してもよい。この場合、調整弁Ｖ１の開度は、前記温度差ΔＴと分岐管２６を流れる冷却媒体の流量との関係を示すマップであって予め制御部３０に記憶されたものに応じて調整される。このようにしても、凝縮器２０への冷却媒体の供給量が安定する。

また、上記実施形態では、制御部３０は、前記温度差ΔＴが基準温度Ｔ０以上となったときに循環ポンプ２２を停止させる（ステップＳＴ７及びステップＳＴ８）ことが例示されたが、制御部３０の制御内容はこれに限られない。例えば、制御部３０は、前記圧力差ΔＰが基準圧力Ｐ０以下となったときに循環ポンプ２２を停止させてもよい。このようにしても、本排熱回収システムの損傷が抑制される。

１ 過給機付エンジン
２ 過給機
３ エンジン
６ エアクーラ
７ 冷却媒体供給管
８ 冷却媒体ポンプ
１０ 排熱回収装置
１２ 加熱器
１４ 熱交換器
１６ 膨張機
１８ 動力回収機（発電機）
２０ 凝縮器
２２ 循環ポンプ
２４ 循環流路
２６ 分岐管
２８ 排出管
３０ 制御部
４０ 第一バイパス流路
４２ 第二バイパス流路
Ｖ１ 調整弁
Ｖ２ 第一バイパス弁
Ｖ３ 第二バイパス弁
Ｖ４ 遮断弁

Claims (14)

1. エンジンに供給される過給空気と作動媒体とを熱交換させることにより当該作動媒体を蒸発させる加熱器と、
   前記加熱器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機と、
   前記膨張機に接続された動力回収機と、
   前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器から流出した作動媒体を前記加熱器へ送る循環ポンプと、
   前記加熱器から流出した過給空気を冷却するエアクーラに冷却媒体を供給するための冷却媒体供給管と、
   前記冷却媒体供給管に設けられており、前記冷却媒体を前記エアクーラに送る冷却媒体ポンプと、
   前記冷却媒体により前記作動媒体が冷却されるように、前記冷却媒体供給管を流れる前記冷却媒体の一部を前記凝縮器に分岐させる分岐管と、
   前記分岐管に設けられており開度を調整可能な調整弁と、
   前記エアクーラから流出した過給空気の温度が設定温度以下となるように前記調整弁の開度を制御する制御部と、を備える排熱回収システム。
2. 請求項１に記載の排熱回収システムにおいて、
   前記制御部は、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が基準温度以上、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が基準圧力以下となったときに前記循環ポンプを停止させる排熱回収システム。
3. 請求項２に記載の排熱回収システムにおいて、
   前記加熱器をバイパスする第一バイパス流路と、
   前記第一バイパス流路に設けられた第一バイパス弁と、
   前記膨張機をバイパスする第二バイパス流路と、
   前記第二バイパス流路に設けられた第二バイパス弁と、
   前記加熱器から流出した作動媒体の前記膨張機への流入を遮断可能な遮断弁と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記温度差が前記基準温度以上、あるいは前記圧力差が前記基準圧力以下となったときに前記循環ポンプを停止させるとともに、前記調整弁の開度を指定開度に維持しつつ前記第一バイパス弁及び前記第二バイパス弁を開き、前記遮断弁を閉じる排熱回収システム。
4. 請求項３に記載の排熱回収システムにおいて、
   前記制御部は、前記加熱器の下流側でかつ前記第一バイパス流路と前記膨張機との間における作動媒体の温度が閾値以下となったときに前記調整弁を閉じる排熱回収システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の排熱回収システムにおいて、
   前記制御部は、前記エアクーラから流出した後の過給空気の温度が前記設定温度よりも低い指定温度以下であるときは、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が特定温度となる、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が特定圧力となるように前記調整弁の開度を調整する排熱回収システム。
6. 請求項５に記載の排熱回収システムにおいて、
   前記制御部は、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度が規定値以下となるように前記循環ポンプの回転数を調整する排熱回収システム。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の排熱回収システムにおいて、
   前記エンジンは、船舶用のエンジンであり、
   前記冷却媒体供給管は、海水を前記冷却媒体として前記エアクーラ内に供給可能に構成されており、
   前記分岐管は、海水を前記冷却媒体として前記凝縮器内に供給可能に構成されている排熱回収システム。
8. エンジンに供給される過給空気の排熱を回収する排熱回収方法であって、
   前記過給空気を加熱器に供給することによって当該加熱器で作動媒体を蒸発させる蒸発工程と、
   前記加熱器から流出した過給空気と冷却媒体とをエアクーラで熱交換させることによって前記過給空気を冷却する冷却工程と、
   前記加熱器から流出した作動媒体を膨張機で膨張させることによって当該作動媒体から動力を回収する動力回収工程と、
   前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮器で凝縮させる凝縮工程と、を備え、
   前記凝縮工程では、前記冷却工程において前記エアクーラに供給される冷却媒体の一部を前記凝縮器に分岐させることによって当該凝縮器において前記作動媒体を凝縮させるとともに、前記エアクーラから流出する過給空気の温度が設定温度以下となるように前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を調整する排熱回収方法。
9. 請求項８に記載の排熱回収方法において、
   前記凝縮器から流出した作動媒体を前記加熱器へ送る作動媒体循環工程をさらに備え、
   前記作動媒体循環工程では、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が基準温度以上、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が基準圧力以下となったときに前記凝縮器から流出した作動媒体を前記加熱器へ送る送り操作を停止する排熱回収方法。
10. 請求項９に記載の排熱回収方法において、
    前記凝縮工程では、前記温度差が前記基準温度以上、あるいは前記圧力差が前記基準圧力以下となったときに前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を一定の範囲内に収まるように維持し、
    前記作動媒体循環工程では、前記温度差が前記基準温度以上、あるいは前記圧力差が前記基準圧力以下となったときに前記送り操作を停止するとともに、前記凝縮器から流出した作動媒体であって前記加熱器に流入する前のものを前記加熱器から流出した作動媒体と合流させ、この合流後の作動媒体を前記膨張機に流入させることなく前記凝縮器に流入させる排熱回収方法。
11. 請求項１０に記載の排熱回収方法において、
    前記凝縮工程では、前記合流後の作動媒体の温度が閾値以下となったときに前記凝縮器への前記冷却媒体の供給を停止する排熱回収方法。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載の排熱回収方法において、
    前記凝縮工程では、前記エアクーラから流出する過給空気の温度が前記設定温度よりも低い指定温度以下であるときは、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度から前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の温度を引いた温度差が特定温度となる、あるいは前記凝縮器に流入する前の冷却媒体の圧力から前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の圧力を引いた圧力差が特定圧力となるように前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を調整する排熱回収方法。
13. 請求項１２に記載の排熱回収方法において、
    前記凝縮工程では、前記凝縮器から流出した後の冷却媒体の温度が規定値以下となるように前記凝縮器への前記冷却媒体の供給量を調整する排熱回収方法。
14. 請求項８ないし１３のいずれかに記載の排熱回収方法において、
    前記エンジンとして船舶用のエンジンが用いられ、
    前記エアクーラ及び前記凝縮器に供給される冷却媒体として海水が用いられる排熱回収方法。

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