JP7212149B2 - 機関に燃焼ガスを提供するために液化ガスを蒸発させるアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、機関に燃焼ガスを提供するために液化ガスを蒸発させるアセンブリに関する。

この種のアセンブリは、独国特許出願公開第１０２０１４２１９５０１号明細書から知られている。国際公開第２００７／０７４２１０号には、海水などの低温レベルの熱源と熱交換接続されている熱交換器を第２の熱交換器として有するアセンブリが開示され、蒸発器の次に、燃焼ガスとも呼ばれる蒸発した液化ガスが機関に入る前に、ガス過熱器によって機関のために必要な最終温度に暖められる。

独国特許出願公開第１０２０１４２１９５０１号明細書 国際公開第２００７／０７４２１０号

本発明の課題は、燃焼ガスを機関のために必要な温度に暖めるためのコストを低減することである。

本発明によれば、上記課題は属性的に対応するアセンブリにおいて請求項１の特徴部の特徴によって解決される。

本発明による措置によって、燃焼ガスを機関のために必要な最終温度に極めて経済的に暖めることができる。熱媒体が蒸発器に入る前に高温加熱装置を通り抜け、高温加熱装置がこの高温加熱装置に連結された集合体からの廃熱によって熱媒体を加熱することによって、熱媒体が比較的高い温度で蒸発器に入り、それによって、蒸発した液化ガスもまた高い温度に暖められ、それにより蒸発器より後では、機関のために必要な最終温度への最後の暖めのためになお必要なエネルギーが少なくなる。その一方で、いずれにしても存在する廃熱を利用することによって、高温加熱装置のための熱エネルギーを付加的に生成する必要がないと同時に、集合体の冷却システムを最後の冷却用にだけ設計すればよいため集合体の冷却が簡素化される。さらに、海水は非常に攻撃的であることから、従来技術において提案された海水の熱を利用することの代わりに集合体で生じる廃熱を利用することによって、使用されるべき材料に課せられる要求が著しく低減される。従来技術では海水又は海洋水抵抗の特殊材料、例えば、チタン合金などの特に高価値の特別鋼を使用しなければならないのに対して、本発明による解決策では、集合体と高温加熱装置との間に熱伝達接続を確立するために普通の特殊鋼で十分である。このように、いずれにしても存在する廃熱を統合することによって、熱媒体が従来技術に対して格段に高められた熱媒体温度に暖められるだけでなく、それに伴い、燃焼ガスを機関のために必要な温度に暖めるための、ガス過熱器などのための付加的エネルギーの総必要量が著しく低減される。同時に、集合体の冷却のためのコストも低減され、使用されるべき材料に課せられる要求が低減される。本発明によれば、熱交換器の一部でもある冷媒循環路の部分と高温加熱装置の加熱要素とが共通の熱媒体空間内に配置され、熱媒体空間内を流れる熱媒体によって取り囲まれる。これらの措置によって、本発明の構造的に簡単、かつ安価な形成物とすることができる。

高温加熱装置は、熱媒体の流れ方向で（第１）熱交換器の後又は前に配置され得る。

本発明の有利な一発展形態では、熱交換器と高温加熱装置が蒸発器の下方に配置されている。これらの措置によって熱交換器の自然循環を達成することができる。なぜなら暖められた熱媒体は、ひとりでに上に向かって蒸発器内に流れ、冷やされた熱媒体はひとりでに蒸発器から下に向かって流れるからである。

高温加熱装置は、この高温加熱装置への熱供給のために冷却水循環路に連結され、この冷却水循環路には集合体も連結されていることが好ましい。このことによって、比較的簡単な構造で集合体の廃熱を高温加熱装置に送ることができ、冷やされた冷却水を再び集合体に供給することができる。これに加えて、冷却水は海水よりはるかに攻撃性が低いので、ここで極めて安価な鋼を使用することができる。

廃熱の温度が少なくとも２０℃、好ましくは少なくとも３０℃、特に好ましくは少なくとも３５℃であることが有利である。この温度で熱媒体をある温度に暖めることができ、暖められた温度で、熱媒体自体が燃焼ガスの蒸発器において機関のために必要な燃焼ガスの最終温度に比較的近い温度に暖まる。

本発明の別の有利な一実施形態では、高温加熱装置は、燃焼ガスが機関のために必要な最終温度で蒸発器から流出するように熱媒体を加熱するよう設計されている。この場合、燃焼ガスは機関のために必要な最終温度をすでに有しているので、蒸発器より後に最後の暖めをする必要がない。

冷媒循環路に空調設備が連結されていることが好ましい。この措置によって、空調設備のための冷媒を安価に冷やすことができる。

集合体は、例えばディーゼル機械など、発電機を駆動するための内燃機関であることが好ましい。この種の内燃機関、特にディーゼル機械の冷却水循環路の温度は、２０℃～９５℃の範囲であり得、それにより十分に高い温度の廃熱を高温加熱装置に供給することができる。

殊に、機関は船舶用機関である。特に、本発明によるアセンブリは客船のために有利である。この種の船舶は電気を生成するために多くの発電機を必要とし、そのため大量の廃熱が生じる。

本発明によるアセンブリを備える船舶も本発明に属する。

以下、図面を用いて本発明について例示的にさらに詳しく説明する。

図１は、本発明によるアセンブリの第１実施形態の流れ図である。
図２は、本発明によるアセンブリの第２実施形態の縦断面図である。
図３は、本発明によるアセンブリの第３実施形態の側面図である。

本発明によるアセンブリ１の図に示される実施例は、燃焼ガス供給管路２と、蒸発器３と、熱媒体循環路４と、熱交換器５と、冷媒循環路６と、高温加熱装置７と、高温加熱装置７から（図示されない）集合体への熱伝達接続８と、を有する。

図１に示されるように、液化ガス９は蒸発器３に流入し、燃焼ガス９ａとも呼ばれる蒸発状態のガスとして蒸発器から流出する。燃焼ガス９ａは（図示されない）機関に流入する前に、（同様に図示されない）ガス過熱器において機関のために必要な最終温度に加熱される。

蒸発器３は熱媒体循環路４に連結され、この熱媒体循環路は、熱媒体１０の流れ方向にまず熱交換機５を有し、熱交換器自体は冷媒循環路６に連結されている。

冷媒循環路６にもまた、例えば空調設備が連結され得るか、又は例えば食品庫など冷涼に保たれる必要のある装置が連結され得る。

熱交換器５において、蒸発器３から来る冷やされた熱媒体１０が、空調設備及び／又は冷却装置から来る暖められた冷媒１１に冷気を放出し、それによって第１段階で暖められる。

本願の範囲内で、集合体状態の変化が、例えば５℃の狭い温度範囲内でしか生じないとしても、熱媒体１０の冷えは熱媒体の凝縮とも解され、熱媒体１０の暖まりは熱媒体の蒸発とも解される。

熱媒体１０の流れ方向で、この熱交換器５の後に高温加熱装置７が配置され、この高温加熱装置自体は、廃熱を生じる（図示されない）集合体に連結されていて、集合体は高温加熱装置７と熱伝達接続８されている。集合体は、例えば発電機を駆動するディーゼル機械であり得る。ディーゼル機械の冷却水１２は、回路１３において高温加熱装置７を介して導かれ、その際、ディーゼル機械から来る冷却水１２の温度は少なくとも２０℃、好ましくは３０℃、特に好ましくは通常３５℃～４５℃である。

図２及び図３は、本発明によるアセンブリの２つの可能な構造形成物２０、６０を模式的に示す。

２つの構造形成物２０、６０において、蒸発器３は熱交換装置２１の上方に配置され、熱媒体循環路４を介してこの熱交換装置２１と熱伝達接続されている。

図２に示されるように、蒸発器３は、水平方向に細長く形成された蒸発器熱媒体空間２２を有し、蒸発器外殻２３によって周方向に包囲され、かつ長手方向両端で、蒸発器外殻２３と密に溶接された蒸発器分離プレート２４、２５によって画定されている。

図２の左側において、蒸発器分離プレート２４は、液化ガス９が流入する液化ガス流入パイプ２７を有する液化ガス流入カバー２６で覆われている。

図２の右側において、蒸発器分離プレート２５は、燃焼ガス流出パイプ２９を有する燃焼ガス流出カバー２８で覆われ、燃焼ガス９ａと呼ばれる蒸発した液化ガスがこの燃焼ガス流出パイプから流出する。

蒸発器熱媒体空間２２内には導管３０が配置され、この導管の入口端部３１が入口側の蒸発器分離プレート２４を通り抜けて液化ガス流入カバー２６に開口する。この導管３０の出口端部３２は、出口側の蒸発器分離プレート２５を通り抜けて燃焼ガス流出カバー２８に開口する。

蒸発器熱媒体空間２２内で、導管３０が流れる熱媒体１０によって取り囲まれる。

導管３０（又は管束）の代わりに別の、例えば積層プレートなどの熱交換要素を用いることもできる。

これに加えて、蒸発器熱媒体空間２２は、その上面上に熱媒体１０のための充填パイプ３３と排気パイプ３４とを有する。

熱交換装置２１は、同様に、水平方向に細長く形成された熱媒体空間３５を有し、外殻３６によって周方向に包囲され、かつ長手方向両端で、外殻３６と密に溶接された分離プレート３７、３８によって画定されている。

分離プレート３７、３８は、それぞれカバー３９、４０で覆われ、これらのカバーのそれぞれの内部空間もまた水平プレート４１、４２によって２つのチャンバ４３、４４、４５、４６に分離されている。

図２の左側において、これは冷媒循環路６からの冷媒１１のための流入チャンバ及び流出チャンバ４３、４４である。

図２の右側において、これは冷却水循環路１３からの冷却水１２のための流入チャンバ及び流出チャンバ４５、４６である。

冷却水流入チャンバ４５を覆うカバー部分は、冷却水供給部に連結するための冷却水流入パイプ４９を有する。

冷却水出口チャンバ４６を覆うカバー部分は、冷却水排出管路に連結可能な冷却水流出パイプ５０を有する。

同様に、冷媒流入チャンバ４３及び冷媒流出チャンバ４４を覆うカバー３９も、冷媒供給管路に連結可能な冷媒流入パイプ４７及び冷媒排出管路に連結可能な冷媒流出パイプ４８を有する。

熱交換装置２１の熱媒体空間３５内には、冷媒循環路６の冷媒管５１と、高温加熱装置７の加熱管５２、すなわち冷却水循環路１３の冷却水管とが配置され、かつ熱媒体空間内を流れる熱媒体１０によって取り囲まれる。冷却水循環路１３は、例えばディーゼル機械の冷却水循環路であり得、ディーゼル機械の廃熱を、加熱管５２を介して熱媒体１０に供給することができる。

加熱管５２は、冷却水側の分離プレート３８を通り抜け、かつそれぞれ冷却水流入チャンバ４５及び冷却水流出チャンバ４６に通じる冷却水流入管５３及び冷却水流出管５４に連結されている。

同様に、冷媒管５１は、冷媒側の分離プレート３７を通り抜け、かつそれぞれ冷媒流入チャンバ４３及び冷媒流出チャンバ４４に通じる冷媒流入管５５及び冷媒流出管５６に連結されている。

蒸発器３における導管３０の場合のように、冷却水流入管５３及び冷却水流出管５４を含めた加熱管５２（又は相応の管束）の場合も、あるいは冷媒流入管５５及び冷媒流出管５６を含めた冷媒管５１（又は相応の管束）の場合も、例えばそれぞれ積層プレートなどの他の熱交換要素を用いることができる。

熱交換装置２１は、その下面に熱媒体抜きパイプ５７を有する。

蒸発器熱媒体空間２２は、冷媒管５１と加熱管５２に共通の熱交換装置２１の熱媒体空間３５と熱媒体循環路４において接続されている。その際、暖められた熱媒体１０ａが蒸発器熱媒体空間２２に供給され、この熱媒体によって液化ガス９が蒸発させられ、蒸発した後、冷やされた熱媒体１０ｂが蒸発器熱媒体空間２２から熱交換装置２１の共通の熱媒体空間３５に供給される。冷やされた熱媒体は凝縮されてもよい。

その際、図２に示される実施形態では、熱交換装置２１の熱媒体空間３５の上面５８と、蒸発器熱媒体空間２２の下面５９とが熱媒体循環路４において互いに接続され、それにより暖められた熱媒体１０ａが熱交換装置２１の上面５８から蒸発器３の下面５９に、及び冷やされた熱媒体１０ｂが蒸発器３の下面５９から熱交換装置２１の上面５８に供給される。

図２に示された実施例では、冷やされた熱媒体１０ｂは、熱交換装置２１の、冷却水循環路１３に連結されている側で、この熱交換装置に流入し、暖められた熱媒体１０ａは熱交換装置２１の、冷媒循環路６に連結されている側で、この熱交換装置から流出する。したがって、この実施例では、高温加熱装置７は、熱媒体１０の流れ方向で熱交換器５の前に配置されている。

図３に示される実施形態では、熱交換装置２１の熱媒体空間３５の上面５８が蒸発器熱媒体空間２２の上面６１と接続され、蒸発器熱媒体空間２２の下面５９が熱交換装置２１の熱媒体空間３５の下面６２と接続され、それにより暖められた熱媒体１０ａが熱交換装置２１の上面５８から蒸発器３の上面６１に供給され、冷やされた熱媒体１０ｂは、蒸発器３の下面５９から熱交換装置２１の下面６２に供給される。

その他の点で、図３に示される蒸発器３及び熱交換装置２１は図２に図示される蒸発器３及び熱交換装置２１と同一である。

この場合も、それぞれ図示された熱媒体１０の流れ方向の高温加熱装置７及び熱交換器５の順序を逆にすることができる。

図２及び図３に示される実施形態では、熱交換器５及び高温加熱装置７又は共通の熱媒体空間３５が蒸発器３の下方に配置されている。暖められた熱媒体１０ａは、ひとりでに蒸発器３へと上昇し、冷やされた熱媒体１０ｂは、ひとりでに蒸発器３から下へ下降し、それにより熱媒体１０が自然循環で循環する。

Claims (11)

1. 液化ガスタンクを機関と接続する燃焼ガス供給管路（２）と、
   前記燃焼ガス供給管路（２）に配置され、かつ前記液化ガス（９）を蒸発させる蒸発器（３）と、
   前記蒸発器（３）に連結され、かつそれ自体冷媒循環路（６）に連結されている熱交換器（５）を有し、熱媒体循環路（４）にさらなる熱を送る別の熱伝達装置（７）をさらに有する前記熱媒体循環路（４）と、を備え、前記別の熱伝達装置が高温加熱装置（７）であり、前記高温加熱装置は、前記高温加熱装置への熱供給のために、運転状態において廃熱を生じる集合体と熱伝達接続されている、機関に燃焼ガスを提供するために液化ガスを蒸発させるアセンブリにおいて、
   前記熱交換器（５）の一部でもある前記冷媒循環路（６）の部分（５１、５５、５６）と、前記高温加熱装置（７）の加熱要素（５２）とは共通の熱媒体空間（３５）内に配置され、前記熱媒体空間内を流れる前記熱媒体（１０）によって取り囲まれることを特徴とする、アセンブリ。
2. 前記高温加熱装置（７）は、前記熱媒体（１０）の流れ方向で前記熱交換器（５）の後に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記高温加熱装置（７）は、前記熱媒体（１０）の流れ方向で前記熱交換器（５）の前に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記熱交換器（５）及び前記高温加熱装置（７）は前記蒸発器（３）の下方に配置されていることを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のアセンブリ。
5. 前記高温加熱装置（７）は、前記高温加熱装置への熱供給のために冷却水循環路（１３）に連結され、前記冷却水循環路には前記集合体も連結されていることを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアセンブリ。
6. 前記廃熱の温度は、少なくとも２０℃、好ましくは少なくとも３０℃、特に好ましくは少なくとも３５℃であることを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のアセンブリ。
7. 前記高温加熱装置（７）は、前記燃焼ガス（９ａ）が前記機関のために必要な最終温度で前記蒸発器（３）から流出するように前記熱媒体（１０）を加熱するよう設計されていることを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のアセンブリ。
8. 前記冷媒循環路（６）に空調設備が連結されていることを特徴とする、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のアセンブリ。
9. 前記集合体は、発電機を駆動するための内燃機関であることを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載のアセンブリ。
10. 前記機関が船舶用機関であることを特徴とする、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載のアセンブリ。
11. 請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載のアセンブリを備える船舶。
    
    

Images