KR101897871B1 - 열 에너지 회수 시스템 - Google Patents

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유타카 나루카와
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
아사히 가이운 가부시키가이샤
츠네이시 조센 가부시키가이샤
미우라고교 가부시키카이샤
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Abstract

열 에너지 회수 시스템이며, 증발기와, 과열기와, 팽창기와, 동력 회수기와, 응축기와, 펌프와, 제어부를 구비한다. 제어부는, 엔진 부하 산출부와, 엔진 부하와 핀치 온도가 목표 핀치 온도가 될 때의 펌프 최대 회전수의 관계를 나타내는 관계식과, 엔진 부하에 기초하여 최대 회전수를 결정하는 최대 회전수 결정부와, 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 기준값 이상이 되고, 또한 최대 회전수 결정부에 의해 결정된 최대 회전수 이하의 범위에 들어가도록, 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부를 갖는다.

Description

열 에너지 회수 시스템{THERMAL ENERGY RECOVERY SYSTEM}
본 발명은 열 에너지 회수 시스템에 관한 것이다.
종래, 엔진에 공급되는 과급 공기의 배열을 회수하는 열 에너지 회수 시스템이 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2011-74897호 공보(이하, 「특허문헌 1」이라고 함)에는 증발기(제2 열 교환기)와, 과열기(제3 열 교환기)와, 과열기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 팽창기에 접속된 유체 기계와, 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 작동 매체를 증발기로 보내는 순환 펌프를 구비하는 열 에너지 회수 시스템(유체 기계 구동 시스템)이 개시되어 있다. 증발기는 공기 압축기로부터 토출된 후이면서 또한 엔진에 공급되기 전의 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 증발시킨다. 과열기는 배기 가스 보일러로부터 유출된 증기와 증발기로부터 유출된 작동 매체를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 가열한다.
통상, 이러한 시스템에서는, 팽창기로의 액상의 작동 매체의 유입에 기인하는 팽창기의 파손을 방지하고, 또한 팽창기를 통하여 가능한 한 많은 동력을 회수하기 위하여, 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 일정한 범위 내에 들어가도록, 작동 매체의 순환량(순환 펌프의 회전수)이 제어된다.
그러나, 특허문헌 1에 기재되는 열 에너지 회수 시스템에서는, 증발기로의 가열 매체(과급 공기)의 공급량과 과열기로의 가열 매체(증기)의 공급량이 서로 독립적으로 변동될 수 있기 때문에, 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 일정한 범위 내에 들어가도록 펌프의 회전수를 제어한 경우, 팽창기를 통한 동력의 회수 상태가 불안정해지는 경우가 있다.
예를 들어, 과열기로의 가열 매체의 공급량(과열기에 투입되는 열량)이 증대되면, 과열기로부터 유출되는 작동 매체의 과열도가 커지므로, 작동 매체의 순환량을 증가시키기 위해, 펌프의 회전수가 올라간다. 그렇게 하면, 증발기에 있어서의 핀치 온도(과급 공기의 온도로부터 작동 매체의 포화 온도를 뺀 값) ΔT가 너무 작아지는 경우가 있다(도 5를 참조). 이 경우, 증발기에서의 작동 매체의 증발 상태가 불안정해져, 이 결과, 팽창기의 구동 상태, 즉 동력의 회수 상태가 불안정해진다. 구체적으로는, 펌프의 주파수가 일정함에도 불구하고, 팽창기의 흡입 압력이 대소로 변동되어, 결과적으로 유체 기계의 출력이 변동되게 된다. 한편, 증발기로의 과급 공기의 공급량(증발기에 투입되는 열량)이 감소된 경우도 핀치 온도 ΔT가 작아지기 때문에, 상기와 마찬가지로, 팽창기를 통한 동력의 회수 상태가 불안정해진다. 또한, 도 5는 증발기에 있어서의, 교환 열량과, 가열 매체(과급 공기, 증기)의 온도 및 작동 매체의 온도의 관계의 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 목적은 팽창기의 파손을 억제하는 것과, 팽창기를 통하여 안정적으로 동력을 회수하는 것 양쪽을 달성하는 것이 가능한 열 에너지 회수 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 증발기에 있어서의 핀치 온도가 목표 핀치 온도 이상으로 확보되는 범위에서, 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도에 기초하여 펌프의 회전수를 제어하는 것이 고려되어진다. 여기서, 상기 핀치 온도의 산출에는 증발기에 유입되는 과급 공기의 유량이나, 증발기로부터 유출된 과급 공기의 온도 등이 필요해진다. 그러나, 증발기에 유입되는 과급 공기의 유량은, 계측하는 것이 곤란하다. 예를 들어, 열 교환기의 상류 또는 하류의 유로에 오리피스를 삽입하여 그 전후 차압을 측정하거나, 오리피스를 추가하지 않고 열 교환기의 전후 차압을 측정하거나 하는 것을 대응으로서 생각할 수 있다. 그러나, 오리피스의 삽입은 스페이스의 사정으로 인하여 곤란하고, 또한 열 교환기의 전후 차압은 변동되고, 또한 「수십 Pa에도 차지 않는」 미소 차압을 계측할 필요가 있는 점에서, 당해 전후 차압을 측정하는 것은 실제로는 곤란하다. 따라서, 과급 공기의 유량을 계측하는 것은 곤란한 것이다. 또한, 증발기로부터 유출된 과급 공기의 온도는, 증발기의 열 용량의 영향을 받기 때문에, 과급 공기의 유량 변동으로의 추종에 지연이 발생한다. 이로 인해, 과급 공기의 유량이나 온도 등에 따라 변동되는 핀치 온도를 정확하게 산출하는 것은 곤란하다.
따라서, 예의 검토한 결과, 본 발명자들은 엔진 부하는, 과급 공기의 유량이나 온도와 일정한 상관이 있는 것, 즉, 엔진 부하에 기초하여 핀치 온도를 산출 가능한 것을 발견했다. 한편, 핀치 온도의 산출에 필요한 인자인 작동 매체의 유량 및 증발기에 유입되는 작동 매체의 압력은, 펌프의 회전수와 일정한 상관이 있는 것이 알려져 있다. 이상으로부터, 엔진 부하와 핀치 온도가 목표 핀치 온도가 될 때의 펌프 회전수 사이에는 상관이 있는 것 및 그의 상관을 미리 구해 둠으로써, 핀치 온도를 목표 핀치 온도 이상으로 확보하면서 펌프의 회전수를 제어 가능한 것에 상도했다.
본 발명은 이러한 관점을 포함한 것이다. 본 발명의 일 국면에 따르는 열 에너지 회수 시스템은, 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 유출된 작동 매체와 가열 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 가열하는 과열기와, 상기 과열기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기로 보내는 펌프와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 엔진 부하를 산출하는 엔진 부하 산출부와, 상기 엔진 부하와, 상기 증발기 내에서의 상기 과급 공기의 온도로부터 상기 작동 매체의 포화 온도를 뺀 값으로 나타나는 핀치 온도가 목표 핀치 온도가 될 때의 상기 펌프의 회전수인 최대 회전수의 관계를 나타내는 관계식과, 상기 엔진 부하 산출부에 의해 산출된 엔진 부하에 기초하여 상기 최대 회전수를 결정하는 최대 회전수 결정부와, 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 기준값 이상이 되고, 또한 상기 최대 회전수 결정부에 의해 결정된 최대 회전수 이하의 범위에 들어가도록, 상기 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 구성의 개략을 도시하는 도면.
도 2는 제어부의 제어 내용을 나타내는 흐름도.
도 3은 엔진 부하와 펌프의 최대 회전수(최대 주파수)의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 엔진 부하와 과급 공기의 유량 Q의 관계 및 엔진 부하와 과급 공기의 온도 T의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 증발기에 있어서의, 교환 열량과, 가열 매체(과급 공기, 증기)의 온도 및 작동 매체의 온도의 관계의 예를 나타내는 도면.
본 발명의 일 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에 대하여, 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 열 에너지 회수 시스템은, 과급기를 구비한 엔진(1)과, 과급기를 구비한 엔진(1)의 배열을 회수하는 열 에너지 회수 장치(2)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 열 에너지 회수 시스템은 선박에 탑재되어 있다. 단, 이 열 에너지 회수 시스템은, 선박 이외의 내연 기관에 탑재되어도 된다.
먼저, 과급기를 구비한 엔진(1)에 대하여 설명한다. 과급기를 구비한 엔진(1)은, 과급기(10)와, 에어 쿨러(14)와, 엔진(16)(선박용 엔진(16))과, 열 교환기(18)와, 물을 저류하는 탱크(20)와, 보일러(22)를 갖는다.
과급기(10)는 공기를 압축하는 압축기(11)와, 이 압축기(11)에 접속된 터빈(12)을 갖는다. 압축기(11)로부터 토출된 과급 공기는, 제1 흡기 라인(31)을 통하여 에어 쿨러(14)에 공급된다.
에어 쿨러(14)는 압축기(11)로부터 토출된 과급 공기와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 과급 공기를 냉각한다. 본 실시 형태에서는, 냉각 매체로서 해수가 사용된다. 에어 쿨러(14)로부터 유출된 과급 공기는 제2 흡기 라인(32)을 통하여 엔진(16)에 공급된다. 또한, 엔진(16)에는 연료도 공급된다. 엔진(16)으로부터 배출된 배기 가스는 제1 배기 라인(33)을 통하여 터빈(12)에 유입된다.
터빈(12)은 배기 가스의 팽창 에너지에 의해 구동되고, 이 터빈(12)의 구동력에 의해 압축기(11)가 구동된다. 터빈(12)으로부터 유출된 배기 가스는 제2 배출 라인(34)을 통하여 열 교환기(18)에 보내어진다. 열 교환기(18)는 터빈(12)으로부터 배출된 배기 가스와 물을 열 교환시킴으로써 물을 증발시킨다(수증기를 발생시킨다).
열 교환기(18)에는 제1 급수 라인(35)을 통하여 탱크(20) 내에 저류되어 있는 물이 공급된다. 탱크(20) 내의 물은 제2 급수 라인(36)을 통하여 보일러(22)에도 공급된다. 열 교환기(18)로부터 유출된 수증기 및 보일러(22)로부터 유출된 수증기는, 증기 라인(37)을 통하여, 열 에너지 회수 장치(2) 이외의 증기 이용 장치 및 후술하는 과열기(42)에 공급된다. 증기 라인(37)에는 개방도 조정이 가능한 개폐 밸브 V가 설치되어 있다.
이어서, 열 에너지 회수 장치(2)에 대하여 설명한다. 열 에너지 회수 장치(2)는 증발기(40)와, 과열기(42)와, 팽창기(44)와, 동력 회수기(46)와, 응축기(48)와, 펌프(50)와, 증발기(40), 과열기(42), 팽창기(44), 응축기(48) 및 펌프(50)를 이 순서대로 직렬로 접속하는 순환 유로(52)와, 각종 제어를 행하는 제어부(60)를 구비하고 있다.
증발기(40)는 제1 흡기 라인(31)에 설치되어 있다. 증발기(40)는 압축기(11)로부터 토출된 후이면서 또한 에어 쿨러(14)에 유입되기 전의 과급 공기와 액상의 작동 매체를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 가열하거나, 작동 매체의 적어도 일부를 증발시킨다.
과열기(42)는 순환 유로(52) 중 증발기(40)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 또한, 과열기(42)는 증기 라인(37)에 접속되어 있다. 과열기(42)는 증발기(40)로부터 유출된 작동 매체와 증기 라인(37)을 통하여 공급된 수증기(가열 매체)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 가열한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 과열기(42)에 공급되는 가열 매체로서, 수증기가 사용되고 있다.
팽창기(44)는 순환 유로(52) 중 과열기(42)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 팽창기(44)는 과열기(42)로부터 유출된 기상의 작동 매체를 팽창시킨다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(44)로서, 과열기(42)로부터 유출된 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 회전 구동되는 로터를 갖는 용적식의 스크루 팽창기가 사용되고 있다. 구체적으로, 팽창기(44)는 자웅 한 쌍의 스크루 로터를 갖고 있다.
동력 회수기(46)는 팽창기(44)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 동력 회수기(46)로서 발전기가 사용되고 있다. 이 동력 회수기(46)는 팽창기(44)의 한 쌍의 스쿠루 로터 중 한쪽에 접속된 회전축을 갖고 있다. 동력 회수기(46)는 상기 회전축이 상기 스크루 로터의 회전에 수반하여 회전함으로써 전력을 발생시킨다. 또한, 동력 회수기(46)로서, 발전기 외에 압축기 등이 사용되어도 된다.
본 실시 형태에서는, 순환 유로(52) 중 과열기(42)와 팽창기(44) 사이의 부위에 오일 분리기(54)가 설치되어 있다. 오일 분리기(54)는 작동 매체에 포함되는 윤활유를 분리한다. 오일 분리기(54)에 의해 분리된 윤활유는, 팽창기(44)에 보다 상세하게는, 로터의 베어링에 공급된다.
응축기(48)는 순환 유로(52) 중 팽창기(44)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 응축기(48)는 팽창기(44)로부터 유출된 작동 매체와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 응축시킨다. 본 실시 형태에서는, 응축기(48)에 공급되는 냉각 매체로서, 해수가 사용된다.
펌프(50)는 순환 유로(52)에 있어서의 응축기(48)의 하류측의 부위(응축기(48)와 증발기(40) 사이의 부위)에 설치되어 있다. 펌프(50)는 응축기(48)로 응축된 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압하여 증발기(40)로 송출한다. 펌프(50)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어를 포함하는 기어 펌프 등이 사용된다.
제어부(60)는 팽창기(44)에 유입되는 작동 매체(순환 유로(52) 중 과열기(42)와 팽창기(44) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체)의 과열도 Tsh가 기준값 이상이 되고, 또한 엔진 부하에 기초하여 결정되는 펌프(50)의 최대 회전수 fmax 이하의 범위에 들어가도록, 펌프(50)의 회전수 f(주파수 f)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(60)는 엔진 부하 산출부(62)와, 최대 회전수 결정부(64)와, 회전수 조정부(66)와, 가열 매체 조정부(68)를 갖는다.
엔진 부하 산출부(62)는 엔진 부하를 산출한다. 본 실시 형태에서는, 엔진 부하 산출부(62)는 엔진(16)에 공급되는 연료의 공급량에 기초하여 엔진 부하를 산출한다.
최대 회전수 결정부(64)는 엔진 부하와 펌프(50)의 최대 회전수 fmax의 관계를 나타내는 관계식(도 3을 참조)을 사용하여, 엔진 부하 산출부(62)에 의해 산출된 엔진 부하에 기초하여 최대 회전수 fmax를 결정한다. 최대 회전수 fmax는 증발기(40) 내에 있어서의 과급 공기의 온도로부터 증발기(40) 내에 있어서의 작동 매체의 포화 온도를 뺀 값으로 나타나는 핀치 온도가, 목표 핀치 온도가 될 때의 펌프(50)의 회전수 f이다. 또한, 도 3에 도시되는 관계식은, 도 4에 도시되는 관계(엔진 부하와 과급 공기의 온도 T의 관계 및 엔진 부하와 과급 공기의 유량 Q의 관계)와, 증발기(40)의 열 전달 성능 등에 기초하여 미리 구해지고, 제어부(60)에 기억되어 있다.
회전수 조정부(66)는, 팽창기(44)에 유입되는 작동 매체의 과열도 Tsh가 기준값(목표 과열도 Ts보다도 소정값 β만큼 낮은 값) 이상이 되고, 또한 최대 회전수 결정부(64)에 의해 결정된 최대 회전수 fmax 이하의 범위에 들어가도록, 펌프(50)의 회전수 f를 조정한다. 또한, 회전수 조정부(66)는 과열도 Tsh가 기준값 이상이고, 또한 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax 이하일 때 최대 회전수 fmax 이하의 범위에 들어가고, 또한 과열도 Tsh가 규정값(목표 과열도 Ts보다도 소정값 α만큼 높은 값) 이하에 들어가도록 펌프(50)의 회전수 f를 높인다. 또한, 소정값 β는, 목표 과열도 Ts에 대한 부(-)의 여유도를 의미하고, 소정값 α는 목표 과열도 Ts에 대한 정(+)의 여유도를 의미한다. 또한, 과열도 Tsh는, 순환 유로(52) 중 과열기(42)와 오일 분리기(54) 사이의 부위에 설치된 압력 센서(71) 및 온도 센서(72)의 각 검출값에 기초하여 산출된다.
가열 매체 조정부(68)는 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax이고, 또한 팽창기(44)에 유입되는 작동 매체의 과열도 Tsh가 규정값보다도 클 때에, 상기 과열도 Tsh가 규정값 이하가 되도록, 과열기(42)로의 가열 매체의 공급량(본 실시 형태에서는, 개폐 밸브 V의 개방도)을 감소시킨다.
이하, 도 2를 참조하면서, 제어부(60)의 제어 내용에 대하여 설명한다.
본 시스템의 운전이 개시되면, 제어부(60)는 팽창기(44)에 유입되는 작동 매체의 과열도 Tsh가 상기 기준값(목표 과열도 Ts보다도 소정값 β만큼 낮은 값) 미만인지 여부를 판정한다(스텝 S11). 이 결과, 과열도 Tsh가 기준값 미만인 경우, 제어부(60)(회전수 조정부(66))는 펌프(50)의 회전수 f를 내리고(스텝 S12), 다시 스텝 S11로 되돌아간다. 한편, 과열도 Tsh가 기준값 이상인 경우, 제어부(60)(최대 회전수 결정부(64))는 엔진 부하에 기초하여 펌프(50)의 회전수 f의 최댓값인 최대 회전수 fmax를 결정한다(스텝 S13).
그 후, 제어부(60)는 현재의 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax 이하인지의 여부(핀치 온도가 목표 핀치 온도 이상 확보되어 있는지 여부)를 판정한다(스텝 S14). 이 결과, 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax 이하인 경우, 즉 핀치 온도가 목표 핀치 온도보다도 큰 경우(펌프(50)의 회전수 f를 올릴 여지가 있는 경우), 제어부(60)는 상기 과열도 Tsh가 상기 규정값(목표 과열도 Ts보다도 소정값 α만큼 높은 값)보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S15). 그 결과, 상기 과열도 Tsh가 규정값보다도 큰 경우, 즉 핀치 온도 및 과열도 양쪽을 작게 할 여유가 있는 경우(동력 회수기(46)에서의 동력의 회수량을 증가시킬 여유가 있는 경우), 제어부(60)(회전수 조정부(66))는 펌프(50)의 회전수 f를 올리고(스텝 S16), 스텝 S11로 되돌아간다. 한편, 상기 과열도 Tsh가 상기 규정값 이하인 경우(스텝 S15에서 "아니오"), 제어부(60)는 펌프(50)의 회전수 f를 조정하지 않고 그대로 스텝 S11로 되돌아간다.
또한, 스텝 S14의 결과, 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax보다도 큰 경우, 즉, 핀치 온도가 목표 핀치 온도보다도 작은 경우, 제어부(60)(회전수 조정부(66))는, 펌프(50)의 회전수 f를 최대 회전수 fmax까지 내린다(스텝 S17).
계속해서, 제어부(60)는 상기 과열도 Tsh가 상기 규정값보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S18). 그 결과, 상기 과열도 Tsh가 상기 규정값보다도 큰 경우, 즉, 펌프(50)의 회전수 f를 올릴 수는 없지만 과열도가 너무 높은 경우, 제어부(60)(가열 매체 조정부(68))는 과열기(42)로의 가열 매체(수증기)의 유입량을 저감시키기 위해, 개폐 밸브 V의 개방도를 내리고(스텝 S19), 스텝 S11로 되돌아간다. 한편, 상기 과열도 Tsh가 상기 규정값 이하인 경우(스텝 S18에서 "아니오"), 제어부(60)는 개폐 밸브 V의 개방도를 조정하지 않고 그대로 스텝 S11로 되돌아간다.
이상 설명한 바와 같이, 본 열 에너지 회수 시스템에서는, 상기 과열도 Tsh가 기준값 이상이 되도록 펌프(50)의 회전수 f가 조정되므로, 팽창기(44)의 파손이 억제되고, 또한 상기 관계식에 기초하여 결정된 최대 회전수 fmax 이하의 범위에 들어가도록 펌프(50)의 회전수 f가 조정되므로, 즉, 증발기(40)에 있어서의 핀치 온도가 목표 핀치 온도 이상으로 확보되므로, 증발기(40)에서의 작동 매체의 증발 상태가 안정되고, 이에 의해 팽창기(44)를 통하여 안정적으로 동력이 회수된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 회전수 조정부(66)는, 상기 과열도 Tsh가 기준값 이상이고, 또한 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax 이하일 때에, 최대 회전수 fmax 이하의 범위에 들어가고, 또한 과열도 Tsh가 규정값 이하에 들어가도록, 펌프(50)의 회전수 f를 올린다. 이로 인해, 팽창기(44)의 파손의 억제와 팽창기(44)를 통한 안정적인 동력의 회수 양쪽을 유지하면서, 동력 회수기(46)에서의 동력 회수량을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가열 매체 조정부(68)는, 펌프(50)의 회전수 f가 최대 회전수 fmax이고, 또한 상기 과열도 Tsh가 규정값보다도 클 때 과열도 Tsh가 규정값 이하가 되도록 과열기(42)로의 가열 매체(수증기)의 공급량을 감소시킨다. 이로 인해, 과열기(42)로의 과잉의 가열 매체의 공급이 억제된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아니고 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 더 포함된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 엔진 부하 산출부(62)는, 엔진(16)에 공급되는 연료의 공급량에 기초하여 엔진 부하를 산출하는 예가 나타났지만, 엔진 부하 산출부(62)는, 과급기(10)의 압축기(11)의 회전수에 기초하여 엔진 부하를 산출해도 된다. 이와 같이 하면, 엔진(16)에 관한 신호를 사용하지 않고 간접적으로 엔진 부하를 산출할 수 있다.
혹은, 엔진 부하 산출부(62)는 증발기(40)의 전후의 압력차(제1 흡기 라인(31) 중 증발기(40)의 상류측의 부위의 압력으로부터, 제1 흡기 라인(31) 중 증발기(40)의 하류측의 부위의 압력을 뺀 값)에 기초하여 엔진 부하를 산출해도 된다.
또한, 과열기(42)로서 플레이트식 열 교환기가 사용되고, 개폐 밸브 V 대신에 플레이트식 교환기에 유입되는 증기의 압력의 최댓값을 결정하는 압력 조정 밸브가 사용되어도 된다. 이 경우, 압력 조정 밸브의 최댓값은, 플레이트식 열 교환기에 유입되는 증기의 포화 증기 온도가 플레이트식 열 교환기로부터 유출된 작동 매체의 설계 온도 이하가 되도록 설정된다. 이에 의해, 열 에너지 회수 장치(2)의 운전이 가능해진다. 이 경우, 제어부(60)의 가열 매체 조정부(68)(스텝 S18 및 스텝 S19)는 생략된다.
여기서, 상기 실시 형태에 대하여 개략적으로 설명한다.
상기 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템은, 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 유출된 작동 매체와 가열 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 가열하는 과열기와, 상기 과열기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기로 보내는 펌프와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 엔진 부하를 산출하는 엔진 부하 산출부와, 상기 엔진 부하와, 상기 증발기 내에서의 상기 과급 공기의 온도로부터 상기 작동 매체의 포화 온도를 뺀 값으로 나타나는 핀치 온도가 목표 핀치 온도가 될 때의 상기 펌프의 회전수인 최대 회전수의 관계를 나타내는 관계식과, 상기 엔진 부하 산출부에 의해 산출된 엔진 부하에 기초하여 상기 최대 회전수를 결정하는 최대 회전수 결정부와, 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 기준값 이상이 되고, 또한 상기 최대 회전수 결정부에 의해 결정된 최대 회전수 이하의 범위에 들어가도록, 상기 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부를 갖는다.
본 열 에너지 회수 시스템에서는, 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 기준값 이상이 되도록 펌프의 회전수가 조정되므로, 팽창기의 파손이 억제되고, 또한, 상기 관계식에 기초하여 결정된 최대 회전수 이하의 범위에 들어가도록 펌프의 회전수가 조정되므로, 즉, 증발기에 있어서의 핀치 온도가 목표 핀치 온도 이상으로 확보되므로, 증발기에서의 작동 매체의 증발 상태가 안정되고, 이에 의해 팽창기를 통하여 안정적으로 동력이 회수된다.
이 경우에 있어서, 상기 회전수 조정부는 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 기준값 이상이고, 또한 상기 펌프의 회전수가 상기 최대 회전수 이하일 때 상기 최대 회전수 이하의 범위에 들어가고, 또한 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 기준값보다도 높은 값인 규정값 이하에 들어가도록, 상기 펌프의 회전수를 올리는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 팽창기의 파손의 억제와 팽창기를 통한 안정적인 동력의 회수 양쪽을 유지하면서, 동력 회수기에서의 동력 회수량을 증대시킬 수 있다.
또한 이 경우에 있어서, 상기 제어부는, 상기 펌프의 회전수가 상기 최대 회전수이고, 또한 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 규정값보다도 클 때에, 상기 과열도가 상기 규정값 이하가 되도록 상기 과열기로의 상기 가열 매체의 공급량을 감소시키는 가열 매체 조정부를 더 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 과열기로의 과잉의 가열 매체의 공급이 억제된다.
또한, 상기 열 에너지 회수 시스템에 있어서, 상기 엔진 부하 산출부는, 상기 엔진에 공급되는 연료의 공급량에 기초하여 상기 엔진 부하를 산출해도 된다.
이 형태에서는, 간단하게 엔진 부하가 산출된다.
혹은, 상기 엔진 부하 산출부는, 상기 엔진에 상기 과급 공기를 공급하는 과급기의 회전수에 기초하여 상기 엔진 부하를 산출해도 된다.
이 형태에서는, 엔진에 관한 신호를 사용하지 않고 간접적으로 엔진 부하를 산출할 수 있다.

Claims (5)

  1. 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기와,
    상기 증발기로부터 유출된 작동 매체와 가열 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 가열하는 과열기와,
    상기 과열기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기로 보내는 펌프와,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    엔진 부하를 산출하는 엔진 부하 산출부와,
    상기 엔진 부하와, 상기 증발기 내에서의 상기 과급 공기의 온도로부터 상기 작동 매체의 포화 온도를 뺀 값으로 나타나는 핀치 온도가 목표 핀치 온도가 될 때의 상기 펌프의 회전수인 최대 회전수의 관계를 나타내는 관계식과, 상기 엔진 부하 산출부에 의해 산출된 엔진 부하에 기초하여 상기 최대 회전수를 결정하는 최대 회전수 결정부와,
    상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 기준값 이상이 되고, 또한 상기 최대 회전수 결정부에 의해 결정된 최대 회전수 이하의 범위에 들어가도록, 상기 펌프의 회전수를 조정하는 회전수 조정부를 갖는 열 에너지 회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전수 조정부는, 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 기준값 이상이고, 또한 상기 펌프의 회전수가 상기 최대 회전수 이하일 때에, 상기 최대 회전수 이하의 범위에 들어가고, 또한 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 기준값보다도 높은 값인 규정값 이하에 들어가도록, 상기 펌프의 회전수를 올리는, 열 에너지 회수 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 펌프의 회전수가 상기 최대 회전수이고, 또한 상기 팽창기에 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 규정값보다도 클 때에, 상기 과열도가 상기 규정값 이하가 되도록 상기 과열기로의 상기 가열 매체의 공급량을 감소시키는 가열 매체 조정부를 더 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진 부하 산출부는, 상기 엔진에 공급되는 연료의 공급량에 기초하여 상기 엔진 부하를 산출하는, 열 에너지 회수 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진 부하 산출부는, 상기 엔진에 상기 과급 공기를 공급하는 과급기의 회전수에 기초하여 상기 엔진 부하를 산출하는, 열 에너지 회수 시스템.
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