KR101940436B1 - 열 교환기, 에너지 회수 장치 및 선박 - Google Patents

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Abstract

엔진(200), 과급기(100) 및 이코노마이저(300)를 구비하는 선박(Y1)에 탑재되는 에너지 회수 장치(X1)에 있어서의 열 교환기(2)이며, 과급기(100)의 과급 공기에 의해 작동 매체를 가열하는 제1 가열부(2A)와, 이코노마이저(300)에 있어서 생성된 수증기에 의해 제1 가열부(2A)로 유입되기 전의 과급 공기를 가열하는 제2 가열부(2B)와, 제2 가열부(2B)에서 가열되기 전의 과급 공기에 의해 제1 가열부(2A)에 있어서 가열된 후의 작동 매체를 가열하는 제3 가열부(2C)를 구비한다.

Description

열 교환기, 에너지 회수 장치 및 선박
본 발명은 선박에 탑재되는 열 교환기, 당해 열 교환기를 구비하는 에너지 회수 장치 및 당해 에너지 회수 장치를 구비하는 선박에 관련된 것이다.
종래, 각종 설비에 있어서의 열 에너지를 회수하는 에너지 회수 장치가 알려져 있다. 이러한 에너지 회수 장치의 일례로서, 특허문헌 1에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 선박의 디젤 엔진(500)의 열 에너지를 회수하고, 당해 회수한 열 에너지를 이용해서 발전을 행하는 배열 회수 시스템이 기재되어 있다. 이 배열 회수 시스템은, 디젤 엔진(500)의 과급기(510)로부터 토출된 압축 공기(A)를 냉각하는 에어 쿨러(600)의 공기 냉각수(W)에 의해, 당해 공기 냉각수(W)보다 비점이 낮은 유기 매체(M)를 가열하기 위한 제1 배열 회수기(700)를 구비하고 있다. 여기서, 공기 냉각수(W)는, 에어 쿨러(600)에 있어서 압축 공기(A)의 열을 회수한 후에, 과급기(510)로부터 굴뚝(800)으로 보내지는 배기 가스(G)의 열을 회수하고, 그 후 제1 배열 회수기(700)로 유입된다. 즉, 특허문헌 1의 배열 회수 시스템은, 압축 공기(A) 및 배기 가스(G)의 2개의 열 매체와 공기 냉각수(W) 사이에서 열 교환을 행하고, 당해 열 교환에 의해 온도가 상승한 공기 냉각수(W)에 의해 유기 매체(M)를 가열한다. 이에 의해, 유기 매체(M)를 통해서 디젤 엔진(500)의 열 에너지가 회수된다.
특허문헌 1의 배열 회수 시스템에서는, 압축 공기(A) 및 배기 가스(G)의 2개의 열 매체로부터 열 에너지를 회수할 수 있다. 그러나, 상기 열 에너지는, 유기 매체(M)보다 비점이 높은 공기 냉각수(W)를 통해서 당해 유기 매체(M)로 회수된다. 이 때문에, 압축 공기(A) 및 배기 가스(G)의 열 에너지가 유기 매체(M)에 직접 회수되는 경우에 비하여, 열 에너지를 충분히 회수하는 것이 곤란하다. 특히, 배열 회수 시스템이 탑재되는 선박에 있어서는, 예를 들어 연료 소비량을 억제할 목적으로 디젤 엔진(500)이 저부하 운전되는 경우가 있다. 이러한 경우, 공기 냉각수(W)가 회수하는 압축 공기(A)의 열 에너지가 작아지기 때문에, 열 에너지를 충분히 회수하는 것이 보다 곤란하게 된다.
일본특허공개 제2013-160132호 공보
본 발명의 목적은, 상기 문제를 해결한 열 교환기, 당해 열 교환기를 구비하는 에너지 회수 장치 및 당해 에너지 회수 장치를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따른 열 교환기는, 엔진, 상기 엔진에 과급 공기를 공급하는 과급기 및 상기 엔진의 배열을 회수해서 증기를 생성하는 이코노마이저를 구비한 선박에 탑재되어, 과급 공기 및 증기의 열을 에너지 회수 장치의 팽창기의 구동에 이용되는 작동 매체에 부여하는 열 교환기이며, 과급 공기에 의해 작동 매체를 가열하는 제1 가열부와, 상기 이코노마이저에 있어서 생성된 증기에 의해 상기 제1 가열부로 유입되기 전의 과급 공기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 제2 가열부에서 가열되기 전의 과급 공기에 의해 상기 제1 가열부에 있어서 가열된 후의 작동 매체를 가열하는 제3 가열부를 구비한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 선박(Y1)의 개략 구성도이다.
도 2는 운전 중의 본 실시 형태에 따른 에너지 회수 장치에 있어서, 열 교환기 내의 과급 공기 및 작동 매체의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 선박(Y1)의 다른 예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 특허문헌 1에 기재된 배열 회수 시스템의 개략 구성도이다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에서 참조하는 각 도면은, 설명의 편의상, 본 실시 형태에 따른 선박(Y1)을 설명하기 위해서 필요한 주요 부재를 간략화해서 도시한 것이다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 선박(Y1)은, 본 명세서가 참조하는 각 도면에 도시되어 있지 않은 임의의 구성 부재를 구비할 수 있다.
선박(Y1)은 에너지 회수 장치(X1)와, 과급기(100)와, 엔진(200)과, 이코노마이저(300)를 구비하고 있다.
과급기(100)는 압축기(110), 터빈(120), 소기 라인(130) 및 배기 라인(140)을 갖고 있다. 압축기(110)에서 압축된 과급 공기는, 소기 라인(130)을 통해서 엔진(200)으로 공급된다. 엔진(200)에서 발생한 배기 가스는, 배기 라인(140)을 통해서 터빈(120)으로 보내진다. 터빈(120)은 배기 가스의 팽창 에너지에 의해 구동되고, 이 터빈(120)의 구동력에 의해 압축기(110)가 구동된다.
이코노마이저(300)는 엔진(200)의 배기 가스로부터 열을 회수하여 수증기를 생성한다. 또한, 각 도면에서는, 도시의 사정상, 이코노마이저(300)를 배기 라인(140)로부터 이격해서 도시하고 있지만, 실제로는 이코노마이저(300)는 배기 라인(140)의 터빈(120)보다 하류측 부위에 설치된다.
에너지 회수 장치(X1)는 작동 매체의 랭킨사이클을 이용한 발전 시스템이며, 당해 작동 매체와, 열 교환기(2)와, 팽창기(3)와, 발전기(4)와, 응축부(5)와, 펌프(6)와, 순환 유로(7)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 작동 매체로서, 물보다 저비점인 유기 유체가 이용된다. 예를 들어, 작동 매체로서 R245fa 등이 이용된다.
열 교환기(2), 팽창기(3), 발전기(4), 응축부(5) 및 펌프(6)는, 순환 유로(7)에 의해 이 순서대로 접속되어 있다. 열 교환기(2)는 소기 라인(130) 상에 위치한다. 열 교환기(2)에서는, 과급 공기 및 이코노마이저(300)로부터 유출된 수증기의 열이 작동 매체에 부여된다.
팽창기(3)는 작동 매체의 흐름 방향에 있어서 열 교환기(2)의 하류측에 위치한다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(3)로서 스크루 팽창기가 사용되고, 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 스크루인 로터부가 회전 구동된다. 또한, 팽창기(3)로서는, 스크루 팽창기에 한하지 않고, 원심식의 것이나 스크롤 타입의 것 등이 사용되어도 된다. 발전기(4)는 팽창기(3)에 접속되어 있다.
응축부(5)는 작동 매체의 흐름 방향에 있어서 팽창기(3)의 하류측에 위치하고 있다. 응축부(5)는 응축기(51)와, 저류부(52)를 갖고 있다. 응축기(51)는 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(51a)와, 냉각수가 흐르는 냉각수 유로(51b)를 갖고 있다. 저류부(52)는 작동 매체의 흐름 방향에 있어서 응축기(51)의 하류측에 위치하고 있다. 저류부(52)에는 액상의 작동 매체가 저류되어 있다. 작동 매체 유로(51a)와 응축기(51)의 저류부(52)는 접속 배관(53)에 의해 접속되어 있다.
펌프(6)는 순환 유로(7) 상에 있어서 저류부(52)와 열 교환기(2) 사이에 위치하고 있다. 펌프(6)는 저류부(52)에 저류된 액상의 작동 매체를 열 교환기(2)로 공급한다. 펌프(6)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어를 포함하는 기어 펌프 등이 사용된다.
에너지 회수 장치(X1)의 구동 시에는, 열 교환기(2)에 있어서 과급 공기 및 수증기에 의해 액상의 작동 매체가 가열되어 과열 증기가 된다. 그리고, 작동 매체는 열 교환기로부터 팽창기(3)로 유입되어, 팽창기(3)가 구동된다. 팽창기(3)의 동력이 발전기(4)로 전달되어 전력이 생성된다. 팽창기(3)에서 팽창한 기상의 작동 매체는 응축기(51)의 작동 매체 유로(51a)로 유입된다. 응축기(51)에서는, 작동 매체가 냉각수 유로(51b)를 흐르는 냉각수와의 사이에서 열 교환해서 응축된다. 응축된 작동 매체는 저류부(52)로 유입된다. 그리고, 저류부(52) 내의 액상 작동 매체는 펌프(6)에 의해 열 교환기(2)로 공급된다. 이와 같이, 에너지 회수 장치(X1)에서는, 작동 매체가 순환 유로(7)를 순환함으로써 과급 공기 및 수증기의 열에 기초하여 전력이 안정적으로 생성된다.
이어서, 열 교환기(2)의 구조에 대해서 설명한다. 열 교환기(2)는, 열 교환기 본체(21)와, 작동 매체가 흐르는 작동 매체 배관(22)과, 이코노마이저(300)로부터의 수증기가 흐르는 증기 배관(23)을 갖고 있다. 열 교환기 본체(21)에는, 내부 공간에 작동 매체 배관(22) 및 증기 배관(23)이 수용되어 있다.
열 교환기 본체(21)의 내부에서는, 작동 매체 배관(22) 및 증기 배관(23)의 외측 공간을 과급기(100)로부터 엔진(200)을 향해서 과급 공기가 흐른다. 본 실시 형태에서는, 열 교환기 본체(21)의 당해 외측 부위를 「과급 공기 유로」라고 한다. 과급 공기의 흐름 방향에 있어서, 과급 공기 유로의 상류부는 소기 라인(130)의 상류 부분인 제1 소기 라인(131)에 접속되고, 과급 공기 유로의 하류부는, 소기 라인(130)의 하류 부분인 제2 소기 라인(132)에 접속된다.
작동 매체 배관(22)는, 작동 매체의 흐름 방향에 있어서의 상류측 부위인 상류부(22a)와, 하류측 부위인 하류부(22c)를 갖고 있다. 상류부(22a) 및 하류부(22c)는 각각 열 교환기 본체(21) 내에 수용된다. 열 교환기 본체(21) 내에서는, 과급 공기의 흐름 방향에 있어서, 작동 매체 배관(22)의 상류부(22a)는 열 교환기(2)의 하류에 위치하고, 하류부(22c)는 상류에 위치하고 있다.
증기 배관(23)은 열 교환기 본체(21) 내에 수용되어 상류부(22a)와 하류부(22c) 사이에 위치하고 있다.
이하의 설명에서는, 열 교환기(2) 중 작동 매체 배관(22)의 상류부(22a) 및 과급 공기 유로에 의해 형성되는 부위를 「제1 가열부(2A)」라고 칭한다. 증기 배관(23) 및 과급기 유로에 의해 형성되는 부위를 「제2 가열부(2B)」라고 칭한다. 작동 매체 배관(22)의 하류부(22c) 및 과급 공기 유로에 의해 형성되는 부위를 「제3 가열부(2C)」라고 칭한다.
열 교환기(2)에서는, 과급 공기가 제3 가열부(2C), 제2 가열부(2B) 및 제1 가열부(2A)의 순으로 흐르는 데 반해, 작동 매체는 제1 가열부(2A) 및 제3 가열부(2C)의 순으로 흐른다. 즉, 열 교환기(2) 내에 있어서 과급 공기의 흐름 및 작동 매체의 흐름이 서로 반대, 소위 대향류로 된다. 제1 가열부(2A) 및 제3 가열부(2C)에서는 과급 공기에 의해 작동 매체가 가열되고, 제2 가열부(2B)에서는 수증기에 의해 과급 공기가 가열된다.
도 2는 열 교환기(2)를 통과하는 과급 공기 및 작동 매체의 온도 변화의 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 도 2에 도시하는 구간 Z1은 제1 가열부(2A)에 있어서의 작동 매체의 가열 구간에 대응하고, 구간 Z2는 제2 가열부(2B)에 있어서의 과급 공기의 가열 구간에 대응한다. 구간 Z3은 제3 가열부(2C)에 있어서의 작동 매체의 가열 구간에 대응한다.
도 1에 도시하는 에너지 회수 장치(X1)의 구동 시에는, 제1 가열부(2A)에 액상의 작동 매체가 유입되고, 제1 가열부(2A)에 있어서, 제2 가열부(2B)를 통과한 후의 과급 공기에 의해 가열된다. 도 2 중에 파선으로 나타낸 바와 같이, 액상의 작동 매체는 구간 Z1에 있어서 과급 공기에 가열됨으로써 온도 상승하여, 구간 Z2의 직전에서 비점에 도달함을 알 수 있다. 본 실시 형태에서는, 작동 매체의 비점은 122.1℃이다. 그 결과, 액상의 작동 매체가 증기로 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 가열부(2A)로부터 유출된 기상의 작동 매체는 제3 가열부(2C)로 유입되고, 제3 가열부(2C)에 있어서 제1 소기 라인(131)으로부터 열 교환기 본체(21)로 유입된 직후의 과급 공기에 의해 더욱 가열된다. 즉, 제3 가열부(2C)에서는, 제2 가열부(2B)에서 가열되기 전의 과급 공기에 의해 제1 가열부(2A)에 있어서 가열된 후의 작동 매체가 더욱 가열된다. 그 결과, 작동 매체가 과열 증기가 되어 제3 가열부(2C)로부터 유출된다. 또한, 도 2에서는, 작동 매체의 온도는 구간 Z3에 있어서 일정하게 되어 있지만, 실제로는, 제3 가열부(2C)에서는, 기상의 작동 매체의 온도가 상승한다. 작동 매체를 과열 증기로 함으로써, 열 교환기(2)로부터 팽창기(3)에 이르는 과정에 있어서 작동 매체의 일부가 액화되어 버리는 것이 방지된다.
한편, 도 2 중에 실선으로 나타낸 바와 같이, 과급 공기는 도 1의 압축기(110)로부터 제3 가열부(2C)로 유입되어 작동 매체와 열 교환한다는 점에서, 구간 Z3에 있어서 온도가 점차 저하된다. 그 후, 과급 공기는 제2 가열부(2B)로 유입되어, 증기 배관(23)을 흐르는 수증기에 의해 가열된다. 즉, 제2 가열부(2B)에서는, 수증기에 의해 제1 가열부(2A)로 유입되기 전의 과급 공기가 가열된다. 그 결과, 구간 Z2에 있어서 과급 공기의 온도가 작동 매체의 비점보다 충분히 높은 온도까지 상승한다. 또한, 열 교환 후의 수증기는 응축되어, 열 교환기 본체(21)의 외부로 유출된다. 열량이 회복된 과급 공기는 제1 가열부(2A)에 있어서 액상의 작동 매체와 열 교환함으로써, 다시 온도가 저하된다. 그리고, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 가열부(2A)로부터 엔진(200)으로 저온으로 된 과급 공기가 향하게 된다. 선박(Y1)에서는, 과급 공기가 열 교환기(2)에서 냉각됨으로써, 과급 공기를 냉각하는 냉각 설비가 불필요하게 되거나, 혹은 높은 냉각 성능을 갖는 냉각 설비를 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 냉각 설비의 운전에 필요한 전력이 저감된다.
이상, 선박(Y1)에 탑재된 에너지 회수 장치(X1)의 구조 및 동작에 대해서 설명했다. 이 에너지 회수 장치(X1)의 열 교환기(2)에서는, 제3 가열부(2C)에 있어서 작동 매체를 가열함으로써 온도가 저하된 과급 공기가, 제2 가열부(2B)에 있어서 이코노마이저(300)가 생성된 수증기에 의해 가열된다. 이에 의해, 제1 가열부(2A)에 있어서 과급 공기가 액상의 작동 매체를 충분히 가열할 수 있다. 그 결과, 에너지 회수 장치(X1)에 있어서 팽창기(3) 및 발전기(4)의 구동에 필요한 열 에너지를 회수할 수 있다. 특히, 선박(Y1)의 엔진(200)이 저부하, 구체적으로는, 40% 이상 60% 이하의 부하(보다 바람직하게는, 45% 이상 50% 이하의 부하)에서 운전되는 경우, 고부하 시에 비하여 압축기(110)로부터 엔진(200)으로 보내지는 과급 공기의 온도가 저하되어 버려도, 수증기에 의해 과급 공기가 가열됨으로써 에너지 회수 장치(X1)의 구동에 필요한 열 에너지가 확보된다.
에너지 회수 장치(X1)가 저비점 유기 유체의 랭킨사이클을 이용한 발전 시스템이기 때문에, 더 효율적으로 과급 공기 및 이코노마이저에서 생성되는 수증기의 열을 회수할 수 있다.
에너지 회수 장치(X1)에서는, 열 교환기 본체(21)의 내부에 제1 내지 제3 가열부(2A 내지 2C)가 일체로 형성됨으로써, 열 교환기(2)를 소형화할 수 있다. 열 교환기(2)에서는, 제1 가열부(2A) 및 제3 가열부(2C)에 있어서, 작동 매체와 과급 공기가 대향류가 됨으로써, 에너지 회수 장치(X1)에 있어서의 과급 공기의 열 에너지 회수 효율을 높일 수 있다.
(제2 실시 형태)
이어서, 도 3을 참조하면서 에너지 회수 장치(X1)에 있어서의 열 교환기(2)의 다른 구성예에 대해서 설명한다.
도 3에 도시하는 열 교환기(2)는, 열 교환기 본체(21)와, 과급 공기가 흐르는 과급 공기 배관(24)과, 이코노마이저(300)로부터 유출된 수증기가 흐르는 증기 배관(23)을 구비한다. 과급 공기 배관(24) 및 증기 배관(23)은 열 교환기 본체(21) 내에 수용된다. 열 교환기 본체(21)의 내부에서는, 과급 공기 배관(24) 및 증기 배관(23)의 외측 공간을 작동 매체가 흐른다. 이하, 당해 외측의 공간을 「작동 매체 유로」라고 한다. 작동 매체 유로는, 순환 유로(7) 중 팽창기(3)와 열 교환기(2) 사이의 부위(71) 및 펌프(6)와 열 교환기(2) 사이의 부위(74)에 접속된다.
과급 공기 배관(24)은 과급 공기의 흐름 방향에 있어서의 상류측 부위인 상류부(24a)와, 하류측 부위인 하류부(24c)를 갖고 있다. 열 교환기 본체(21) 내부에서는, 상류부(24a)는 작동 매체 유로에 있어서의 하류측에 위치하고, 하류부(24c)는 작동 매체 유로에 있어서의 상류측에 위치하고 있다. 상류부(24a)는 제1 소기 라인(131)에 접속된다. 하류부(24c)는 제2 소기 라인(132)에 접속된다. 증기 배관(23)은, 열 교환기 본체(21)의 내부에 있어서, 상류부(24a)와 하류부(24c) 사이에 위치하고 있다.
열 교환기(2)에서는, 과급 공기 배관(24)의 하류부(24c) 및 작동 매체 유로에 의해 제1 가열부(2A)가 형성된다. 증기 배관(23) 및 작동 매체 유로에 의해 제2 가열부(2B)가 형성된다. 과급 공기 배관(24)의 상류부(24a) 및 작동 매체 유로에 의해 제3 가열부(2C)가 형성된다.
열 교환기(2)에서는, 과급 공기가 제3 가열부(2C) 및 제1 가열부(2A)의 순으로 흐르는 데 반해, 작동 매체는 제1 가열부(2A), 제2 가열부(2B) 및 제3 가열부(2C)의 순으로 흐른다. 즉, 과급 공기의 흐름 및 작동 매체의 흐름은 대향류로 되어 있다.
에너지 회수 장치(X1)의 구동 시에는, 액상의 작동 매체가 제1 가열부(2A)로 유입된다. 제1 가열부(2A)에서는, 제3 가열부(2C)를 통과한 후의 과급 공기에 의해 작동 매체가 가열된다. 또한, 제2 가열부(2B)에 있어서, 액상의 작동 매체(단, 일부가 기상으로 되어 있어도 된다)가 이코노마이저(300)로부터 증기 배관(23)으로 공급된 수증기에 의해 더욱 가열되어 기화한다.
제3 가열부(2C)에 있어서, 기상의 작동 매체는, 압축기(110)로부터 토출된 직후의 고온의 과급 공기에 의해 가열되어 과열 증기로 된다. 즉, 제3 가열부(2C)에서는, 제1 가열부(2A)에서 작동 매체와 열 교환하기 전의 과급 공기에 의해, 제2 가열부(2B)에 있어서 가열된 후의 작동 매체가 가열된다. 과열 증기로 된 작동 매체는 팽창기(3)로 유입된다.
제2 실시 형태에서는, 엔진(200)에 공급되는 과급 공기 및 이코노마이저(300)에 있어서 생성되는 수증기의 2개의 기상의 열 매체와 작동 매체의 열 교환이 이루어진다. 이 때문에, 선박(Y1)의 엔진(200)이 저부하 운전되는 경우에도, 에너지 회수 장치(X1)에 있어서 충분한 열 에너지를 회수할 수 있다.
에너지 회수 장치(X1)에서는, 열 교환기 본체(21)의 내부에 제1 내지 제3 가열부(2A 내지 2C)가 일체로 형성됨으로써, 열 교환기(2)를 소형화할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이지 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허 청구 범위에 의해 나타나며, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 저류부(52) 및 접속 배관(53)을 생략해서 응축기(51)만으로 응축부(5)가 형성되어도 된다. 이 경우, 응축기(51) 내에 액상의 작동 매체가 저류되는 부위가 설치된다.
상기 실시 형태에서는, 제1 가열부(2A), 제2 가열부(2B) 및 제3 가열부(2C)를 각각 갖는 복수의 열 교환기가 설치되어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 열 교환기(2)로부터 팽창기(3)에 이르는 과정에 있어서, 작동 매체가 액화되지 않는다면, 작동 매체는 포화 증기로서 열 교환기(2)로부터 유출되어도 된다. 팽창기(3)의 동력을 회수하는 동력 회수기로서 발전기(4) 이외에 압축기 등의 회전 기계가 이용되어도 된다.
여기서, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 대해서 개략적으로 설명한다.
상기 열 교환기는, 엔진, 상기 엔진에 과급 공기를 공급하는 과급기 및 상기 엔진의 배열을 회수해서 증기를 생성하는 이코노마이저를 구비한 선박에 탑재되어, 과급 공기 및 증기의 열을 에너지 회수 장치의 팽창기의 구동에 이용되는 작동 매체에 부여하는 열 교환기이며, 과급 공기에 의해 작동 매체를 가열하는 제1 가열부와, 상기 이코노마이저에 있어서 생성된 증기에 의해 상기 제1 가열부로 유입되기 전의 과급 공기를 가열하는 제2 가열부와, 상기 제2 가열부에서 가열되기 전의 과급 공기에 의해 상기 제1 가열부에 있어서 가열된 후의 작동 매체를 가열하는 제3 가열부를 구비한다.
상기 열 교환기에서는, 제3 가열부에 있어서 작동 매체를 가열함으로써 온도가 내려간 과급 공기를, 제2 가열부에 있어서 증기에 의해 가열하고, 이에 의해 온도가 상승한 과급 공기에 의해 작동 매체를 더욱 가열할 수 있다. 이 때문에, 선박의 엔진을 저부하 운전하는 경우에도, 에너지 회수 장치에 있어서 충분한 열 에너지를 회수할 수 있다.
상기 열 교환기는, 작동 매체가 흐르는 작동 매체 배관과, 상기 이코노마이저에서 생성된 증기가 흐르는 증기 배관과, 상기 작동 매체 배관 및 상기 증기 배관을 내부에 수용함과 함께 상기 작동 매체 배관 및 상기 증기 배관의 외측 공간을 과급 공기가 흐르도록 형성된 열 교환기 본체를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 작동 매체 배관의 상류부 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제1 가열부가 형성되고, 상기 작동 매체 배관의 하류부 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제3 가열부가 형성되고, 상기 증기 배관 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제2 가열부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열 교환기에서는, 열 교환기 본체 내에 제1 가열부, 제2 가열부 및 제3 가열부가 일체로 형성됨으로써 열 교환기를 소형화할 수 있다.
상기 열 교환기는, 엔진, 상기 엔진에 과급 공기를 공급하는 과급기 및 상기 엔진의 배열을 회수해서 증기를 생성하는 이코노마이저를 구비한 선박에 탑재되어, 과급 공기 및 증기의 열을 에너지 회수 장치의 팽창기의 구동에 이용되는 작동 매체에 부여하는 열 교환기이며, 과급 공기에 의해 작동 매체를 가열하는 제1 가열부와, 상기 이코노마이저에 있어서 생성된 증기에 의해 상기 제1 가열부에 있어서 가열된 작동 매체를 가열하는 제2 가열부와, 상기 제1 가열부에서 작동 매체와 열 교환하기 전의 과급 공기에 의해 상기 제2 가열부에 있어서 가열된 후의 작동 매체를 가열하는 제3 가열부를 구비한다.
상기 열 교환기에서는, 엔진에 공급되는 과급 공기 및 이코노마이저에 있어서 생성되는 증기의 2개의 열 매체와 작동 매체의 열 교환이 이루어지기 때문에, 선박의 엔진을 저부하 운전하는 경우에도, 에너지 회수 장치에 있어서 충분한 열 에너지를 회수할 수 있다.
상기 열 교환기는, 과급 공기가 흐르는 과급 공기 배관과, 상기 이코노마이저에서 생성된 증기가 흐르는 증기 배관과, 상기 과급 공기 배관 및 상기 증기 배관을 내부에 수용함과 함께 상기 과급 공기 배관 및 상기 증기 배관의 외측 공간을 작동 매체가 흐르도록 형성된 열 교환기 본체를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 과급 공기 배관의 하류부 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제1 가열부가 형성되고, 상기 과급 공기 배관의 상류부 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제3 가열부가 형성되고, 상기 증기 배관 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제2 가열부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열 교환기에서는, 열 교환기 본체 내에 제1 가열부, 제2 가열부 및 제3 가열부가 일체로 형성됨으로써, 열 교환기를 소형화할 수 있다.
상기 열 교환기는, 상기 제3 가열부가 작동 매체를 과열 증기로 하는 것이 바람직하다.
상기 열 교환기에서는, 당해 열 교환기로부터 유출된 후의 작동 매체의 일부가 액화되어 버리는 것을 방지할 수 있다.
상기 에너지 회수 장치는, 물보다 저비점인 유기 유체인 작동 매체와, 본 발명에 따른 열 교환기와, 상기 열 교환기의 상기 제1 가열부에 액상의 작동 매체를 공급하는 펌프와, 상기 제3 가열부로부터 유출된 기상의 작동 매체가 유입되는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속됨과 함께 상기 팽창기의 동력을 회수하는 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축하는 응축부를 구비한다.
상기 에너지 회수 장치에서는, 저비점 유기 유체의 랭킨사이클을 이용한 에너지 회수 장치를 이용함으로써, 선박에 탑재되었을 때에 엔진이 저부하 운전되는 경우에도, 충분한 열 에너지를 회수할 수 있다.
상기 선박은, 본 발명에 따른 에너지 회수 장치와, 엔진과, 상기 엔진에 과급 공기를 공급하는 과급기와, 상기 엔진의 배열을 회수해서 증기를 생성하는 이코노마이저를 구비한다.
상기 선박은, 본 발명에 따른 에너지 회수 장치를 구비하고 있기 때문에, 엔진이 저부하 운전되는 경우에도 당해 에너지 회수 장치에 있어서 충분한 열 에너지를 회수할 수 있다.

Claims (7)

  1. 엔진, 상기 엔진에 과급 공기를 공급하는 과급기 및 상기 엔진의 배열을 회수해서 증기를 생성하는 이코노마이저를 구비한 선박에 탑재되어, 과급 공기 및 증기의 열을 에너지 회수 장치의 팽창기의 구동에 이용되는 작동 매체에 부여하는 열 교환기이며,
    과급 공기에 의해 작동 매체를 가열하는 제1 가열부와,
    상기 이코노마이저에 있어서 생성된 증기에 의해 상기 제1 가열부로 유입되기 전의 과급 공기를 가열하는 제2 가열부와,
    상기 제2 가열부에서 가열되기 전의 과급 공기에 의해 상기 제1 가열부에 있어서 가열된 후의 작동 매체를 가열하는 제3 가열부를 구비하는 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    작동 매체가 흐르는 작동 매체 배관과,
    상기 이코노마이저에서 생성된 증기가 흐르는 증기 배관과,
    상기 작동 매체 배관 및 상기 증기 배관을 내부에 수용함과 함께 상기 작동 매체 배관 및 상기 증기 배관의 외측 공간을 과급 공기가 흐르도록 형성된 열 교환기 본체
    를 갖고,
    상기 작동 매체 배관의 상류부 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제1 가열부가 형성되고, 상기 작동 매체 배관의 하류부 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제3 가열부가 형성되고, 상기 증기 배관 및 상기 외측의 공간에 의해 상기 제2 가열부가 형성되는 열 교환기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 가열부가 작동 매체를 과열 증기로 하는 열 교환기.
  6. 물보다 저비점인 유기 유체인 작동 매체와,
    제1항 또는 제2항에 기재된 열 교환기와,
    상기 열 교환기의 상기 제1 가열부에 액상의 작동 매체를 공급하는 펌프와,
    상기 제3 가열부로부터 유출된 기상의 작동 매체가 유입되는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속됨과 함께 상기 팽창기의 동력을 회수하는 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축하는 응축부
    를 구비하는 에너지 회수 장치.
  7. 제6항에 기재된 에너지 회수 장치와,
    엔진과,
    상기 엔진에 과급 공기를 공급하는 과급기와,
    상기 엔진의 배열을 회수해서 증기를 생성하는 이코노마이저를 구비하는 선박.
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