KR101990247B1 - 열에너지 회수 시스템 및 그것을 탑재하는 선박 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은 열회수 효율을 향상시킬 수 있는 열에너지 회수 시스템을 제공하는 것이다.
열에너지 회수 시스템이며, 엔진(10)과, 과급기(20)와, 에어 쿨러(30)와, 냉각기(40)와, 제1 순환 유로(50)와, 제2 순환 유로(60)와, 제1 열교환부(71)와, 제2 열교환부(72)와, 팽창기(73)와, 동력 회수기(74)와, 제2 온도가 제1 온도보다도 높을 때는, 제2 열교환부(72)와 팽창기(73) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 소정 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정함과 함께, 제2 온도가 제1 온도 이하일 때는, 제2 열교환부(72)에 있어서의 열교환을 정지시킴과 함께, 제1 열교환부(71)와 제2 열교환부(72) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 소정 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정하는 제어부(90)를 구비하는 것이다.

Description

열에너지 회수 시스템 및 그것을 탑재하는 선박 {THERMAL ENERGY RECOVERY SYSTEMS AND SHIP CARRING THEM}
본 발명은 열에너지 회수 시스템에 관한 것이다.
종래, 과급기 및 엔진을 구비하는 기관에 있어서, 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기가 갖는 열과 엔진 냉각 후의 냉각수가 갖는 열을 회수하는 열에너지 회수 시스템이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 디젤 엔진과, 터빈 및 컴프레서를 갖는 과급기와, 컴프레서로부터 토출된 과급 공기를 냉각수로 냉각시키는 공기 냉각기와, 배열 회수부와, 엔진으로부터 유출된 냉각수를 배열 회수부로 유도되는 유로와, 공기 냉각기로부터 유출된 냉각수를 배열 회수부로 유도되는 유로를 구비하는 배열 회수 장치(열에너지 회수 시스템)가 개시되어 있다.
배열 회수부는, 냉각수를 통하여 엔진 및 과급 공기의 열로부터 전력을 생성한다. 구체적으로, 배열 회수부는 엔진으로부터 유출된 냉각수 및 공기 냉각기로부터 유출된 냉각수에 의해 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 증발기로부터 유출된 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 구동되는 파워 터빈과, 파워 터빈에 접속된 발전기와, 파워 터빈으로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 작동 매체를 증발기로 보내는 순환 펌프를 갖고 있다.
일본 특허 공개 제2016-142223호 공보
특허문헌 1에 기재된 열에너지 회수 시스템에서는, 효율적으로 열을 회수하기가 곤란하다. 구체적으로, 엔진으로부터 유출된 냉각수의 온도는, 그다지 높지 않기 때문에, 증발기에 공급 가능한 열량이 충분하지 않고, 한편, 공기 냉각기로부터 유출된 냉각수의 온도는, 크게 변동하기 때문에, 공기 냉각기로부터 유출된 냉각수의 온도가 엔진으로부터 유출된 냉각수의 온도보다도 낮아지는 경우가 있다. 이 경우, 발전기에 의한 발전량이 저감되거나, 작동 매체가 기액2상의 상태로 팽창기로 유입되거나 할 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 열회수 효율을 향상 가능한 열에너지 회수 시스템 및 그것을 탑재하는 선박을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔진과, 상기 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈 및 상기 터빈에 접속되어 있고, 상기 엔진에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서를 갖는 과급기와, 상기 엔진에 공급되는 과급 공기를 냉각하는 에어 쿨러와, 상기 엔진 및 상기 과급 공기를 냉각하는 냉각수를 저류함과 함께, 당해 냉각수를 냉각하는 냉각기와, 상기 냉각기와 상기 엔진 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 제1 순환 유로와, 상기 냉각기와 상기 에어 쿨러 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 제2 순환 유로와, 상기 제1 순환 유로 중 상기 엔진과 상기 냉각기 사이의 부위에 설치되어 있고, 상기 엔진을 냉각시킨 후의 냉각수와 작동 매체를 열교환시킴으로써 당해 작동 매체를 가열하는 제1 열교환부와, 상기 제2 순환 유로 중 상기 에어 쿨러와 상기 냉각기 사이의 부위에 설치되어 있고, 상기 에어 쿨러로부터 유출된 냉각수와 상기 제1 열교환부로부터 유출된 작동 매체를 열교환시킴으로써 당해 작동 매체를 가열하는 제2 열교환부와, 상기 제2 열교환부로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 제1 열교환부로 보내는 펌프와, 상기 제1 열교환부, 상기 제2 열교환부, 상기 팽창기, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서대로 접속하는 작동 매체 순환 유로와, 상기 제2 순환 유로 중 상기 에어 쿨러와 상기 제2 열교환부 사이의 부위를 흐르는 냉각수의 온도인 제2 온도가 상기 제1 순환 유로 중 상기 엔진과 상기 제1 열교환부 사이의 부위를 흐르는 냉각수의 온도인 제1 온도보다도 높을 때는, 상기 제2 열교환부에 있어서의 상기 냉각수와 상기 작동 매체의 열교환을 유지시키면서, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제2 열교환부와 상기 팽창기 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 소정 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정함과 함께, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 상기 제2 열교환부에 있어서의 상기 냉각수와 상기 작동 매체의 열교환을 정지시킴과 함께, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정하는 제어부를 구비하는, 열에너지 회수 시스템을 제공한다.
본 열에너지 회수 시스템에서는, 제2 온도가 제1 온도보다도 높을 때에는, 제2 열교환부에 있어서의 냉각수와 작동 매체의 열교환이 유지되며, 또한, 팽창기로 유입되는 작동 매체의 과열도가 소정 범위가 되도록 제1 열교환부로의 작동 매체의 유입량이 조정된다. 이 경우, 작동 매체의 증발은, 주로 제2 열교환부에서 행해지므로, 즉, 작동 매체가 비교적 큰 열량을 갖는 냉각수(에어 쿨러로부터 유출된 냉각수)로부터 열을 수취함으로써 행하여진다. 그리고, 제2 온도가 제1 온도 이하일 때에는, 즉, 작동 매체가 제2 열교환부에서 냉각수와 열교환했을 경우에 당해 작동 매체의 온도가 저하될 우려가 있을 때는, 제2 열교환부에서의 냉각수 및 작동 매체간의 열교환이 정지되며, 또한, 제1 열교환부로부터 유출된 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되도록 제1 열교환부로의 작동 매체의 유입량이 조정된다. 따라서, 엔진의 열 및 과급 공기의 열이 유효하게 회수되고, 게다가, 작동 매체가 기액2상의 상태로 팽창기로 유입되는 것이 억제된다.
또한, 「냉각수와 작동 매체의 열교환을 정지시키는」이란, 냉각수 및 작동 매체간의 완전한 열의 수수를 차단한다고 하는 의미가 아니라, 실질적으로 냉각수 및 작동 매체간의 열교환이 행해지지 않는 상태를 의미한다.
이 경우에 있어서, 상기 제2 열교환부를 바이패스하도록 상기 제2 순환 유로에 접속된 바이패스 유로와, 상기 에어 쿨러로부터 유출된 냉각수가 상기 제2 열교환부에만 유입되는 정상 상태와 상기 에어 쿨러로부터 유출된 냉각수가 상기 바이패스 유로에만 유입되는 바이패스 상태를 전환 가능한 전환부를 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다도 높을 때는 상기 전환부를 상기 정상 상태로 하고, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는 상기 전환부를 상기 바이패스 상태로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제1 온도 및 제2 온도의 관계에 따라, 제2 열교환부에 있어서 냉각수와 작동 매체의 열교환이 행해지는 경우와 정지되는 경우가 유효하게 전환된다.
또한, 상기 열에너지 회수 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제2 열교환부와 상기 팽창기 사이를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 소정 범위의 하한값보다도 낮은 값인 한계값 사이의 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정해도 된다.
이 양태에서는, 제1 열교환부로부터 유출된 작동 매체의 과열도에 기초하여 작동 매체의 제1 열교환부로의 유입량이 조정되므로, 작동 매체의 제1 열교환부로의 유입량의 조정의 응답성이 높아진다. 또한, 팽창기로 유입되는 작동 매체의 과열도가 한계값 이상이 되도록 작동 매체의 제1 열교환부로의 유입량이 조정되므로, 작동 매체가 제1 열교환부로부터 유출된 후 팽창기로 유입될 때까지 당해 작동 매체의 과열도가 저하되었다고 해도, 작동 매체가 기액2상의 상태로 팽창기로 유입되는 것이 억제된다.
혹은, 상기 제어부는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 소정 범위의 하한값보다도 크며 또한 상기 상한값보다도 작은 값인 기준값 사이의 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정해도 된다.
이 양태에서도, 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명은 상기 열에너지 회수 시스템을 탑재하는 선박을 제공한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 열회수 효율을 향상 가능한 열에너지 회수 시스템 및 그것을 탑재하는 선박을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 열에너지 회수 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 열에너지 회수 유닛의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 열에너지 회수 유닛의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 열에너지 회수 유닛의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시 형태의 열에너지 회수 시스템에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 본 열에너지 회수 시스템은, 엔진(10)과, 과급기(20)와, 에어 쿨러(30)와, 냉각기(40)와, 제1 순환 유로(50)와, 제2 순환 유로(60)와, 열에너지 회수 유닛(70)과, 전환부(80)와, 제어부(90)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 열에너지 회수 시스템은 선박에 탑재되어 있다. 즉, 엔진(10)으로서, 선박용 엔진이 채용되고 있다.
과급기(20)는, 엔진(10)으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈(21)과, 터빈(21)에 접속되어 있으며 엔진(10)에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서(22)를 갖는다. 컴프레서(22)로부터 토출된 과급 공기는, 컴프레서(22)와 엔진을 접속하는 흡기 라인(11)을 통하여 엔진에 공급된다. 엔진(10)으로부터 배출된 배가스는, 엔진(10)과 터빈(21)을 접속하는 배기 라인(12)을 통하여 터빈(21)에 공급된다.
에어 쿨러(30)는, 흡기 라인(11)에 설치되어 있다. 에어 쿨러(30)는, 엔진(10)에 공급되는 과급 공기(컴프레서(22)로부터 토출된 과급 공기)를 냉각수에 의해 냉각시킨다.
냉각기(40)는, 엔진(10) 및 과급 공기를 냉각하는 냉각수를 저류함과 함께, 당해 냉각수를 해수 등으로 냉각한다.
제1 순환 유로(50)는, 냉각기(40)와 엔진(10) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 이 제1 순환 유로(50) 중 냉각기(40)의 하류측이고 또한 엔진(10)의 상류측의 부위에는, 제1 펌프(51)가 설치되어 있다.
제2 순환 유로(60)는, 냉각기(40)와 에어 쿨러(30) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 이 제2 순환 유로(60) 중 냉각기(40)의 하류측이고 또한 에어 쿨러(30)의 상류측의 부위에는, 제2 펌프(61)가 설치되어 있다.
열에너지 회수 유닛(70)은 상기 냉각수를 통하여 엔진(10)의 열 및 과급 공기의 열을 회수한다. 구체적으로, 열에너지 회수 유닛(70)은 제1 열교환부(71)와, 제2 열교환부(72)와, 팽창기(73)와, 동력 회수기(74)와, 응축기(75)와, 펌프(76)와, 제1 열교환부(71), 제2 열교환부(72), 팽창기(73), 응축기(75) 및 펌프(76)를 이 순서대로 접속하는 작동 매체 순환 유로(77)를 갖고 있다.
제1 열교환부(71)는, 제1 순환 유로(50) 중 엔진(10)의 하류측이고 또한 냉각기(40)의 상류측 사이의 부위에 설치되어 있다. 제1 열교환부(71)는, 엔진(10)으로부터 유출된 냉각수와 작동 매체를 열교환시킴으로써 작동 매체를 가열한다. 제1 열교환부(71)는, 작동 매체가 흐르는 제1 작동 매체 유로(71a)와, 냉각수가 흐르는 제1 냉각수 유로(71b)와, 각 유로(71a, 71b)를 수용하는 제1 수용부(71c)를 갖고 있다. 제1 냉각수 유로(71b)로부터 유출된 냉각수는, 제1 순환 유로(50)를 통하여 냉각기(40)로 유입된다.
제2 열교환부(72)는, 작동 매체 순환 유로(77) 중 제1 열교환부(71)의 하류측이고 또한 팽창기(73)의 상류측의 부위와, 제2 순환 유로(60) 중 에어 쿨러(30)의 하류측이고 또한 냉각기(40)의 상류측의 부위를 포함하는 위치에 설치되어 있다. 제2 열교환부(72)는, 에어 쿨러(30)로부터 유출된 냉각수와 제1 열교환부(71)로부터 유출된 작동 매체를 열교환시킴으로써 작동 매체를 가열한다. 제2 열교환부(72)는, 작동 매체가 흐르는 제2 작동 매체 유로(72a)와, 냉각수가 흐르는 제2 냉각수 유로(72b)와, 각 유로(72a, 72b)를 수용하는 제2 수용부(72c)를 갖고 있다. 제1 수용부(71c)와 제2 수용부(72c)는 일체의 케이싱으로 구성되어도 되고, 서로 독립된 2개의 K 싱크로 구성되어도 된다. 도 1에서는, 제1 수용부(71c) 및 제2 수용부(72c)가 일체의 케이싱으로 구성된 예가 도시되어 있다. 제2 냉각수 유로(72b)로부터 유출된 냉각수는, 제2 순환 유로(60)를 통하여 냉각기(40)로 유입된다.
본 실시 형태의 열에너지 회수 시스템은, 제2 열교환부(72)의 제2 냉각수 유로(72b)를 바이패스하도록 제2 순환 유로(60)에 접속된 바이패스 유로(62)를 구비하고 있다.
팽창기(73)는, 작동 매체 순환 유로(77) 중 제2 열교환부(72)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 팽창기(73)는, 제2 열교환부(72)로부터 유출된 기상의 작동 매체를 팽창시킨다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(73)로서, 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 회전 구동되는 로터를 갖는 용적식의 스크루 팽창기가 사용되고 있다.
동력 회수기(74)는, 팽창기(73)에 접속되어 있다. 동력 회수기(74)는, 팽창기(73)의 구동에 따라 회전함으로써 작동 매체로부터 동력을 회수한다. 본 실시 형태에서는, 동력 회수기(74)로서 발전기가 사용되고 있다. 또한, 동력 회수기(74)로서, 컴프레서 등이 사용되어도 된다.
응축기(75)는, 작동 매체 순환 유로(77) 중 팽창기(73)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 응축기(75)는, 팽창기(73)로부터 유출된 작동 매체와 냉각 매체(해수 등)를 열교환시킴으로써 작동 매체를 응축시킨다.
펌프(76)는, 작동 매체 순환 유로(77) 중 응축기(75)의 하류측의 부위(응축기(75)와 제1 열교환부(71) 사이의 부위)에 설치되어 있다. 펌프(76)는, 응축기(75)로부터 유출된 액상의 작동 매체를 제1 열교환부(71)에 보낸다.
전환부(80)는, 에어 쿨러(30)로부터 유출된 냉각수가 제2 열교환부(72)에만 유입되는 정상 상태와, 에어 쿨러(30)로부터 유출된 냉각수가 바이패스 유로(62)에만 유입되는 바이패스 상태를 전환한다. 본 실시 형태에서는, 전환부(80)는, 제2 순환 유로(60) 중 바이패스 유로(62)의 상류측의 단부와 제2 열교환부(72) 사이의 부위에 설치된 제1 개폐 밸브(V1)와, 바이패스 유로(62)에 설치된 제2 개폐 밸브(V2)를 갖고 있다. 즉, 정상 상태는, 제1 개폐 밸브(V1)가 개방되면서 또한 제2 개폐 밸브(V2)가 폐쇄된 상태이며, 바이패스 상태는, 제1 개폐 밸브(V1)가 폐쇄되면서 또한 제2 개폐 밸브(V2)가 개방된 상태이다.
제어부(90)는, 제2 열교환부(72)로 유입되는 냉각수(제2 순환 유로(60) 중 에어 쿨러(30)와 제2 열교환부(72) 사이의 부위를 흐르는 냉각수)의 온도인 제2 온도가 제1 열교환부(71)로 유입되는 냉각수(제1 순환 유로(50) 중 엔진(10)과 제1 열교환부(71) 사이의 부위를 흐르는 냉각수)의 온도인 제1 온도보다도 높을 때는, 전환부(80)를 정상 상태로 유지하면서, 팽창기(73)로 유입되는 작동 매체(작동 매체 순환 유로(77) 중 제2 열교환부(72)와 팽창기(73) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체)의 과열도가 소정 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정한다. 제어부(90)는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 제2 열교환부(72)에 있어서의 냉각수와 작동 매체와의 열교환을 정지시킴과 함께, 작동 매체 순환 유로(77) 중 제1 작동 매체 유로(71a)와 제2 작동 매체 유로(72a) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정한다.
여기서, 제2 열교환부(72)에 있어서의 냉각수와 작동 매체의 열교환의 정지는, 전환부(80)를 정상 상태로부터 바이패스 상태로 전환함으로써, 즉, 제1 개폐 밸브(V1)가 개방되어 있고 제2 개폐 밸브(V2)가 폐쇄되어 있는 상태로부터 제1 개폐 밸브(V1)가 폐쇄되어 있고 제2 개폐 밸브(V2)가 개방되어 있는 상태로 전환함으로써 행하여진다. 또한, 「제2 열교환부(72)에 있어서의 냉각수와 작동 매체의 열교환의 정지」란, 냉각수 및 작동 매체간의 완전한 열의 수수를 차단한다고 하는 의미가 아니라, 실질적으로 냉각수 및 작동 매체간의 열교환이 행해지지 않는 상태를 의미한다.
또한, 본 실시 형태에서는 제어부(90)는 펌프(76)의 회전수 조정에 의해 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량의 조정을 행한다.
또한, 상기 제1 온도는 제1 순환 유로(50) 중 엔진(10)과 제1 열교환부(71) 사이의 부위에 설치된 온도 센서(91)에 의해 검출된다. 상기 제2 온도는, 제2 순환 유로(60) 중 에어 쿨러(30)의 하류측이고 또한 제2 순환 유로(60)와 바이패스 유로(62)의 상류측의 단부의 접속부의 상류측의 부위에 설치된 온도 센서(92)에 의해 검출된다. 팽창기(73)로 유입되는 작동 매체의 과열도는, 작동 매체 순환 유로(77) 중 제2 열교환부(72)와 팽창기(73) 사이의 부위에 설치된 온도 센서(93) 및 압력 센서(94)의 각 검출값에 기초하여 산출된다. 작동 매체 순환 유로(77) 중 제1 작동 매체 유로(71a)와 제2 작동 매체 유로(72a) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도는, 당해 부위에 설치된 온도 센서(95) 및 압력 센서(96)의 각 검출값에 기초하여 산출된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제어부(90)는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 제1 작동 매체 유로(71a)로부터 유출된 작동 매체(작동 매체 순환 유로(77) 중 제1 열교환부(71)와 제2 열교환부(72) 사이를 흐르는 작동 매체)의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 팽창기(73)로 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 소정 범위의 하한값보다도 낮은 값인 한계값 사이의 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정한다. 단, 제어부(90)는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 작동 매체 순환 유로(77) 중 제1 열교환부(71)와 제2 열교환부(72) 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 소정 범위의 하한값보다도 크며 또한 상기 상한값보다도 작은 값인 기준값 사이의 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정해도 된다.
이상과 같이, 본 열에너지 회수 시스템에서는, 제2 온도가 제1 온도보다도 높을 때에는, 제2 열교환부(72)에 있어서의 냉각수와 작동 매체와의 열교환이 유지되면서(전환부(80)가 정상 상태가 되면서), 또한, 팽창기(73)로 유입되는 작동 매체의 과열도가 소정 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량(펌프(76)의 회전수)이 조정된다. 이 경우, 작동 매체의 증발은, 주로 제2 열교환부(72)에서 행해지므로, 즉, 작동 매체가 비교적 큰 열량을 갖는 냉각수(에어 쿨러(30)로부터 유출된 냉각수)로부터 열을 수취함으로써 행하여진다. 그리고, 제2 온도가 제1 온도 이하일 때, 즉, 작동 매체가 제2 열교환부(72)에서 냉각수와 열교환했을 경우에 당해 작동 매체의 온도가 저하될 우려가 있을 때는, 제2 열교환부(72)에서의 냉각수 및 작동 매체간의 열교환이 정지되면서(전환부(80)가 바이패스 상태가 되면서), 또한, 제1 열교환부(71)로부터 유출된 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량(펌프(76)의 회전수)이 조정된다. 따라서, 엔진(10)의 열 및 과급 공기의 열이 효과적으로 회수되고, 게다가, 작동 매체가 기액2상의 상태로 팽창기(73)로 유입되는 것이 억제된다.
또한, 제어부(90)는, 제2 온도가 제1 온도 이하일 때는, 제1 작동 매체 유로(71a)로부터 유출된 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 팽창기(73)로 유입되는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 한계값 사이의 범위가 되도록 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량을 조정한다. 이 양태에서는, 제1 열교환부(71)로부터 유출된 작동 매체의 과열도에 기초하여 작동 매체의 제1 열교환부(71)로의 유입량이 조정되므로, 작동 매체의 제1 열교환부(71)로의 유입량의 조정의 응답성이 높아진다. 또한, 팽창기(73)로 유입되는 작동 매체의 과열도가 한계값 이상이 되도록 작동 매체의 제1 열교환부(71)로의 유입량이 조정되므로, 작동 매체가 제1 열교환부(71)로부터 유출된 후 팽창기(73)로 유입할 때까지 당해 작동 매체의 과열도가 저하되었다고 해도, 작동 매체가 기액2상의 상태로 팽창기(73)로 유입되는 것이 억제된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기 실시 형태의 설명이 아니고 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 또한 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 제어부(90)에 의한 제1 열교환부(71)로의 작동 매체의 유입량의 조정은, 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(76)를 바이패스하도록 작동 매체 순환 유로(77)에 접속된 바이패스 유로(78)에 설치된 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 조정함으로써 행하여져도 된다. 혹은, 상기 유입량의 조정은, 도 3에 도시된 바와 같이, 작동 매체 순환 유로(77) 중 펌프(76)의 하류측의 부위에 설치된 유량 조정 밸브(V4)의 개방도를 조정함으로써 행하여져도 된다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 제어부(90)로부터 바이패스 밸브(V3) 및 유량 조정 밸브(V4)에 입력되는 신호를 제외하고, 제어부(90)가 수신하는 신호 및 제어부(90)가 송신하는 신호의 도시는 생략되어 있다.
또한, 제2 열교환부(72)의 제2 냉각수 유로(72b)를 바이패스하도록 제2 순환 유로(60)에 접속된 바이패스 유로(62) 대신에, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 열교환부(72)의 제2 작동 매체 유로(72a)를 바이패스하도록 작동 매체 순환 유로(77)에 접속된 바이패스 유로(79)가 설치되어도 된다. 또한, 바이패스 유로(79)의 상류측의 단부(작동 매체 순환 유로(77) 중 제1 작동 매체 유로(71a)와 제2 작동 매체 유로(72a) 사이의 부위와 바이패스 유로(79)의 접속부)에 전환부(이 예에서는 삼방 밸브)(80)가 설치되어도 된다. 이 경우, 제어부(90)는, 전환부(삼방 밸브)(80)의 개방도를 조정함으로써 제1 작동 매체 유로(71a)로부터 유출된 작동 매체가 제2 작동 매체 유로(72a)에만 유입되는 정상 상태와, 제1 작동 매체 유로(71a)로부터 유출된 작동 매체가 바이패스 유로(79)에만 유입되는 바이패스 상태를 전환한다.
10: 엔진
20: 과급기
21: 터빈
22: 컴프레서
30: 에어 쿨러
40: 냉각기
50: 제1 순환 유로
60: 제2 순환 유로
62: 바이패스 유로
70: 열에너지 회수 유닛
71: 제1 열교환부
72: 제2 열교환부
73: 팽창기
74: 동력 회수기
75: 응축기
76: 펌프
77: 작동 매체 순환 유로
80: 전환부
90: 제어부
V1: 제1 개폐 밸브
V2: 제2 개폐 밸브

Claims (5)

  1. 열에너지 회수 시스템이며,
    엔진과,
    상기 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈 및 상기 터빈에 접속되어 있고 상기 엔진에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서를 갖는 과급기와,
    상기 엔진에 공급되는 과급 공기를 냉각하는 에어 쿨러와,
    상기 엔진 및 상기 과급 공기를 냉각하는 냉각수를 저류함과 함께 당해 냉각수를 냉각하는 냉각기와,
    상기 냉각기와 상기 엔진 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 제1 순환 유로와,
    상기 냉각기와 상기 에어 쿨러 사이에서 상기 냉각수를 순환시키는 제2 순환 유로와,
    상기 제1 순환 유로 중 상기 엔진과 상기 냉각기 사이의 부위에 설치되어 있고, 상기 엔진을 냉각시킨 후의 냉각수와 작동 매체를 열교환시킴으로써 당해 작동 매체를 가열하는 제1 열교환부와,
    상기 제2 순환 유로 중 상기 에어 쿨러와 상기 냉각기 사이의 부위에 설치되어 있고,
    상기 에어 쿨러로부터 유출된 냉각수와 상기 제1 열교환부로부터 유출된 작동 매체를 열교환시킴으로써 당해 작동 매체를 가열하는 제2 열교환부와,
    상기 제2 열교환부로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 제1 열교환부로 보내는 펌프와,
    상기 제1 열교환부, 상기 제2 열교환부, 상기 팽창기, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서대로 접속하는 작동 매체 순환 유로와,
    상기 제2 순환 유로 중 상기 에어 쿨러와 상기 제2 열교환부 사이의 부위를 흐르는 냉각수의 온도인 제2 온도가 상기 제1 순환 유로 중 상기 엔진과 상기 제1 열교환부 사이의 부위를 흐르는 냉각수의 온도인 제1 온도보다도 높을 때는, 상기 제2 열교환부에 있어서의 상기 냉각수와 상기 작동 매체의 열교환을 유지시키면서, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제2 열교환부와 상기 팽창기 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 소정 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정함과 함께, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 상기 제2 열교환부에 있어서의 상기 냉각수와 상기 작동 매체의 열교환을 정지시킴과 함께, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정하는 제어부를 구비하는, 열에너지 회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 열교환부를 바이패스하도록 상기 제2 순환 유로에 접속된 바이패스 유로와,
    상기 에어 쿨러로부터 유출된 냉각수가 상기 제2 열교환부에만 유입되는 정상 상태와 상기 에어 쿨러로부터 유출된 냉각수가 상기 바이패스 유로에만 유입되는 바이패스 상태를 전환 가능한 전환부를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다도 높을 때는 상기 전환부를 상기 정상 상태로 하고, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는 상기 전환부를 상기 바이패스 상태로 하는, 열에너지 회수 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제2 열교환부와 상기 팽창기 사이를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 소정 범위의 하한값보다도 낮은 값인 한계값 사이의 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정하는, 열에너지 회수 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도 이하일 때는, 상기 작동 매체 순환 유로 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이의 부위를 흐르는 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위의 상한값과 상기 소정 범위의 하한값보다도 크며 또한 상기 상한값보다도 작은 값인 기준값 사이의 범위가 되도록 상기 제1 열교환부로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정하는, 열에너지 회수 시스템.
  5. 제1항에 기재된 열에너지 회수 시스템을 탑재하는 선박.
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