KR20160034420A

KR20160034420A - 엔진의 배열 회수장치

Info

Publication number: KR20160034420A
Application number: KR1020167005773A
Authority: KR
Inventors: 토시키 야마사키; 하루히토 쿠보타; 유키마사 야마무라; 야스타카 와다; 케이지 오야마; 이치로 우치야마
Original assignee: 쥬코쿠 덴료쿠 가부시키 가이샤
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2016-03-29
Also published as: EP3064753A1; JPWO2015063935A1; US20160230700A1; EP3064753A4; WO2015063935A1; JP5563176B1; CA2924625A1; CN105531471A; CN105531471B

Abstract

(과제) 엔진의 배열을 유효하게 이용함과 아울러 엔진과 그 주변기기를 보호할 수 있는 배열 회수장치를 제공한다.
(해결수단) 엔진의 배열 회수장치(1)는 엔진(71)을 구비한다. 또한, 상기 엔진(71)의 제 1 피냉각기구를 냉각하기 위한 제 1 냉각 매체를 갖고, 온수 이용 설비로부터 출력되는 제 1 온도의 물을 상기 제 1 냉각 매체와 열 교환함으로써 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도의 물을 출력하는 제 1 쿨러(3)를 구비한다. 또한, 상기 제 2 온도의 물을 상기 엔진의 배기가스와 열 교환함으로써 상기 제 2 온도보다 높은 제 3 온도의 물을 출력함과 아울러 상기 온수 이용 설비에 공급하는 열 교환기(2)를 구비한다. 또한, 상기 제 1 냉각 매체의 온도가 상기 제 1 쿨러(3)의 상기 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도보다 낮은 경우, 상기 제 1 온도의 물을 상기 열 교환기(2)에 공급시키는 제 1 밸브장치(52)를 구비한다.

Description

엔진의 배열 회수장치{ENGINE EXHAUST HEAT RECOVERY SYSTEM}

본 발명은 엔진의 배열 회수장치에 관한 것이다.

예를 들면, 엔진의 냉각수 및 배기가스 각각의 통로에 열 교환기를 구비하고, 동작 유체를 냉각수용의 열 교환기에서 승온시킨 후에 배기가스용의 열 교환기에서 더 승온시킴으로써 냉각수 및 배기가스로부터 열을 회수하는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 회수된 열은 급탕 설비나 다른 발전 설비의 열원으로서 이용된다.

일본특허공개 평 10-141137호 공보

그러나, 상술한 바와 같은 엔진의 열 회수장치에는 냉각수의 온도가 열 교환기의 온도보다 낮은 경우, 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 엔진을 시동할 때 냉각수용의 열 교환기는 냉각수로부터 열을 회수하지 않는다. 반대로, 냉각수용의 열 교환기는 동작 유체로부터 열을 빼앗을 우려가 있어 엔진의 배열(排熱)의 유효 이용에 반한다.

또한, 엔진이 정상 운전되고 있을 때 냉각수용의 열 교환기는 동작 유체로부터 열을 빼앗아 냉각수에 줄 우려가 있다. 냉각수의 온도가 상승해서 상한값을 초과하여 엔진이 오버히트되고, 그 결과, 엔진이나 그 주변기기가 손상될 우려가 있다.

상술한 과제를 해결하는 주된 본 발명은 엔진과, 상기 엔진의 제 1 피냉각기구를 냉각하기 위한 제 1 냉각 매체를 갖고, 온수 이용 설비로부터 출력되는 제 1 온도의 물을 상기 제 1 냉각 매체와 열 교환함으로써 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도의 물을 출력하는 제 1 쿨러와, 상기 제 2 온도의 물을 상기 엔진의 배기가스와 열 교환함으로써 상기 제 2 온도보다 높은 제 3 온도의 물을 출력함과 아울러 상기 온수 이용 설비에 공급하는 열 교환기와, 상기 제 1 냉각 매체의 온도가 상기 제 1 쿨러의 상기 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도보다 낮은 경우, 상기 제 1 온도의 물을 상기 열 교환기에 공급시키는 제 1 밸브장치를 구비한다.

본 발명의 다른 특징에 대해서는 첨부 도면 및 본 명세서의 기재에 의해 명확해진다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 엔진의 배열을 유효하게 이용함과 아울러 엔진과 그 주변기구를 보호할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 엔진의 배열 회수장치의 개략을 나타낸다.
도 2는 엔진이 정상 운전을 행하고 있는 경우에 있어서의 배열 회수장치의 물의 흐름의 일례를 나타낸다.
도 3은 엔진이 정상 운전을 행하고 있는 경우에 있어서의 배열 회수장치의 물의 흐름의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 엔진이 정상 운전을 행하고 있는 경우에 있어서의 배열 회수장치의 물을 흐름의 또 다른 예를 나타낸다.
도 5는 엔진을 시동했을 때에 있어서의 배열 회수장치의 물의 흐름의 일례를 나타낸다.
도 6은 엔진을 시동했을 때에 있어서의 배열 회수장치의 물의 흐름의 다른 예를 나타낸다.
도 7은 배열 회수장치가 과열되어 있을 경우에 있어서의 물의 흐름의 일례를 나타낸다.
도 8은 배열 회수장치가 과열되어 있을 경우에 있어서의 물의 흐름의 다른 예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 있어서의 배열 회수장치가 접속되는 설비의 일례를 나타낸다.

본 명세서 및 첨부 도면의 기재에 의해 적어도 이하의 사항이 명확해진다.

도 1~도 9를 참조하여 본 발명의 실시형태에 있어서의 배열 회수장치에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시형태에 있어서 배열 회수장치(1)의 배기가스 열 교환기(2)로부터 출력된 물은 바이너리 발전장치(8)에서 이용되고, 배열 회수장치(1)의 저수조(6)에 회수되는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 엔진(71)은 발전기(72)의 원동기로서 사용된다. 엔진(71)의 냉각수는 엔진(71)과 냉각수 쿨러(3) 사이를 펌프 P3에 의해 순환시켜지는 동안에 냉각되고, 엔진(71)의 윤활유는 엔진(71)과 윤활유 쿨러(4) 사이를 펌프 P4에 의해 순환시켜지는 동안에 냉각되는 것으로 한다.

===구성===

도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 배열 회수장치의 개략도이다. 배열 회수장치(1)는 도 1에 나타내어지는 바와 같이 배기가스 열 교환기(2), 냉각수 쿨러(3), 윤활유 쿨러(4), 밸브(51~55) 및 저수조(6)를 구비하고 있다. 또한, 배열 회수장치(1)의 각 구성 요소는 후술하는 바와 같이 다른 구성 요소와 연결되어 있는 것, 구성 요소끼리는 예를 들면 수관을 통해 연결되어 있는 것으로 한다.

배열 회수장치(1)에 있어서 동작 매체인 물은 후술하는 예열계통에서 예열 된 후, 배기가스 열 교환기(2)에서 가열되어 바이너리 발전장치(8)로 보내어진다. 배열 회수장치(1)는 저수조(6)로부터 밸브(51, 52), 냉각수 쿨러(3)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 이르는 주예열계통과, 저수조(6)로부터 밸브(51), 윤활유 쿨러(4), 밸브(54)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 이르는 부예열계통을 갖는다. 또한, 배열 회수장치(1)는 밸브(53, 55)를 통해 냉각수를 냉각수 쿨러(3), 윤활유 쿨러(4) 및 저수조(6)에 공급하는 냉각수 공급계통을 갖고 있다.

<주예열계통>

주예열계통은 상술한 바와 같이 저수조(6)로부터 밸브(51, 52), 냉각수 쿨러(3)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 이른다.

구체적으로 말하면, 저수조(6)는 바이너리 발전장치(8)로부터 출력된 물을 축적하는 장치로서, 수관을 통해 바이너리 발전장치(8)에 있어서의 물의 출력구와 연결되어 있다. 또한, 저수조(6)는 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)로부터 되돌려지는 물을 회수함과 아울러 밸브(55)로부터 보급되는 냉각수를 받아들인다. 저수조(6)는 상술한 바와 같이 해서 물을 축적한 후, 축적한 물을 밸브(51)에 출력한다.

저수조(6)는 저수조(6)의 수위를 측정하는 수위 센서(61)를 갖고 있다. 수위 센서(61)는 측정값이 소정의 하한을 하회했을 경우, 밸브(55)를 통해 냉각수가 보급되도록 제어장치(59)에 측정 신호를 출력한다.

또한, 저수저(6)에 있어서의 물의 출력구에는 온도 센서(62)가 설치되어 있다. 온도 센서(62)는 저수조(6)로부터 출력되는 물의 온도 T1을 측정하여 제어장치(59)에 출력한다. 또한, 바이너리 발전장치(8)로부터 저수조(6)에 유입되는 물의 온도는 예를 들면, 섭씨 80도 정도이다.

저수조(6)로부터 출력된 물은 펌프 P1에 의해 밸브(51, 52)를 거쳐 냉각수 쿨러(3)로 보내어진다. 밸브(51, 52)에 대해서는 후술한다.

냉각수 쿨러(3)는 엔진(71)의 연소실 주위를 냉각하기 위한 냉각 매체로서 냉각수를 갖고, 엔진(71)의 냉각수를 저수조(6)로부터 출력된 물과 열 교환함으로써 엔진(71)의 냉각수를 냉각함과 아울러 저수조(6)로부터의 물을 예열해서 배기가스 열 교환기(2)에 출력하는 장치이다. 냉각수 쿨러(3)에 있어서의 물의 유입구는 밸브(52)에 있어서의 물의 출력구와 연결되어 있고, 냉각수 쿨러(3)에 있어서의 물의 출력구는 배기가스 열 교환기(2)에 있어서의 물의 유입구에 연결되어 있다.

또한, 냉각수 쿨러(3)는 밸브(53)를 통해 냉각수가 공급되도록 냉각수 유입구를 가짐과 아울러 냉각수 쿨러(3)에 있어서 승온된 냉각수가 저수조(6)에 출력되도록 냉각수 출력구를 갖는다.

냉각수 쿨러(3)는 2개의 온도 센서(31, 32)를 갖고 있다. 온도 센서(31)는 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2를 측정하고, 측정 신호를 제어장치(59)에 출력한다. 온도 센서(32)는 냉각수 쿨러(3)에 있어서의 물의 출력구에 설치되고 냉각수 쿨러(3)로부터 출력되는 물의 온도 T3을 측정하여 제어장치(59)에 출력한다. 또한, 냉각수 쿨러(3)는 유량계(33)를 갖고 있다. 유량계(33)는 냉각수 쿨러(3)에 유입되는 물의 유량을 측정하고, 측정값이 소정의 하한을 하회하는 경우, 밸브(53)로부터 냉각수의 보급을 받기 위해 제어장치(59)에 출력한다.

냉각수 쿨러(3)에 있어서 예열된 물은 배기가스 열 교환기(2)에 출력된다. 예를 들면, 바이너리 발전장치(8)로부터 출력된 물이 약 섭씨 80도의 온도인 경우, 물은 저수조(6)에 있어서 다소 방열되고, 섭씨 70도 정도의 온도에서 저수조(6)로부터 출력된다. 이러한 온도의 물이 섭씨 90도를 상한의 온도로 하는 냉각수 쿨러(3)에 있어서 예열되어 출력된다.

배기가스 열 교환기(2)는 냉각수 쿨러(3)에서 예열된 물을 엔진(71)의 배기가스와 열 교환함으로써 가열하는 장치이다. 배기가스 열 교환기(2)에 있어서의 물의 출력구는 바이너리 발전장치(8)에 있어서의 물의 유입구에 연결되어 있고, 배기가스 열 교환기(2)에 의해 가열된 물은 바이너리 발전장치(8)에 출력된다. 예를 들면, 본 실시형태에 있어서의 엔진(71)의 배기가스는 섭씨 500도 정도이며, 열 교환후의 물의 온도는 바이너리 발전장치(8)에 있어서 필요로 되는 섭씨 95도를 충분히 초과한다. 엔진(71)의 배기가스는 배기가스 열 교환기(2)에 있어서의 열 교환에 의해 섭씨 200~300도까지 온도가 저하된 후, 대기로 방출된다.

<부예열계통>

부예열계통은 상술한 바와 같이 저수조(6)로부터 밸브(51), 윤활유 쿨러(4), 밸브(54)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 이른다.

구체적으로는 윤활유 쿨러(4)는 엔진(71)의 내부를 냉각하기 위한 냉각 매체로서 윤활유를 갖고, 엔진(71)의 윤활유를 저수조(6)로부터 출력된 물과 열 교환함으로써 엔진(71)의 윤활유를 냉각함과 아울러 저수조(6)로부터의 물을 예열해서 출력하는 장치이다. 윤활유 쿨러(4)에 있어서의 물의 유입구는 밸브(51)에 있어서의 물의 한쪽 출력구에 연결되고, 또한 윤활유 쿨러(4)에 있어서의 물의 출력구는 밸브(54)에 있어서의 물의 유입구에 연결되어 있다. 그리고, 밸브(54)에 있어서의 물의 한쪽 출력구는 배기가스 열 교환기(2)에 연결되어 있다. 따라서, 저수조(6)로부터 밸브(51)를 통해 윤활유 쿨러(4)에 공급된 물은 윤활유 쿨러(4)에 있어서 예열 된 후, 가열을 위해 배기가스 열 교환기(2)에 출력되거나, 후술하는 바와 같이 추가 예열을 위해 저수조(6)에 회수된다.

윤활유 쿨러(4)는 2개의 온도 센서(41, 42)를 갖는다. 온도 센서(41)는 윤활유 쿨러(4)의 온도 T4를 측정하여 제어장치(59)에 출력한다. 온도 센서(42)는 윤활유 쿨러(4)에 있어서의 물의 출력구에 설치되고 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 물의 온도 T5를 측정하여 제어장치(59)에 출력한다. 또한, 윤활유 쿨러(4)는 유량계(43)를 갖고 있다. 유량계(43)는 윤활유 쿨러(4)에 유입되는 물의 유량을 측정하고, 측정값이 소정의 하한을 하회하는 경우, 밸브(53)로부터 냉각수의 보급을 받기 위해 제어장치(59)에 출력한다.

<냉각수 공급계통>

냉각수 공급계통은 상술한 바와 같이 밸브(53, 55)를 통해 냉각수를 냉각수 쿨러(3), 윤활유 쿨러(4) 및 저수조(6)에 공급한다. 냉각수는 바이너리 발전장치(8)와는 다른 설비, 예를 들면 상수도로부터 공급된다. 또한, 스케일의 발생을 방지하는 관점으로부터 냉각수로서 순수한 물이 사용되는 것이 바람직하다.

구체적으로는 밸브(55)의 냉각수 유입구는 펌프 P2를 통해 예를 들면, 상수도에 연결되어 있고, 밸브(55)의 한쪽 냉각수 출력구는 저수조(6)의 냉각수 유입구에, 다른 쪽 냉각수 출력구는 밸브(53)의 냉각수 유입구에 연결되어 있다. 밸브(53)의 한쪽 냉각수 출력구는 냉각수 쿨러(3)의 냉각수 유입구에, 다른 쪽 냉각수 출력구는 윤활유 쿨러(4)의 냉각수 유입구에 연결되어 있다.

따라서, 냉각수는 후술하는 조건 하, 밸브(53)를 통해 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에, 또한 밸브(55)를 통해 저수조(6)에 각각 공급된다.

<밸브>

밸브(51, 52, 54)는 주 및 부예열계통에 있어서의 물의 흐름을 조절하는 장치이며, 밸브(53, 55)는 냉각수 공급계통에 있어서의 냉각수의 흐름을 조절하는 장치이다. 밸브(51~55)는 제어장치(59)의 출력에 의거하여 동작한다.

구체적으로는 밸브(51)는 저수조(6)로부터 공급된 물을 밸브(52) 및 윤활유 쿨러(4)로 나누어 출력하는 장치이다. 따라서, 밸브(51)는 저수조(6)로부터의 물이 유입되는 1개의 유입구와, 물이 밸브(52) 및 윤활유 쿨러(4)의 측에 각각 출력되는 2개의 출력구를 갖는다.

밸브(51)로부터 출력되는 물의 배분은 상황에 따라 변경된다. 물은 예를 들면, 밸브(52)측에 전부 출력되거나, 윤활유 쿨러(4)측에 전부 출력되거나 해도 좋고, 밸브(52)측에 1/2, 윤활유 쿨러(4)측에 1/2이어도 좋고, 또는 밸브(52)측에 1/3, 윤활유 쿨러(4)측에 2/3이어도 좋다. 배열 회수장치(1)가 통상 운전을 행하고 있을 때, 밸브(51)는 밸브(52)측에도 윤활유 쿨러(4)측에도 물이 출력되도록 제어된다.

또한, 밸브(51)에 있어서의 밸브(52)측의 출력구에는 온도 센서(511)가 설치되어 있다. 온도 센서(511)는 밸브(51)로부터 밸브(52)측에 출력되는 물의 온도 T6을 측정하여 제어장치(59)에 출력한다.

밸브(52)는 밸브(51)와 냉각수 쿨러(3)를 연결시키는 유로에 설치되고, 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2가 밸브(51)로부터 밸브(52)측에 출력된 물의 온도 T6보다 낮은 경우, 온도 T6의 물을 배기가스 열 교환기(2)에 공급시키는 장치이다. 즉, 밸브(52)는 상술의 경우에 저수조(6)로부터의 물을 냉각수 쿨러(3)를 거치는 일 없이 배기가스 열 교환기(2)에 공급하는 유로를 형성한다. 그 이외의 경우, 밸브(52)는 온도 T6의 물을 냉각수 쿨러(3)에 공급시킨다.

밸브(53)는 주 및 부예열계통이 과열되었을 때, 냉각수를 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 공급시키는 장치이다. 구체적으로는 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2가 소정의 허용 온도를 초과하는 경우, 또한 윤활유 쿨러(4)의 온도 T4가 소정의 허용온도를 초과하는 경우에 밸브(53)는 동작한다. 또한, 밸브(53)는 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 각각 공급되는 물의 유량이 각각 소정의 하한을 하회하는 경우에도 냉각수를 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 공급시킨다. 이들 2개 이외의 경우, 밸브(53)는 동작하지 않도록 설정하지만, 상황에 따라 동작하도록 해도 좋다.

밸브(54)는 윤활유 쿨러(4)로부터 출력된 물을 배기가스 열 교환기(2)와 저수조(6) 중 어느 하나에 공급하는 장치이다. 즉, 밸브(54)는 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 물의 온도 T5가 냉각수 쿨러(3)로부터 출력되는 물의 온도 T3보다 낮은 경우, 윤활유 쿨러(4)로부터 출력된 물을 저수조(6)에 회수시키고, 그 이외의 경우에는 배기가스 열 교환기(2)에 공급시킨다.

밸브(55)는 저수조(6)의 수위가 소정의 하한을 하회하는 경우, 냉각수를 저수조(6)에 공급시키는 장치이다.

<제어장치>

제어장치(59)는 온도 센서(31, 32, 41, 42, 62, 511), 유량계(33, 43), 수위 센서(61)로부터 출력되는 측정 신호에 의거하여 밸브(51~55)를 제어하는 장치이다.

구체적으로는 제어장치(59)는 온도 센서(41)에 의해 측정된 윤활유 쿨러(4)의 온도 T4와, 온도 센서(62)에 의해 측정된 저수조(6)로부터 출력되는 물의 온도 T1을 비교하여 온도 T4가 온도 T1보다 높은 경우, 저수조(6)로부터 출력되는 물이 열 교환을 위해 윤활유 쿨러(4)에 공급되도록 밸브(51)를 제어한다. 한편, 온도 T4가 온도 T1보다 낮은 경우에는 제어장치(59)는 저수조(6)로부터의 물이 밸브(52)쪽에 공급되도록 밸브(51)를 제어한다.

또한, 제어장치(59)는 온도 센서(31)에 의해 측정된 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2와, 온도 센서(511)에 의해 측정된 밸브(51)로부터 밸브(52)측에 출력되는 물의 온도 T6을 비교하여 온도 T2가 온도 T6보다 낮은 경우, 밸브(51)로부터 공급되는 물이 냉각수 쿨러(3)를 경유하는 일 없이 배기가스 열 교환기(2)에 공급되도록 밸브(52)를 제어한다. 한편, 온도 T2가 온도 T6보다 높은 경우, 제어장치(59)는 밸브(51)로부터 공급되는 물이 냉각수 쿨러(3)에 공급되도록 밸브(52)를 제어한다.

제어장치(59)는 온도 센서(31)에 의해 측정된 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2가 냉각수 쿨러(3)의 허용 온도를 초과하는 경우, 또한 온도 센서(41)에 의해 측정된 윤활유 쿨러(4)의 온도 T4가 윤활유 쿨러(4)의 허용 온도를 초과하는 경우, 밸브(53)로부터 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 냉각수를 공급하도록 밸브(53)를 제어한다. 또한, 제어장치(59)는 유량계(33)에 의해 측정된 냉각수 쿨러(3)를 흐르는 물의 유량이 소정의 하한을 하회하는 경우, 및 유량계(43)에 의해 측정된 윤활유 쿨러(4)를 흐르는 물의 유량이 소정의 하한을 하회하는 경우에도 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 냉각수를 공급하도록 밸브(53)를 제어한다. 이들 2개의 경우 이외에는 제어장치(59)는 냉각수를 냉각수 쿨러(3)에도 윤활유 쿨러(4)에도 공급하지 않도록 밸브(53)를 제어한다. 예를 들면 발전용 엔진의 경우, 엔진(71)의 냉각수 및 윤활유는 섭씨 200~300도 정도의 온도에 달하지만, 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 허용 온도는 각각 섭씨 95도 정도이다.

또한, 제어장치(59)는 온도 센서(32)에 의해 측정된 냉각수 쿨러(3)로부터 출력되는 물의 온도 T3과, 온도 센서(42)에 의해 측정된 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 물의 온도 T5를 비교하여 온도 T3이 온도 T5보다 높은 경우, 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 온도 T5의 물이 저수조(6)에 회수되도록 밸브(54)를 제어한다. 한편, 제어장치(59)는 온도 T3이 온도 T5보다 낮은 경우, 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 온도 T5의 물이 배기가스 열 교환기(2)에 공급되도록 밸브(54)를 제어한다.

제어장치(59)는 수위 센서(61)에 의해 측정된 저수조(6)의 수위가 소정의 하한을 하회하는 경우, 저수조(6)에 냉각수를 보급하도록 밸브(55)를 제어한다.

<바이너리 발전장치>

본 실시형태에 있어서 배열 회수장치(1)에 있어서 가열된 물은 바이너리 발전장치(8)에 있어서 이용된다. 즉, 본 실시형태에서는 엔진(71)을 원동기로서 발전시킴과 아울러 엔진(71)의 배열을 이용해서 더 발전시키는 다단식 발전 시스템이 구성되어 있다.

바이너리 발전장치(8)는 도 9에 나타내어지는 바와 같이 증발기(81), 터빈(82), 응축기(83), 발전기(84), 인버터(85), 컨버터(86) 및 쿨링타워(87)를 구비하고 있다. 바이너리 발전장치(8)에 입력되는 물의 적절한 온도는 예를 들면, 섭씨 95도 정도이다. 또한, 바이너리 발전장치(8)로부터 출력되는 온수의 온도는 예를 들면, 섭씨 83도 정도이다.

배열 회수장치(1)의 배기가스 열 교환기(2)로부터 출력된 물은 바이너리 발전장치(8)의 증발기(81)에 인도된다. 그리고, 증발기(81)에 있어서 바이너리 발전장치(8)의 동작 매체에 열을 준 후, 배열 회수장치(1)의 저수조(6)로 되돌려진다.

바이너리 발전장치(8)의 동작 매체는 증발기(81)에 있어서 가열되어 증발한다. 기화된 동작 매체는 터빈(82)에 인도되어 터빈(82)을 회전시킨 후, 응축기(83)에 있어서 액화된다. 액화된 동작 매체는 펌프 P6에 의해 다시 증발기(81)로 보내어진다.

터빈(82)은 발전기(84)의 원동기이며, 터빈(82)의 회전에 의해 발전기(84)는 발전된다. 발전기(84)에 의해 발전된 전력은 인버터(85) 및 컨버터(86)를 거쳐 송전계통으로 송전된다.

===동작===

도 2~도 8을 참조하여 본 발명의 실시형태에 있어서의 배열 회수장치의 동작을 설명한다.

<엔진이 정상 운전되고 있을 때>

도 2~도 4는 엔진이 정상 운전을 행하고 있는 상태에 있어서의 예열계통의 물 및 냉각수 공급계통의 냉각수의 흐름을 굵은선으로 나타내고 있다.

도 2는 엔진이 정상 운전되고 있는 상태에 있어서의 물의 기본적인 흐름을 나타낸다. 이 경우, 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 온도 T2, T4는 각각 허용 온도보다 낮고, 또한 저수조(6) 및 밸브(51)로부터 출력되는 물의 온도 T1, T6보다 높다. 또한, 냉각수 쿨러(3)로부터 출력되는 물의 온도 T3은 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 물의 온도 T5보다 낮다. 저수조(6)의 수위는 하한을 상회하고 있으며, 또한 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 각각 유입되는 물의 유량은 하한을 상회하고 있다.

이 때, 제어장치(59)는 온도 센서(62 및 41)로부터의 측정 신호를 비교하여 온도 T1쪽이 온도 T4보다 낮다고 판정한다. 그리고, 제어장치(59)는 밸브(51)에 공급되는 물이 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 양쪽에 흐르도록 밸브(51)를 제어한다.

또한, 제어장치(59)는 온도 센서(511 및 31)로부터의 측정 신호를 비교하여 온도 T6쪽이 온도 T2보다 낮다고 판정한다. 그리고, 제어장치(59)는 밸브(52)에 공급되는 물이 냉각수 쿨러(3)에 흐르도록 밸브(52)를 제어한다.

또한, 제어장치(59)는 온도 센서(32 및 42)로부터의 측정 신호를 비교하여 온도 T3쪽이 온도 T5보다 낮다고 판정한다. 그리고, 제어장치(59)는 밸브(54)에 공급되는 물이 배기가스 열 교환기(2)에 흐르도록 밸브(54)를 제어한다.

제어장치(59)는 수위 센서(61)의 측정 신호로부터 저수조(6)의 수위는 하한을 상회하고 있다고 판정하여 저수조(6)에 냉각수가 공급되지 않도록 밸브(55)를 제어한다. 또한, 제어장치(59)는 유량계(33, 43)의 측정 신호로부터 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 각각 유입되는 물의 유량은 하한을 상회하고 있다고 판정하여 냉각수 쿨러(3)에도 윤활유 쿨러(4)에도 냉각수가 공급되지 않도록 밸브(53)를 제어한다.

그 결과, 물은 주예열계통과 부예열계통을 흐른 후에 배기가스 열 교환기(2)에서 가열된다. 냉각수 공급계통에 냉각수는 흐르지 않는다.

도 3은 엔진이 정상 운전되고 있는 상태에 있어서 냉각수 쿨러(3)로부터 출력되는 물의 온도 T3이 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 물의 온도 T5보다 높은 경우에 있어서의 물의 흐름을 나타낸다. 제어장치(59)는 온도 센서(32 및 42)의 측정 신호를 비교해서 온도 T3이 온도 T5보다 높다고 판정하여 윤활유 쿨러(4)로부터 출력되는 물을 저수조(6)에 흐르도록 밸브(54)를 제어한다.

그 결과, 주예열계통을 흐르는 물은 배기가스 열 교환기(2)에 있어서 가열되지만, 부예열계통을 흐르는 물은 재차 예열을 위해 저수조(6)에 회수된다. 냉각수 쿨러(3)에서 예열된 물에 그것보다 온도가 낮은 윤활유 쿨러(4)로부터의 물을 합류시킴으로써 냉각수 쿨러(3)로부터의 물의 온도를 저하시키지 않도록 하기 위해서, 즉 열의 유효 이용을 위해서이다.

도 4는 엔진이 정상 운전되고 있는 상태에 있어서 저수조(6)의 수위가 소정의 하한을 하회했을 때의 물 및 냉각수의 흐름을 나타낸다. 제어장치(59)는 수위 센서(31)로부터의 측정 신호에 의거하여 저수조(6)의 수위가 하한을 하회하고 있다고 판정하여 저수조(6)에 냉각수를 공급하도록 밸브(55)를 제어한다. 그 결과, 저수조(6)의 수위가 하한을 상회할 때까지 밸브(55)를 통해 냉각수가 보급된다.

<엔진을 시동할 때>

도 5 및 도 6은 엔진(71)을 시동했을 때에 있어서의 예열계통의 물 및 냉각수 공급계통의 냉각수의 흐름을 굵은선으로 나타내고 있다.

도 5는 엔진(71)을 시동했을 때에 있어서의 물의 기본적인 흐름을 나타낸다. 이 경우, 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2는 밸브(51)로부터 밸브(52)측에 출력되는 물의 온도 T6보다 낮다. 제어장치(59)는 온도 센서(31 및 511)로부터의 측정 신호를 비교해서 온도 T2가 온도 T6보다 낮다고 판정하여 밸브(51)로부터 유입된 물을 배기가스 열 교환기(2)에 공급시키도록 밸브(52)를 제어한다.

또한, 윤활유 쿨러(4)의 온도 T4는 저수조(6)로부터 출력되는 물의 온도 T1보다 낮다. 제어장치(59)는 온도 센서(41 및 62)로부터의 측정 신호를 비교해서 온도 T4가 온도 T1보다 낮다고 판정하여 저수조(6)로부터 유입된 물을 밸브(52)에 공급시키도록 밸브(51)를 제어한다.

그 결과, 저수조로부터 출력된 물은 밸브(51, 52)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 공급된다. 이것에 의해 냉각되어야 할 엔진(71)의 냉각수에 열을 주는 사태를 회피할 수 있다. 또한, 예열되어야 할 저수조(6)로부터의 물이 냉각수 쿨러(3)에서 열을 빼앗기는 것을 회피할 수 있어 열의 유효 이용이 도모된다.

도 6은 엔진(71)을 시동했을 때에 저수조(6)의 수위가 하한에 미치지 않는 상태에 있어서의 물 및 냉각수의 흐름을 나타낸다. 제어장치(59)는 수위 센서(31)로부터의 측정 신호에 의거하여 저수조(6)의 수위가 하한에 미치지 않는다고 판정하여 저수조(6)에 냉각수를 공급시키도록 밸브(55)를 제어한다. 그 결과, 저수조(6)의 수위가 하한을 상회할 때까지 밸브(55)를 통해 냉각수가 보급된다.

<배열 회수장치의 주 및 부예열계통이 과열되어 있을 때>

도 7 및 도 8은 배열 회수장치(1)의 주 및 부예열계통이 과열되어 있을 때에 있어서의 예열계통의 물 및 냉각수 공급계통의 냉각수의 흐름을 굵은선으로 나타내고 있다.

도 7은 배열 회수장치(1)의 주 및 부예열계통이 과열되어 있을 때의 물의 기본적인 흐름을 나타낸다. 이 경우, 냉각기 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 온도 T2, T4는 냉각기 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4) 각각의 허용 온도를 초과하고 있다. 제어장치(59)는 온도 센서(31 및 41)로부터의 측정 신호를 비교하여 온도 T2 및 T4는 각각의 허용 온도를 초과하고 있다고 판정한다. 제어장치(59)는 밸브(53)에 냉각수가 공급되도록 밸브(55)를 제어함과 아울러 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 냉각수가 공급되도록 밸브(53)를 제어한다

또한, 저수조(6)로부터 출력되는 물의 온도 T1은 윤활유 쿨러(4)의 온도 T4보다 높다. 제어장치(59)는 온도 센서(62 및 41)의 측정 결과를 비교하여 온도 T1쪽이 온도 T4보다 높다고 판정하고 저수조(6)로부터 출력된 물을 밸브(52)에 공급시키도록 밸브(51)를 제어한다.

또한, 밸브(51)로부터 출력되는 물의 온도 T6은 냉각수 쿨러(3)의 온도 T2보다 높다. 제어장치(59)는 온도 센서(511 및 31)의 측정 신호를 비교하여 온도 T6쪽이 온도 T2보다 높다고 판정하고 밸브(51)로부터 출력된 물을 배기가스 열 교환기(2)에 공급시키도록 밸브(52)를 제어한다.

그 결과, 저수조로부터 출력된 물은 밸브(51, 52)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 공급된다. 또한, 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 냉각수가 공급되어 이들 기기가 냉각된다. 이렇게 해서 공급된 냉각수는 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)로부터 저수조(6)에 회수된다.

냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)가 과열되는 것에 의해 엔진(71)이 오버히트되어 엔진(71)과 그 주변기기가 손상될 우려가 있는 점에서 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 과열을 방지함으로써 각종 기기의 보호가 도모된다.

도 8은 배열 회수장치(1)의 주 및 부예열계통이 과열되어 있는 것에 추가해서 저수조(6)의 수위가 하한을 하회하고 있을 때의 물의 흐름을 나타낸다. 제어장치(59)는 수위 센서(61)의 측정 신호에 의거하여 밸브(55)를 개방하도록 제어하기 위해서 냉각수가 저수조(6)에 공급된다. 이것에 의해 과열되어 있는 주 및 부예열계통의 전체가 냉각된다.

상술한 바와 같이 냉각수 쿨러(3)는 엔진(71)의 연소실 주위를 냉각하기 위한 냉각 매체로서 냉각수를 갖고, 온수 이용 설비로부터 출력되는 제 1 온도의 물을 엔진(71)의 냉각수와 열 교환함으로써 제 1 온도보다 높은 제 2 온도의 물을 출력한다. 배기가스 열 교환기(2)는 제 2 온도의 물을 엔진(71)의 배기가스와 열 교환함으로써 제 2 온도보다 높은 제 3 온도의 물을 출력함과 아울러 바이너리 발전장치(8)에 공급한다. 밸브(52)는 엔진(71)의 냉각수의 온도가 냉각수 쿨러(3)의 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도보다 낮은 경우, 제 1 온도의 물을 배기가스 열 교환기(2)에 공급시킨다. 따라서, 온수 이용 설비측으로부터 공급된 물은 밸브(52)를 거쳐 배기가스 열 교환기(2)에 공급된다. 즉, 물은 냉각수 쿨러(3)를 경유하지 않는다. 이것에 의해 냉각되어야 할 엔진(71)의 냉각수에 열을 주는 사태를 회피할 수 있다. 이것은 배열 회수장치(1)의 예열계통이 과열되어 있을 경우에 엔진(71)의 오버히트 및 그것에 따르는 엔진(71)과 그 주변기기의 손상을 방지하는 것으로 이어진다. 또한, 예열되어야 할 온수 이용 설비측으로부터의 물이 냉각수 쿨러(3)에서 열을 빼앗기는 것을 회피할 수 있어 열의 유효 이용이 도모된다.

또한, 윤활유 쿨러(4)는 엔진(71)의 내부를 냉각하기 위한 냉각 매체로서 윤활유를 갖고, 온수 이용 설비로부터 출력되는 제 1 온도의 물을 윤활유와 열 교환함으로써 제 1 온도보다 높은 제 4 온도의 물을 출력함과 아울러 배기가스 열 교환기(2)에 공급한다. 따라서, 배열 회수장치(1)는 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)라고 하는 2개의 예열 부여수단을 가져 열의 유효 이용이 도모된다.

또한, 밸브(51)는 밸브(52)의 제 1 온도의 물이 유입되는 측에 설치되고, 윤활유의 온도가 윤활유 쿨러(4)의 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도보다 낮은 경우, 윤활유 쿨러(4)에 공급되는 제 1 온도의 물을 밸브(52)쪽에 공급시킨다. 이것에 의해 냉각되어야 할 엔진(71)의 윤활유에 열을 주는 사태를 회피할 수 있다. 이것은 배열 회수장치(1)의 예열계통이 과열되어 있는 경우에 엔진(71)의 오버히트 및 그것에 따르는 각 기기의 손상을 방지하는 것으로 이어진다. 또한, 예열되어야 할 온수 이용 설비측으로부터의 물이 윤활유 쿨러(4)에서 열을 빼앗기는 것을 회피할 수 있어 열의 유효 이용이 도모된다.

또한, 저수조(6)는 밸브(51)의 제 1 온도의 물이 유입되는 측에 설치되고, 온수 이용 설비로부터 출력되는 제 1 온도의 물을 비축한 후에 밸브(51)에 출력한다. 따라서, 배열 회수장치(1)의 예열계통을 흐르는 물의 양을 조절할 수 있어 배열 회수장치(1)를 안정적으로 운용할 수 있다.

또한, 밸브(54)는 윤활유 쿨러(4)의 제 4 온도의 물이 출력되는 측의 온도가 냉각수 쿨러(3)의 제 2 온도의 물이 출력되는 측의 온도보다 낮은 경우, 제 4 온도의 물을 저수조(6)에 공급시킨다. 따라서, 냉각수 쿨러(3)로부터 출력된 물은 배기가스 열 교환기(2)에 있어서 가열되지만, 윤활유 쿨러(4)로부터 출력된 물은 재차 예열을 위해 저수조(6)에 회수된다. 냉각수 쿨러(3)에서 예열된 물에 그것보다 온도가 낮은 윤활유 쿨러(4)로부터의 물을 합류시킴으로써 냉각수 쿨러(3)로부터의 물의 온도가 저하하는 것을 회피할 수 있어 열의 유효 이용에 도움이 된다.

또한, 밸브(53)는 상수도 등 온수 이용 설비와는 다른 설비로부터 출력되어 엔진(71)의 냉각수 및 윤활유의 온도보다 낮은 제 5 온도의 물을 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4) 중 적어도 한쪽에 공급시킨다. 이것에 의해 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 흘러드는 물을 확보할 수 있어 배열 회수장치(1)의 안정적인 운전에 도움이 된다.

밸브(53)는 냉각수 쿨러(3)의 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도가 엔진(71)의 냉각수의 허용 온도보다 높은 경우, 또한 윤활유 쿨러(4)의 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도가 윤활유의 허용 온도보다 높은 경우에 제 5 온도의 물을 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 공급하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)의 과열을 방지할 수 있어 엔진(71)의 오버히트 및 그것에 따르는 엔진(71)과 그 주변기기의 손상이 회피된다.

또한, 밸브(53)는 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 공급되는 제 1 온도의 물의 유량이 각각 소정의 유량 이하가 되었을 경우에도 제 5 온도의 물을 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 공급하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 흘러드는 물의 일정 유량을 확보할 수 있어 배열 회수장치(1)의 안정적인 운전에 도움이 된다.

또한, 밸브(55)는 저수조(6)에 축적된 물의 양이 소정량 이하가 되었을 경우, 제 5 온도의 물을 저수조(6)에 공급시킨다. 따라서, 저수조(6)는 소정량의 물을 모아두고 있는 것이 확보된다. 이것은 저수조(6)로부터 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)에 물이 안정적으로 공급되는 것을 의미하고, 배열 회수장치(1)의 안정적인 운전으로 이어진다.

또한, 온수 이용 설비는 바이너리 발전장치인 것이 바람직하다. 이것에 의해 엔진(71)으로부터의 배열을 이용해서 더 발전시키는 것이 가능해져 엔진(71)의 배열의 유효 이용이 도모된다.

또한, 상기 실시형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정해서 해석하기 위한 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하는 일 없이 변경, 개량될 수 있음과 아울러 본 발명에는 그 등가물도 포함된다.

예를 들면, 제 1 쿨러 및 제 2 쿨러를 각각 냉각수 쿨러(3) 및 윤활유 쿨러(4)와 대응시켜 설명했지만, 냉각수 쿨러(3)와 윤활유 쿨러(4)는 교체해도 좋다.

또한, 온수 이용 설비의 다른 예로서 온수 풀을 들 수 있다.

1 배열 회수장치 2 배기가스 열 교환기
3 냉각수 쿨러 4 윤활유 쿨러
51~55 밸브 6 저수조

Claims

엔진과,
상기 엔진의 제 1 피냉각기구를 냉각하기 위한 제 1 냉각 매체를 갖고, 온수 이용 설비로부터 출력되는 제 1 온도의 물을 상기 제 1 냉각 매체와 열 교환함으로써 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도의 물을 출력하는 제 1 쿨러와,
상기 제 2 온도의 물을 상기 엔진의 배기가스와 열 교환함으로써 상기 제 2 온도보다 높은 제 3 온도의 물을 출력함과 아울러 상기 온수 이용 설비에 공급하는 열 교환기와,
상기 제 1 냉각 매체의 온도가 상기 제 1 쿨러의 상기 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도보다 낮은 경우, 상기 제 1 온도의 물을 상기 열 교환기에 공급시키는 제 1 밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 1 항에 있어서,
상기 엔진의 제 2 피냉각기구를 냉각하기 위한 제 2 냉각 매체를 갖고, 상기 온수 이용 설비로부터 출력되는 상기 제 1 온도의 물을 상기 제 2 냉각 매체와 열 교환함으로써 상기 제 1 온도보다 높은 제 4 온도의 물을 출력함과 아울러 상기 열 교환기에 공급하는 제 2 쿨러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 밸브장치의 상기 제 1 온도의 물이 유입되는 측에 설치되고, 상기 제 2 냉각 매체의 온도가 상기 제 2 쿨러의 상기 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도보다 낮은 경우, 상기 제 2 쿨러에 공급되는 상기 제 1 온도의 물을 상기 제 1 밸브장치쪽에 공급시키는 제 2 밸브장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 밸브장치의 상기 제 1 온도의 물이 유입되는 측에 설치되고, 상기 온수 이용 설비로부터 출력되는 상기 제 1 온도의 물을 축적한 후에 상기 제 2 밸브장치에 출력하는 저수조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 쿨러의 상기 제 4 온도의 물이 출력되는 측의 온도가 상기 제 1 쿨러의 제 2 온도의 물이 출력되는 측의 온도보다 낮은 경우, 상기 제 4 온도의 물을 상기 저수조에 공급시키는 제 3 밸브장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 5 항에 있어서,
상기 온수 이용 설비와는 다른 설비로부터 출력되고, 상기 제 1 및 제 2 냉각 매체의 온도보다 낮은 제 5 온도의 물을 상기 제 1 및 제 2 쿨러 중 적어도 한쪽에 공급시키는 제 4 밸브장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 4 밸브장치는 상기 제 1 쿨러의 상기 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도가 상기 제 1 냉각 매체의 허용 온도보다 높은 경우, 또한 상기 제 2 쿨러의 상기 제 1 온도의 물이 공급되는 측의 온도가 상기 제 2 냉각 매체의 허용 온도보다 높은 경우에 상기 제 5 온도의 물을 상기 제 1 및 제 2 쿨러에 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 4 밸브장치는 상기 제 1 및 제 2 쿨러에 공급되는 상기 제 1 온도의 물의 유량이 각각 소정의 유량 이하가 되었을 경우에 상기 제 5 온도의 물을 상기 제 1 및 제 2 쿨러에 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저수조에 축적된 물의 양이 소정량 이하가 되었을 경우, 상기 제 5 온도의 물을 상기 저수조에 공급시키는 제 5 밸브장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 쿨러는 상기 엔진의 냉각수를 냉각하는 냉각수 쿨러인 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 쿨러는 상기 엔진의 윤활유를 냉각하는 윤활유 쿨러인 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온수 이용 설비는 바이너리 발전장치인 것을 특징으로 하는 엔진의 배열 회수장치.