KR20180107733A - 열에너지 회수 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

[과제] 증발기에서의 열부하가 저하된 경우에도 오일이 팽창기로 복귀되기 쉽도록 하도록 한다.
[해결 수단] 열에너지 회수 장치(1)는, 증발기(10)와 팽창기(14)와 응축기(6)와 펌프(8)가 설치된 순환 유로(4)와, 펌프(8)의 회전수의 제어를 행하는 제어기(18)를 구비하고, 증발기(10)에서 증발된 작동 매체와 오일의 혼합 매체가 팽창기(14)에 도입되어, 팽창기(14)가 구동된다. 제어기(18)는, 증발기(10)의 열부하에 따라서 펌프(8)의 회전수를 제어하는 열부하 제어와, 열부하 제어에 의한 펌프(8)의 회전수보다도 높여진 회전수로 펌프(8)를 구동하는 오일 복귀 제어를 실행 가능하고, 오일 복귀 제어는, 증발기(10)에서 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일의 고임 상태에 관한 미리 설정된 오일 고임 조건이 성립되었을 때에 실행된다.

Description

열에너지 회수 장치{THERMAL ENERGY RECOVERY DEVICE}
본 발명은 열에너지 회수 장치에 관한 것이다.
종래 하기 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있는 바와 같이, 배열(排熱)을 회수하여 동력을 얻는 열에너지 회수 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1 및 2에 개시된 열에너지 회수 장치는 증발기, 팽창기, 응축기 및 펌프를 갖는 순환 유로를 구비한다. 열에너지 회수 장치에서는, 증발기에 있어서 작동 매체(냉매)를 외부로부터의 배열에 의해 증발시켜, 이 작동 매체의 증기에 의해 팽창기의 로터를 회전 구동시킨다. 팽창기의 로터가 회전함으로써 발전기가 구동된다.
팽창기에는, 로터를 회전 가능 시에 지지하는 베어링의 윤활이나, 팽창기 내의 각 부위의 시일을 위해 오일이 사용된다. 오일은 액상의 작동 매체에 녹아 순환 유로를 흐르거나, 또는 가스 상태의 작동 매체에 수반하여 순환 유로를 흐른다. 증발기에 있어서는, 작동 매체가 증발하기 때문에, 작동 매체에 녹아 들어가 있던 오일은 작동 매체로부터 분리된다. 작동 매체로부터 분리된 오일은, 작동 매체에 수반되어 윤활 유로를 흘러, 팽창기로 복귀된다.
일본 특허 공개 제2014-114785호 공보 일본 특허 공개 제2014-234719호 공보
특허문헌 2에 개시된 열에너지 회수 장치와 같이, 예를 들어 차량의 배기 가스의 열을 열원으로 하는 경우 등에는, 증발기에 있어서의 열부하가 변동된다. 작동 매체를 순환시키기 위한 펌프는, 예를 들어 증발기에서의 과열도가 목표값으로 되도록 회전수가 제어될 수 있다. 이 때문에, 증발기에 유입되는 열원 가스량이 저하된 경우에는, 증발기에 보내지는 작동 매체량이 저하되기 때문에, 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일이 작동 매체에 수반되기 어려워진다. 이 결과, 오일이 예를 들어 증발기의 상부에 체류되어버려, 팽창기로 복귀되기 어려워진다. 그 때문에, 팽창기 내에서의 급유 개소로의 급유 부족이 발생할 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 상기 종래 기술을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 점은, 증발기에서의 열부하가 저하된 경우에도 오일이 팽창기로 복귀되기 쉽게 하도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 증발기와 팽창기와 응축기와 펌프가 설치된 순환 유로와, 상기 펌프의 회전수의 제어를 행하는 제어기를 구비하고, 상기 증발기에서 증발한 작동 매체와 오일의 혼합 매체가 상기 팽창기에 도입되어, 상기 팽창기가 구동되는 열에너지 회수 장치이다. 상기 제어기는, 상기 증발기의 열부하에 따라서 상기 펌프의 회전수를 제어하는 열부하 제어와, 상기 열부하 제어에 의한 상기 펌프의 회전수보다도 높여진 회전수로 상기 펌프를 구동하는 오일 복귀 제어를 실행 가능하고, 상기 오일 복귀 제어는, 상기 증발기에서 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일의 고임 상태에 관한 미리 설정된 오일 고임 조건 또는 상기 증발기에 있어서의 소정 이하의 저부하에 관한 미리 설정된 저부하 조건이 성립되었을 때에 실행된다.
본 발명에서는, 미리 정해진 오일 고임 조건 또는 저부하 조건이 성립되면, 열부하 제어로부터 오일 복귀 제어로 이행된다. 즉, 열부하의 큰 변동에 따라서 팽창기의 팽창실보다도 상류측에 있어서 오일이 체류하는 경우, 열부하의 변동에 구애받지 않고 팽창기의 팽창실보다도 상류측에 있어서 오일이 체류하는 경우, 또는 증발기의 열부하가 작은 상태가 계속되는 경우에는, 열부하 제어에 우선하여 오일 복귀 제어가 실행된다. 이에 의해, 펌프의 회전수가, 증발기의 열부하에 따라서 설정된 회전수보다도 증속된다. 이 결과, 증발기 내에서의 작동 매체의 유속이 높아지기 때문에, 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일이 작동 매체에 수반되기 쉬워진다. 따라서, 팽창기보다도 상류측으로부터 팽창기 내로 오일이 복귀되기 쉬워져, 팽창기 내에서의 급유 개소로의 급유 부족이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 오일 고임 조건에 있어서 사용되는 상기 오일의 고임 상태는, 접속 공간에 있어서의 오일 고임 상태여도 된다. 상기 접속 공간은, 상기 증발기의 열교환부보다도 하류측에 설치된 증발기 내의 하류 공간과, 상기 팽창기의 공급 포트의 상류측에 위치하는 유입로와, 상기 하류 공간 및 상기 유입로에 연통되도록 상기 증발기 및 상기 팽창기를 접속하는 주 관로를 포함해도 된다.
이 양태에서는, 증발기의 열부하가 부분 부하로 되어 있을 경우에 있어서 오일이 증발기 내의 하류 공간에 고이는 경우가 있다. 제어기가 오일 복귀 제어를 실행하면, 하류 공간 내의 오일은, 주 관로를 통해 팽창기측으로 복귀된다. 즉, 열에너지 회수 장치가 복잡화되는 것이 방지된다.
상기 접속 공간은, 상기 팽창기 내에 있어서 상기 주 관로의 접속구 및 상기 유입로에 연통됨과 함께, 상기 유입로보다도 하방에 위치하는 오일 고임부를 가져도 된다.
이 양태에서는, 팽창기 내에 있어서 주 관로의 접속구 및 유입로에 연통하며 또한 유입로보다도 하측에 위치하는 오일 고임부가 설치되어 있기 때문에, 부분 부하 운전으로 되고 나서 팽창기의 급유 개소가 급유 부족으로 될 때까지의 시간을 연장시킬 수 있다.
상기 유입로가, 상기 팽창기에 있어서의 상기 주 관로의 접속구로부터 상기 공급 포트를 향해 상기 팽창기의 축방향을 따라서 설치되어도 된다. 이 경우, 상기 접속 공간은, 상기 팽창기 내에 있어서 상기 주 관로의 접속구 및 상기 유입로에 연통됨과 함께, 상기 유입로보다도 하방에 위치하는 오일 고임부를 가져도 된다.
이 양태에서는, 주 관로의 접속구로부터 팽창기의 공급 포트로 향하는 작동 매체의 흐름에 대하여, 오일 고임부의 오일을 수반시키기 쉽게 할 수 있다.
상기 열에너지 회수 장치는, 상기 접속 공간에 있어서 오일의 고임 상태를 검지하는 오일 검지기를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 제어기는, 상기 오일 검지기의 검지 결과에 기초하여 상기 오일 고임 조건이 성립된 경우에, 상기 열부하 제어를 상기 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어도 된다.
이 양태에서는, 팽창기에 있어서의 팽창실보다도 상류측에 있어서의 오일의 고임 상태를 오일 검지기에 의해 직접적으로 검지할 수 있다. 이 때문에, 예를 들어 증발기에 있어서의 열부하가 낮은 경우 등에 있어서, 펌프의 회전수를 올리는 기간을 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
상기 열에너지 회수 장치는, 상기 오일 고임부에 고인 오일을 검지하는 오일 검지기를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 제어기는, 상기 오일 검지기가 상기 오일 고임부에 고인 오일의 양이 소정의 레벨 이하인 것을 검지한 것에 기초하여, 상기 열부하 제어를 상기 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어도 된다.
이 양태에서는, 팽창기의 공급 포트의 상류측에 위치하는 유입로에 연통되는 오일 고임부에 있어서의 오일의 고임 상태에 기초하여 오일 복귀 제어를 행하므로, 팽창기 내에 있어서의 급유 개소로의 급유 부족을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
상기 열에너지 회수 장치는, 상기 증발기의 열부하 상태를 직접적 또는 간접적으로 검지하는 열부하 상태 검지 수단과, 상기 열부하 검지 수단에 의해 검출된 열부하가 소정값 이하인 부분 부하로 되어 있는 시간을 카운트하는 계시 수단을 구비해도 된다. 이 경우, 상기 제어기는, 상기 계시 수단이 카운트한 시간이 소정 시간 이상으로 되면, 상기 저부하 조건이 성립된 것으로 하여, 상기 열부하 제어를 상기 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어도 된다.
이 양태에서는, 오일의 고임 상태를 검지하지 않아도, 열부하 제어로부터 오일 복귀 제어로 전환할 수 있다. 즉, 오일이 고이는 개소에 있어서 오일면이 크게 물결치는 일이 있는 경우에도, 비교적 심플한 구성(검지기와 소프트웨어)으로 확실하게 오일 복귀 제어로 전환할 수 있다.
상기 팽창기 내에 있어서의 급유 개소가, 상기 공급 포트에 연통됨과 함께 상기 팽창기의 배출 포트에 연통되어 있어도 된다. 이 경우, 상기 급유 개소에서의 압력이, 상기 팽창기의 공급 포트에서의 압력과 상기 팽창기의 배출 포트에서의 압력 사이의 압력으로 되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 공급 포트에 연통되는 급유 개소가 배출 포트에도 연통되어 있으며, 게다가 급유 개소의 압력은, 공급 포트에서의 압력과 배출 포트에서의 압력 사이의 압력으로 되어 있다. 이 때문에, 공급 포트를 통과한 오일이 압력차에 의해 급유 개소로 흐른다. 즉, 급유 개소에 오일을 공급하는 내부 급유 경로가 팽창기 내부에 형성된다. 이 때문에, 급유 개소가 공급 포트보다도 하류측에 위치하는 경우에 있어서, 오일 고임부에 고여 있는 오일을 당해 오일 고임부로부터 (외부로) 뽑아내어 팽창기의 급유 개소에 급유하기 위한 (외부) 급유 배관을 구비하고 있지 않아도, 당해 급유 개소에 급유할 수 있다. 따라서, 팽창기 내에 있어서 배관 접속부의 수를 저감시킬 수 있어, 오일 누설에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 팽창기는 스크류 로터와 상기 스크류 로터의 축을 회전 가능하도록 지지하는 베어링을 구비해도 된다. 이 경우, 상기 급유 개소가 상기 베어링이어도 된다.
이 양태에서는 베어링으로의 급유 부족을 방지할 수 있으므로, 팽창기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 오일 복귀 제어를 행함으로써, 오일이 팽창기로 복귀되지 않는 상황을 억제할 수 있다. 이 때문에, 베어링 윤활 후의 오일이 흐르는 유로가 오일 밀봉(油封)되지 않게 되어 그 유로를 통해 증기의 숏패스(바이패스)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열에너지 회수 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
상기 증발기는 열교환부와 상기 열교환부보다도 하류측에 위치하는 하류 공간을 가져도 되고, 상기 순환 유로는 상기 증발기 및 상기 팽창기를 접속하는 주 관로를 가져도 된다. 이 경우, 상기 증발기의 상기 하류 공간에 있어서의 상기 주 관로의 접속부보다도 하측에 접속된 일단부와, 상기 팽창기에 접속된 타단부를 갖는 오일 복귀 관로가 설치되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 하류 공간에 고인 오일을 오일 복귀 관로를 통해 팽창기로 효과적으로 복귀시킬 수 있다.
상기 오일 복귀 관로는 상기 주 관로보다도 가는 관로로 되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 오일 복귀 관로 내에 있어서의 혼합 매체의 유속이 올라가기 때문에, 작동 매체의 흐름에 대하여 오일을 수반시키기 쉽게 할 수 있다.
상기 증발기의 열교환부의 1차측 유로가, 엔진 부착 차량에 있어서의 엔진 냉각용의 냉각수가 흐르는 냉각수 유로에 접속되어 있어도 된다.
엔진 부착 차량에 있어서의 엔진 부하가 변동됨으로써, 증발기의 열교환부에 있어서의 1차측 유로에 유입되는 냉각수의 온도 및 유량의 적어도 한쪽이 변동됨으로써, 증발기에 있어서의 열부하가 변동된다. 이 경우에 있어서, 증발기에 있어서의 열부하가 저하되어 오일이 팽창기로 복귀되지 않는 상태를 일으킬 수 있다. 그러나, 제어기는, 오일 고임 조건 또는 저부하 조건이 성립되면 오일 복귀 제어를 행하기 때문에, 팽창기 내에서의 급유 개소로의 급유 부족이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 증발기에서의 열부하가 저하된 경우에도 오일이 팽창기로 복귀되기 쉽게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 상기 열에너지 회수 장치에 설치된 증발기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태의 변형예에 관한 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태의 변형예에 관한 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태의 변형예에 관한 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시 형태의 변형예에 관한 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 상기 열에너지 회수 장치의 제어 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 제2 실시 형태의 변형예에 관한 열에너지 회수 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
제1 실시 형태에 의한 열에너지 회수 장치(1)는, 엔진 부착 차량에서 발생하는 열에너지를 회수하여 발전을 행하는 발전 시스템으로서 구성되어 있다. 열에너지 회수 장치(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 펌프(8)와, 증발기(10)와, 팽창기(14)와, 발전기(16)와, 응축기(6)와, 제어기(18)를 구비하고 있다. 펌프(8), 증발기(10), 팽창기(14) 및 응축기(6)는 이 순서로 순환 유로(4)에 설치되어 있다. 순환 유로(4)에는 작동 매체 및 오일이 봉입되어 있다. 작동 매체로서는, 예를 들어 R245fa(1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판) 등의 비점이 낮은 냉매가 사용된다. 따라서, 본 발전 시스템은, 비교적 저온의 엔진 배열로부터 동력을 회수하는 바이너리 발전 방식으로 되어 있다. 그리고, 펌프(8)와 증발기(10)와 팽창기(14)와 응축기(6)가 설치된 순환 유로(4)는, 랭킨 사이클을 구성하고 있다. 오일은 팽창기(14) 내의 후술하는 베어링의 윤활을 위해서, 또는 팽창기(14) 내의 각 부위의 시일을 위해서 사용된다.
펌프(8)는 순환 유로(4)에 있어서의 응축기(6)의 하류측(증발기(10)와 응축기(6) 사이)에 설치되어 있고, 순환 유로(4) 내에서 작동 매체(즉, 오일이 혼합된 혼합 매체)의 순환 구동력을 발생시키기 위한 것이다. 펌프(8)는 응축기(6)에서 응축된 액상의 작동 매체(즉, 오일이 혼합된 혼합 매체)를 소정의 압력까지 가압하여 증발기(10)로 송출한다. 펌프(8)로서, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어를 포함하는 기어 펌프 등이 사용된다.
증발기(10)는 순환 유로(4)에 있어서의 펌프(8)의 하류측(펌프(8)와 팽창기(14) 사이)에 설치되어 있다. 증발기(10)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상류측 헤더(10a)와 열교환부(10b)와 하류측 헤더(10c)를 갖는다.
상류측 헤더(10a)는 증발기(10)에 있어서의 하단에 설치되어 있다. 상류측 헤더(10a)는, 펌프(8)로부터 송출된 액상의 작동 매체 및 오일이 혼합된 혼합 매체가 유입되는 상류 공간(10d)을 갖는다.
열교환부(10b)는 가열 매체인 냉각수가 흐르는 1차측 유로(10b1)와, 혼합 매체가 흐르는 2차측 유로(10b2)를 갖고, 상류측 헤더(10a) 상에 배치되어 있다. 1차측 유로(10b1)는 가열 매체 유로(냉각수 유로)(20)에 접속되어 있다. 가열 매체 유로(20)에는, 가열 매체를 순환시키는 가열 매체 펌프(21)가 설치되어 있다. 가열 매체 유로(20)를 흐르는 가열 매체는, 엔진 냉각용 라디에이터(22)에 흐르게 하여 승온한 냉각수이다. 라디에이터(22)는 엔진(23)과의 사이에서 쿨런트가 순환함으로써, 엔진(23)을 냉각시킨다. 2차측 유로(10b2)를 흐르는 작동 매체는, 1차측 유로(10b1)를 흐르는 가열 매체와 열교환하여 증발한다.
또한, 가열 매체로서는, 라디에이터(22)를 흐르는 냉각수에 한정되는 것은 아니고, 엔진(23)을 직접 냉각시키는 냉각수 또는 쿨런트여도 된다. 또한, 차량에 탑재되는 차량 탑재용 시스템으로서 구성되는 것에 한정되지 않고, 예를 들어 배에 탑재되어, 배의 엔진의 배기 가스를 가열 매체로 하는 구성이어도 되고, 또는 공장 등에서 사용되고 있는 수증기를 가열 매체로 하는 구성이어도 된다.
하류측 헤더(10c)는 열교환부(10b)의 상측에 설치되어 있다. 하류측 헤더(10c)는, 2차측 유로(10b2)에서 증발한 작동 매체 및 오일이 유입되는 하류 공간(10e)을 갖는다. 하류 공간(10e)에는, 가스 상태의 작동 매체가 분리된 오일이 고일 수 있다.
팽창기(14)와 발전기(16)는 발전 장치(2)로서 일체적으로 구성되어 있다. 발전 장치(2)는 팽창기(14)에 있어서 가스 상태의 작동 매체(오일도 혼합되어 있음)를 팽창시킴으로써, 발전기(16)를 구동하는 힘을 취출한다. 또한, 발전 장치(2)의 상세에 대해서는 후술한다.
응축기(6)에는, 팽창기(14)로부터 배출된 가스 상태의 작동 매체(즉, 오일도 혼합된 혼합 매체)가 도입된다. 응축기(6)는, 혼합 매체가 흐르는 1차측 유로(6a)와, 냉각 매체가 흐르는 2차측 유로(6b)를 갖고 있다. 2차측 유로(6b)는, 냉각 매체가 흐르는 외부의 매체 유로(26)와 접속되어 있다. 1차측 유로(6a)를 흐르는 가스 상태의 작동 매체는, 2차측 유로(6b)를 흐르는 냉각 매체와 열교환함으로써 응축된다.
이상의 구성에 의해, 본 실시 형태에 의한 발전 시스템에서는, 작동 매체가 순환 유로(4)를 통해 증발기(10), 발전 장치(2), 응축기(6) 및 펌프(8)를 순서대로 흐르는 순환 회로가 구성되어 있다.
순환 유로(4)를 구성하는 관로 중, 증발기(10)와 팽창기(14)를 유체적으로 접속하는 주 관로(4a)에는, 작동 매체의 온도를 검출하는 온도 검출기(28)와, 작동 매체의 압력을 검출하는 압력 검출기(29)가 설치되어 있다.
이어서, 발전 장치(2)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
발전 장치(2)는 팽창기(14)와 발전기(16)를 수용하는 케이싱(25)을 구비하고 있다. 케이싱(25)은 팽창기(14)를 수용하는 제1 케이스 부재(30)와, 제1 케이스 부재(30)에 체결되어, 발전기(16)를 수용하는 제2 케이스 부재(31)를 갖는다.
제1 케이스 부재(30)는 제2 케이스 부재(31)에 체결되어, 팽창기(14)의 후술하는 스크류 로터(32)를 유지하는 로터 유지부(33)와, 로터 유지부(33)에 대하여 제2 케이스 부재(31)와 반대측에 배치되어 로터 유지부(33)에 체결된 덮개부(34)를 갖는다.
덮개부(34)는 저부(34a)와, 저부(34a)의 외주부로부터 스크류 로터(32)의 축방향의 연장되는 통 형상의 동체부(34b)를 갖고, 바닥이 있는 대략 원통 형상을 나타내고 있다. 케이싱(25)은 저부(34a)가 연직으로 되고, 스크류 로터(32) 및 동체부(34b)의 축이 수평이 되도록 설치된다.
동체부(34b)의 단부에 로터 유지부(33)가 결합되어 있다. 이에 의해, 덮개부(34)와 로터 유지부(33)에 의해 밀폐된 제1 공간(S1)이 형성되어 있다. 제1 공간(S1)은, 팽창실 내보다도 고압의 작동 매체 및 오일이 존재하는 고압측 공간이 된다.
덮개부(34)(제1 케이스 부재(30))에는, 덮개부(34)를 그 두께 방향으로 관통하는 유입구(34c)가 설치되어 있다. 유입구(34c)에는, 순환 유로(4) 중 증발기(10)와 팽창기(14)를 유체적으로 접속하는 배관에 의해 구성되는 주 관로(4a)의 일단부가 접속되어 있다. 즉, 유입구(34c)는 주 관로(4a)의 접속구이다. 증발기(10)에서 생성된 작동 매체의 증기 및 오일이 혼합된 혼합 매체는, 주 관로(4a)로부터 유입구(34c)를 통해 제1 공간(S1) 내로 유입된다.
로터 유지부(33)에는, 축방향에 있어서 덮개부(34)와는 반대측에 제2 케이스 부재(31)가 결합되어 있다. 이에 의해, 로터 유지부(33)와 제2 케이스 부재(31)에 의해 밀폐된 제2 공간(S2)이 형성되어 있다. 제2 공간(S2)은, 후술하는 바와 같이, 팽창실 내보다도 저압의 작동 매체 및 오일이 통과하는 저압측 공간이 된다.
로터 유지부(33)에는, 스크류 로터(32)가 배치된 관통 구멍(33a)과, 제1 공간(S1)에 연통되며, 팽창실이 제1 공간(S1)측에 위치할 때에 당해 팽창실에 연통되는 공급 포트(33b)와, 팽창실이 제2 공간(S2)측에 위치할 때에 당해 팽창실에 연통되는 배출 포트(33c)와, 배출 포트(33c)에 연통되어 로터 유지부(33)의 외면으로 개구되는 배출 구멍(33d)과, 배출 구멍(33d)과 제2 공간(S2)을 연통하는 연통 구멍(33e)이 설치되어 있다.
관통 구멍(33a)은 스크류 로터(32)의 축방향으로 로터 유지부(33)를 관통하고 있다. 관통 구멍(33a)의 일단부는 로터 유지부(33)에 있어서의 제1 공간(S1)측의 면으로 개구되고, 관통 구멍(33a)의 타단부는 로터 유지부(33)에 있어서의 제2 공간(S2)측의 면으로 개구되어 있다. 공급 포트(33b)는 제1 공간(S1) 내의 작동 매체와 오일의 혼합 매체를 팽창실 내에 공급시킨다. 배출 포트(33c)는 팽창실로부터 작동 매체와 오일의 혼합 매체를 배출시킨다. 배출 구멍(33d)은 배출 포트(33c)로부터 하방으로 연장되어 있다.
팽창실에서 팽창된 가스 상태의 작동 매체와 오일의 혼합 매체는, 배출 포트(33c) 및 배출 구멍(33d)을 통해 순환 유로(4)로 배출된다. 또한, 오일의 일부는 팽창실로부터 후술하는 바와 같이 제2 베어링(53)측으로 흐른다. 제2 베어링(53)을 윤활한 후의 오일은, 제2 공간(S2)으로 흐르고, 그 후, 연통 구멍(33e)을 통해 배출 구멍(33d) 내로 유입된다.
팽창기(14)는 서로 맞물린 한 쌍의 스크류 로터(32)를 갖고 있다. 각 스크류 로터(32)의 축은, 스크류 로터(32)로부터 축방향의 일방측으로 연장되는 제1 회전축(32a)과, 스크류 로터(32)로부터 축방향의 타방측으로 연장되는 제2 회전축(32b)을 갖는다. 제1 회전축(32a)은 공급 포트(33b)측의 축이며, 제2 회전축(32b)은 배출 포트(33c)측의 축이다. 제1 회전축(32a)은 후술하는 제1 베어링 유지부(42) 내로 연장되어 있다. 제2 회전축(32b)은 관통 구멍(33a) 내로부터 제2 공간(S2) 내를 향해 연장되어 있다.
각 스크류 로터(32)는 각각 나선형의 톱니를 갖고 있다. 관통 구멍(33a) 내에 있어서 양쪽 스크류 로터(32)의 톱니가 맞물림으로써 그것들 사이에 팽창실이 형성된다. 양쪽 스크류 로터(32)의 톱니가 맞물린 상태에서 스크류 로터(32)가 회전하면, 팽창실은, 공급 포트(33b)에 연통되는 위치로부터 스크류 로터(32)의 축 방향으로 순차적으로 이동한다. 이 때, 팽창실 내의 체적은 순차로 커진다. 그리고, 팽창실은, 스크류 로터(32)의 회전에 의해 배출 포트(33c)에 연통되는 위치까지 이동한다.
발전기(16)는 한쪽 스크류 로터(32)의 제2 회전축(32b)에 연결된 발전기 로터(38)와, 발전기 로터(38)의 둘레에 배치된 스테이터(40)를 갖고 있다. 스테이터(40)는 제2 케이스 부재(31)의 내측에 고정되어 있다. 발전기 로터(38) 및 스테이터(40)는 제2 공간(S2) 내에 배치되어 있다. 발전기 로터(38)는 상기 한쪽 스크류 로터(32)와 동축이 되도록 스크류 로터(32)와 연결되어 있다. 발전기 로터(38)는 스크류 로터(32)와 일체적으로 회전한다. 발전기 로터(38)가 회전함으로써 발전기(16)는 발전을 행한다.
로터 유지부(33)에는, 제1 회전축(32a)에 설치된 제1 베어링(48)을 유지하기 위한 제1 베어링 유지부(42)가 결합되어 있다. 제1 베어링 유지부(42)는 스크류 로터(32)의 축방향에 있어서, 로터 유지부(33)에 대하여 덮개부(34)와 동일한 측에 배치되어 있다. 제1 베어링 유지부(42)는 로터 유지부(33) 중 덮개부(34)가 결합된 부위의 내측에 있어서, 로터 유지부(33)에 결합되어, 스크류 로터(32)의 축방향으로 연장되도록 형성되어 있다.
제1 베어링 유지부(42)는 폭 방향에 있어서 덮개부(34)보다도 작은 형상이고, 덮개부(34)의 내면으로부터 내측으로 이격되어 있다. 이 때문에, 덮개부(34)의 저부(34a) 및 동체부(34b)의 내면과 제1 베어링 유지부(42)의 외면 사이의 공간이, 작동 매체 및 오일의 혼합 매체가 유입되는 제1 공간(S1)으로 되어 있다.
덮개부(34)에 형성된 유입구(34c)는, 제1 베어링 유지부(42)의 상단보다도 조금 상측에 위치하고 있다. 그리고, 유입구(34c)를 통해 제1 공간(S1) 내에 도입된 혼합 매체는, 유입구(34c)로부터 공급 포트(33b)를 향해 스크류 로터(32)의 축방향으로 거의 곧바로 흐른다. 즉, 팽창기(14)의 제1 공간(S1) 내에는, 팽창기(14)에 있어서의 유입구(34c)로부터 공급 포트(33b)를 향해 팽창기(14)의 축방향을 따라서 연장되는 유입로(44)가 형성되어 있다. 또한, 제1 공간(S1)에 있어서, 유입로(44)보다도 하측의 공간부에는 오일이 고인다. 따라서, 이 부분은, 오일 고임부(46)로서 기능한다. 또한, 유입구(34c)는 제1 베어링 유지부(42)의 상단보다도 조금 하측에 위치하고 있어도 된다.
제1 베어링 유지부(42) 내에는, 제1 공간(S1)으로부터 구획된 제1 베어링실(47)이 형성되어 있다. 제1 베어링실(47)은 공급 포트(33b)에 직접 또는 공급 포트(33b)측의 팽창실을 통해 연통되어 있다. 제1 베어링실(47)에는, 각각의 회전축(32a)에 대응하여 배치된 제1 베어링(48)이 수용되어 있다. 이들 제1 베어링(48)의 한쪽은, 한쪽 스크류 로터(32)의 제1 회전축(32a)을 지지한다. 다른 쪽 제1 베어링(48)은 다른 한쪽 스크류 로터(32)의 제1 회전축(32a)을 지지한다. 바꾸어 말하면, 제1 회전축(32a)은 제1 베어링(48)에 의해 회전 가능하도록 축 지지되어 있다.
로터 유지부(33)에는, 제2 공간(S2)에 연통되는 제2 베어링실(50)을 구성하는 제2 베어링 유지부(51)가 결합되어 있다. 제2 베어링 유지부(51)는 스크류 로터(32)의 축방향에 있어서, 로터 유지부(33)에 대하여 제2 케이스 부재(31)와 동일한 측에 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 베어링 유지부(51)와 로터 유지부(33)가 일체적으로 형성되어 있지만, 이들 유지부(51, 33)가 별개로 형성됨과 함께 서로 체결된 구성으로 해도 된다.
제2 베어링실(50)은 관통 구멍(33a) 또는 팽창실에 연통되어 있다. 제2 베어링실(50)에는, 각각의 회전축(32b)에 대응하여 배치된 제2 베어링(53)이 수용되어 있다. 이들 제2 베어링(53)의 한쪽은, 한쪽 스크류 로터(32)의 제2 회전축(32b)을 지지한다. 다른 쪽 제2 베어링(53)은 다른 한쪽 스크류 로터(32)의 제2 회전축(32b)을 지지한다. 바꾸어 말하면, 제2 회전축(32b)은 제2 베어링(53)에 의해 회전 가능하도록 축 지지되어 있다.
케이싱(25) 내에는, 유류 통로(55)가 설치되어 있다. 유류 통로(55)는 제1 베어링실(47) 내와, 관통 구멍(33a)에 있어서의 배출 포트(33c) 근방의 부위를 연통하고 있다. 이 배출 포트(33c) 근방의 부위란, 구체적으로는 스크류 로터(32)에 있어서 배출 포트(33c)에 접하는 부분보다도 스크류 로터(32)의 약 1톱니분만큼 제1 베어링 유지부(42)측으로 어긋난 부위이다. 유류 통로(55)의 일단부는, 제1 베어링 유지부(42)의 내부 공간(제1 베어링실(47)) 중 제1 베어링(48)에 대하여 스크류 로터(32)와 반대측에 위치하는 개소에 접속되어 있다. 유류 통로(55)의 타단부는, 배출 포트(33c) 근방의 관통 구멍(33a)(팽창실)에 연통되도록 로터 유지부(33)에 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 구성에 한정되지 않고, 유류 통로(55)의 타단부는, 배출 구멍(33d)에 연통되도록 로터 유지부(33)에 접속된 구성으로 해도 된다.
본 실시 형태에서는, 제1 베어링실(47) 내의 오일은 유류 통로(55)를 통해 팽창실 내로 흐른다. 그리고, 팽창실 내의 오일의 일부는, 관통 구멍(33a)으로부터 제2 베어링실(50) 내로 흐른다. 이 오일의 흐름은, 공급 포트(33b)에서의 압력과, 제1 베어링실(47) 내의 압력과, 팽창실 내의 압력과, 제2 공간(S2)의 압력과, 배출 포트(33c)에서의 압력의 대소 관계에 의해 발생한다.
즉, 팽창실 내에서 작동 매체의 팽창이 진행됨에 따라서, 팽창실 내의 압력은, 공급 포트(33b)측으로부터 배출 포트(33c)측을 향해 점차 저하되는, 제1 베어링실(47)은 공급 포트(33b)측의 팽창실에 인접함과 함께, 배출 포트(33c) 근방의 팽창실과 연통한다. 이 때문에, 제1 베어링실(47) 내의 압력은, 공급 포트(33b)에서의 압력보다도 저압이며, 또한 배출 포트(33c)보다도 고압이 된다. 한편, 제2 베어링실(50)은 제2 공간(S2) 및 연통 구멍(33e)을 통해 배출 구멍(33d)에 연통되어 있기 때문에, 제2 베어링실(50) 내의 압력은, 배출 포트(33c)측의 팽창실 내의 압력보다도 저압이 된다. 이 때문에, 제1 베어링실(47) 내의 오일은 유류 통로(55)를 통해 팽창실 내로 흐른다. 그리고, 팽창실 내의 오일의 일부는 제2 베어링실(50) 내로 흐른다. 바꾸어 말하면, 제1 베어링실(47) 및 제2 베어링실(50)에서의 압력이, 공급 포트(33b)에서의 압력과 배출 포트(33c)에서의 압력 사이의 압력(중간 압력)으로 되어 있다. 이 압력 관계에 의해, 제1 공간(S1) 내의 혼합 매체에 포함되는 오일은, 제1 베어링(48) 및 제2 베어링(53)에 공급된다. 제1 베어링(48) 및 제2 베어링(53)에는 오일이 공급되므로, 제1 베어링(48) 및 제2 베어링(53)은 팽창기(14) 내에 있어서의 급유 개소가 되고 있다. 베어링(48, 53)에 오일이 공급됨으로써, 베어링(48, 53)이 윤활되는 효과가 발휘됨과 함께, 베어링(48, 53)의 유지부로부터의 작동 매체의 누설을 억제하는 시일 효과가 발휘된다.
열에너지 회수 장치(1)에는, 증발기(10)에 있어서의 하류 공간(10e)으로부터 팽창기(14)에 있어서의 공급 포트(33b)까지의 접속 공간 내에 있어서의 오일의 고임 상태를 검지하는 오일 검지기(57)(도 2 참조)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 제1 실시 형태에 있어서, 오일 검지기(57)는 증발기(10)의 하류측 헤더(10c)에 배치되고, 증발기(10)의 하류 공간(10e) 내에서의 오일의 고임 상태를 검지한다.
오일 검지기(57)는 하류 공간(10e)에 소정량의 오일이 고였는지 여부를 검지하는 구성이어도 되고, 고인 오일의 양을 검지하는 구성이어도 된다. 도시된 예의 오일 검지기(57)는 2개의 검지단을 갖고, 오일면의 상한값 및 하한값을 검지 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 오일 검지기(57)는 오일면의 하한값을 검지하는 검지단만을 갖는 구성이어도 된다. 이 경우, 후술하는 오일 복귀 제어는, 미리 설정된 소정 시간만 행하게 하면 된다.
오일 검지기(57)는 검지 결과에 따른 신호를 출력한다. 오일 검지기(57)로부터 출력된 신호는 제어기(18)에 입력된다. 또한, 온도 검출기(28) 및 압력 검출기(29)로부터 출력된 신호도 제어기(18)에 입력된다.
제어기(18)는 기억부, 일시 기억부, 연산부 등을 갖고, 기억부에 저장된 제어 프로그램을 실행함으로써 소정의 기능을 발휘한다. 이 기능에는, 과열도를 도출하는 과열도 연산부(18a)와, 펌프(8)의 회전수를 제어하는 구동 제어부(18b)가 포함되어 있다.
과열도 연산부(18a)는 기억부에 기억된, 포화 증기압과 온도를 관련짓는 정보를 사용하고, 온도 검출기(28) 및 압력 검출기(29)로부터의 신호에 기초하여, 주 관로(4a)를 흐르는 작동 매체의 과열도를 도출한다.
구동 제어부(18b)는 증발기(10)의 열부하에 따라서 펌프(8)의 회전수를 제어하는 열부하 제어와, 열부하 제어에 의한 펌프(8)의 회전수보다도 증속된 회전수로 펌프(8)를 구동하는 오일 복귀 제어를 실행 가능하다. 열부하 제어에서는, 과열도 연산부(18a)에 의해 도출된 과열도가 목표 범위에 들어가도록, 펌프(8)의 회전수(즉, 증발기에 보내지는 작동 매체의 유량)가 조정된다. 즉, 증발기(10)의 열교환부(10b)에 유입되는 가열 매체의 유량이 변동된 경우, 가열 매체로부터 작동 매체에 부여되는 열량이 변동되기 때문에, 열교환부(10b)에서의 작동 매체의 증발량이 변동된다. 이 때문에, 열부하 제어에 있어서는, 팽창기(14)에서의 열회수 효율이 내려가지 않도록, 증발기(10)에서의 열부하에 따른 작동 매체가 증발기(10)에 도입되도록, 펌프(8)의 회전수가 조정된다.
엔진(23)이 부분 부하 운전을 행하고, 증발기(10)에서의 열부하가 저감되어 있는 상태가 계속된 경우에는, 증발기(10)로부터 팽창기(14)로 오일이 복귀되기 어려워지기 때문에, 그러한 경우에 오일 복귀 제어가 행해진다. 오일 복귀 제어는, 증발기(10)에서 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일의 고임 상태에 관한 미리 설정된 오일 고임 조건이 성립되었을 때에 실행된다. 즉, 제어기(18)는, 오일 검지기(57)의 검지 결과에 기초하여 오일 고임 조건이 성립된 경우에, 열부하 제어로부터 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어 있다.
제1 실시 형태에서는 오일 고임 조건으로서, 오일 검지기(57)에 의해, 오일면이 상한값에 도달한 것이 검출된 것으로 설정되어 있다. 따라서, 오일 복귀 제어는, 하류 공간(10e)에 고인 오일의 오일면이 상한값에 도달하면, 열부하 제어에 우선하여 실행된다. 오일 복귀 제어에서는, 열부하 제어 시의 펌프(8)의 회전수에 대하여 미리 설정된 회전수만큼, 펌프(8)의 회전수가 커진다. 이에 의해, 펌프(8)로부터 증발기(10)에 보내지는 혼합 매체의 유량이 증가함과 함께 혼합 매체의 유속이 빨라진다. 이에 의해, 증발기(10)의 하류측에 있어서의 작동 매체의 과열도는 떨어지지만, 하류 공간(10e)에 고인 오일이, 증속된 작동 매체에 수반되어 주 관로(4a)를 흐른다. 따라서, 하류 공간(10e)의 오일을 팽창기(14) 내로 되돌릴 수 있다. 또한, 일부의 작동 매체가 액상인 채로 팽창기(14) 내로 유입되어도 된다. 그러한 경우의 팽창기는, 용적형 팽창기가 바람직하고, 액체에 대한 내성이 높은 스크류 팽창기가 특히 바람직하다.
제어기(18)는, 오일 검지기(57)에 의해 오일면이 하한값에 도달한 것이 검출되면, 오일 복귀 제어로부터 열부하 제어로 되돌리도록 구성되어 있다.
여기서, 본 실시 형태에 의한 열에너지 회수 장치(1)의 운전 동작에 대하여 설명한다. 펌프(8)가 구동되면, 펌프(8)로부터 송출된 액상의 작동 매체 및 오일의 혼합 매체는, 증발기(10)의 상류측 헤더(10a)를 통해 2차측 유로(10b2)에 유입된다. 작동 매체는 1차측 유로(10b1)를 흐르는 가열 매체에 의해 가열되어 증발한다. 작동 매체가 증발하면, 혼합 매체에 포함되는 오일이 작동 매체로부터 분리된다. 작동 매체로부터 분리된 오일의 일부는, 하류 공간(10e) 내에 고이는 경우가 있다. 증발기(10)에서 증발된 가스 상태의 작동 매체 및 오일의 혼합 매체는, 하류 공간(10e)을 통해 주 관로(4a)를 흐른다. 혼합 매체는 팽창기(14)의 유입구(34c)를 통해 제1 공간(S1) 내에 도입된다. 제1 공간(S1) 내에 있어서는, 혼합 매체는 주로 유입로(44)를 흐른다. 이 때, 제1 베어링 유지부(42)가 잠길 정도의 오일이 오일 고임부(46)에 고여 있으면, 오일 고임부(46)에 고여 있던 오일의 일부는 혼합 매체에 수반되어 공급 포트(33b)에 유입된다.
제1 공간(S1) 내의 혼합 매체는, 공급 포트(33b)를 통해 팽창실에 들어간다. 이에 의해 스크류 로터(32)가 회전하고, 발전기(16)의 발전기 로터(38)가 회전하여 발전이 행해진다. 스크류 로터(32)의 회전에 수반하여, 팽창실은 스크류 로터(32)의 축방향으로 이동하면서 작동 매체를 점차 팽창시킨다. 이에 의해, 팽창실 내의 작동 매체의 압력은 점차 저하된다. 그리고, 작동 매체는 배출 포트(33c) 및 배출 구멍(33d)을 통해 순환 유로(4)로 배출된다. 이 가스 상태의 작동 매체 및 오일의 혼합 매체는, 응축기(6)의 1차측 유로(6a)에 도입된다. 응축기(6)에 있어서는, 작동 매체는, 2차측 유로(6b)를 흐르는 냉각 매체에 의해 냉각되어 응축된다. 이 액상의 작동 매체 및 오일은 순환 유로(4)를 흘러 펌프(8)에 흡입된다. 순환 유로(4)에서는, 이러한 순환이 반복되어 발전 장치(2)에 있어서 발전이 행해진다.
제1 공간(S1) 내의 혼합 매체에 포함되는 오일의 일부는, 공급 포트(33b) 또는 공급 포트(33b)측에 위치하는 관통 구멍(33a)의 일단부(팽창실의 공급 포트측)로부터 제1 베어링실(47)로 흐른다. 제1 베어링실(47)에 공급된 오일의 일부는, 유류 통로(55)을 통해 배출 포트(33c) 근방의 팽창실로 흐른다. 팽창실 내의 오일은, 팽창한 작동 매체와 함께, 배출 포트(33c)를 통해 배출 구멍(33d)으로 흐른다.
또한, 제1 공간(S1) 내의 혼합 매체에 포함되는 오일의 일부는, 배출 포트(33c)측에 위치하는 관통 구멍(33a)의 타단부(팽창실의 배출 포트(33c)측)로부터 제2 베어링실(50)로 흐른다. 제2 베어링실(50)에 공급된 오일의 일부는, 제2 공간(S2) 및 연통 구멍(33e)을 통해 배출 구멍(33d)으로 흐른다.
통상, 제어기(18)는 열부하 제어를 실행한다. 이 때문에, 펌프(8)의 회전수는, 과열도 연산부(18a)에 의해 도출된 과열도가 목표 범위에 들어가도록 조정되고 있다. 이 운전 중 오일 검지기(57)에 의해, 하류 공간(10e) 내에 고인 오일의 오일면이 상한값에 도달한 것이 검출되면, 오일 복귀 제어가 실행된다. 이에 의해, 펌프(8)가 증속되기 때문에, 하류 공간 내에 고인 오일이 작동 매체에 수반되기 쉬워져, 팽창기(14)로 복귀되기 쉬워진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제1 실시 형태에서는, 미리 정해진 오일 고임 조건이 성립되면, 열부하 제어로부터 오일 복귀 제어로 이행된다. 즉, 열부하의 큰 변동에 따라서 팽창기(14)의 팽창실보다도 상류측에 있어서 오일이 체류하는 경우, 열부하의 변동에 구애받지 않고 팽창기(14)의 팽창실보다도 상류측에 있어서 오일이 체류하는 경우, 또는 증발기(10)의 열부하가 작은 상태가 계속되는 경우에는, 열부하 제어에 우선하여 오일 복귀 제어가 실행된다. 이에 의해, 펌프(8)의 회전수가 증발기(10)의 열부하에 따라서 설정된 회전수보다도 올려진다. 이 결과, 증발기(10)를 통과하는 작동 매체의 유속이 높아지기 때문에, 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일이 작동 매체에 수반되기 쉬워진다. 따라서, 팽창기(14)보다도 상류측으로부터 팽창기(14) 내로 오일이 복귀되기 쉬워져, 팽창기(14) 내에서의 급유 개소로의 급유 부족이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한 제1 실시 형태에서는, 증발기(10)의 하류 공간(10e)에 고인 오일의 양이 설정된 범위 이상으로 증가하면, 오일 복귀 제어가 행해지기 때문에, 하류 공간(10e) 내의 오일은, 주 관로(4a)를 통해 팽창기(14) 내로 작동 매체와 함께 흐른다. 따라서, 열에너지 회수 장치가 복잡화되는 것이 방지된다.
또한 제1 실시 형태에서는, 팽창기(14) 내에 있어서, 주 관로(4a)의 접속구인 유입구(34c) 및 유입로(44)에 연통되며 또한 유입로(44)보다도 하측에 위치하는 오일 고임부(46)가 설치되어 있다. 이 때문에, 부분 부하 운전으로 되고 나서 팽창기(14)의 급유 개소가 급유 부족으로 될 때까지의 시간을 연장시킬 수 있다.
또한 제1 실시 형태에서는, 팽창기(14) 내의 유입로(44)가 유입구(34c)로부터 공급 포트(33b)를 향해 팽창기(14)의 축방향을 따라서 설치되어 있다. 이 때문에, 유입구(34c)로부터 공급 포트(33b)로 향하는 작동 매체의 흐름에 대하여, 오일 고임부(46)에 고인 오일을 수반시키기 쉽게 할 수 있다.
또한 제1 실시 형태에서는, 팽창기(14)에 있어서의 공급 포트(33b)보다도 상류측에 있어서의 오일의 고임 상태를 오일 검지기(57)에 의해 직접적으로 검지할 수 있다. 이 때문에, 예를 들어 증발기(10)에 있어서의 열부하가 낮은 경우 등에 있어서, 펌프(8)의 회전수를 올리는 기간을 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
또한 제1 실시 형태에서는, 공급 포트(33b)에 연통되는 급유 개소가 배출 포트(33c)에도 연통되어 있으며, 게다가 급유 개소의 압력은, 공급 포트(33b)에서의 압력과 배출 포트(33c)에서의 압력 사이의 압력(중간 압력)으로 되어 있다. 이 때문에, 공급 포트(33b)를 통과한 오일이 압력차에 의해 급유 개소로 흐른다. 즉, 급유 개소에 오일을 공급하는 내부 급유 경로가 팽창기(14) 내부에 형성된다. 이 때문에, 급유 개소가 공급 포트(33b)보다도 하류측에 위치하는 경우에 있어서, 오일 고임부(46)에 고여 있는 오일을 당해 오일 고임부(46)로부터 외부로 뽑아내어 팽창기(14)의 급유 개소로 급유하기 위한 외부 급유 배관을 구비하고 있지 않아도, 당해 급유 개소로 급유할 수 있다. 따라서, 팽창기(14) 내에 있어서 배관 접속부의 수를 저감시킬 수 있어, 오일 누설에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 실시 형태에서는, 급유 개소로서의 베어링(48, 53)이 설치되어 있고, 압력차에 의해 공급 포트(33b)로부터 베어링(48, 53)으로 오일이 흐르는 구성으로 되어 있다. 따라서, 베어링(48, 53)으로의 급유 부족을 방지할 수 있으므로, 팽창기(14)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 오일 복귀 제어를 행함으로써, 오일이 팽창기(14)로 복귀되지 않는 상황을 억제할 수 있기 때문에, 베어링 윤활 후의 오일이 흐르는 유류 통로(55)가 오일 밀봉되지 않게 되는 상황을 억제할 수 있다. 이 결과, 유류 통로(55)를 통해 작동 매체의 숏패스(바이패스)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 열에너지 회수 효율이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
엔진 부착 차량에 있어서의 엔진 부하가 변동됨으로써, 증발기(10)의 열교환부(10b)에 있어서의 1차측 유로(10b1)에 유입되는 냉각수의 온도 및 유량의 적어도 한쪽이 변동됨으로써, 증발기(10)에 있어서의 열부하가 변동된다. 이 경우에 있어서, 증발기(10)에 있어서의 열부하가 저하되어, 오일이 팽창기(14)로 복귀되지 않는 상태를 일으킬 수 있다. 그러나, 제1 실시 형태에서는, 제어기(18)는 오일 고임 조건이 성립되면, 오일 복귀 제어를 행하기 때문에, 팽창기(14) 내에서의 급유 개소로의 급유 부족이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 오일 검지기(57)가 증발기(10)의 상부에 있어서의 오일의 고임 상태를 검지하는 구성이지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 오일 검지기(57)는 접속 공간 내에서의 오일 고임 상태를 검지 가능하면, 하류 공간(10e)에 배치되어 있지 않아도 된다. 여기서, 접속 공간이란, 증발기(10)의 열교환부(10b)보다도 하류측에 설치된 증발기(10) 내의 하류 공간(10e)과, 팽창기(14)의 공급 포트(33b)의 상류측에 위치하는 유입로(44)와, 하류 공간(10e) 및 유입로(44)에 연통되도록 증발기(10) 및 팽창기(14)를 접속하는 주 관로(4a)와, 팽창기(14) 내에 있어서 주 관로(4a)의 접속구(유입구(34c)) 및 유입로(44)에 연통됨과 함께, 유입로(44)보다도 하방에 위치하는 오일 고임부(46)를 포함하는 공간을 말한다. 따라서, 오일 검지기(57)는 하류 공간(10e)에 배치되는 것은 아니고, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 공간(S1)의 하부인 오일 고임부(46)에서의 오일의 고임 상태를 검지하는 구성이어도 된다. 오일 검지기(57)는 오일면의 하한값으로서 설정된 위치에 배치된 검지단과, 그것보다도 상측에 배치된 검지단을 갖는다. 이 경우, 오일 고임 조건으로서, 오일 검지기(57)에 의해 오일면이 하한값에 도달한 것이 검출된 것으로 설정되어 있다. 이 때문에, 오일 검지기(57)에 의해 오일면의 하한값이 검지되면 오일 복귀 제어가 실행된다. 그리고, 상측의 검지단에 의해 오일면이 검지되면, 오일 복귀 제어로부터 열부하 제어로 전환된다. 이 구성에서는, 팽창기(14) 내의 오일 고임부(46)에 있어서의 오일의 고임 상태에 기초하여 오일 복귀 제어를 행하므로, 팽창기(14) 내에 있어서의 급유 개소로의 급유 부족을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 오일 검지기(57)는 오일면의 하한값을 검지하는 검지단만을 구비하고, 오일 복귀 제어는 미리 설정된 소정 시간만 행하게 해도 된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 오일 검지기(57)는 하류 공간(10e)이 아니라, 주 관로(4a)에 배치되어 있어도 된다. 열에너지 회수 장치(1)의 설치 환경에 따라서는, 순환 유로(4)를 구성하는 배관을 단순한 환상의 구성으로 할 수 없는 경우도 있다. 예를 들어, 증발기(10)와 팽창기(14)를 접속하는 주 관로(4a)가, 증발기의 상부로부터 상방으로 연장되는 상승부(4b)와, 상승부(4b)의 상단으로부터 하방으로 구부러짐과 함께 U자상으로 절곡된 U자상부(4c)와, U자상부(4c)의 한쪽 상단과 팽창기(14)를 접속하는 접속부(4d)를 갖는 경우도 있을 수 있다. 이 경우, U자상부(4c)에 있어서의 구부러진 부분에 오일이 고일 수 있기 때문에, U자상부(4c)에 오일 검지기(57)가 설치된다. 오일 검지기(57)가 U자상부(4c)에 고인 오일을 검지하면 오일 복귀 제어가 실행된다.
제1 실시 형태에서는, 팽창기(14) 내에 있어서 유입로(44)의 하방에 오일 고임부(46)가 형성된 구성으로 되어 있지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 오일 고임부(46)는 형성되어 있지 않아도 된다. 이 경우, 케이싱(25)의 덮개부(34)는 로터 유지부(33) 및 제1 베어링 유지부(42)를 결합하는 구성으로 된다. 덮개부(34)는 하단부가 제1 베어링 유지부(42)의 상부에 결합된 저부(34a)와, 저부(34a) 상단 및 측단부로부터 스크류 로터(32)의 축방향으로 연장되어, 로터 유지부(33)에 결합된 동체부(34b)를 갖는다. 그리고, 덮개부(34)와 베어링 유지부(42)의 상부 사이에는, 유입로(44)가 형성되어 있다. 유입로(44)는 스크류 로터(32)의 축방향으로 연장되도록 형성되어도 된다. 유입구(34c)는 덮개부(34)의 저부(34a)에 형성되어 있다.
유류 통로(55)는 제1 베어링 유지부(42) 및 로터 유지부(33) 내를 빠져나가도록 제1 베어링 유지부(42)로부터 로터 유지부(33)에 걸쳐 설치되어 있다.
제1 실시 형태에서는, 하류 공간(10e) 내에 고인 오일이 주 관로(4a)를 흐르는 작동 매체에 의해 운반되는 구성이다. 이것에 추가하여, 도 6에 나타내는 형태에서는, 오일 복귀 관로(58)가 설치되어 있다.
오일 복귀 관로(58)는, 하류 공간(10e)에 있어서의 주 관로(4a)의 접속부보다도 하측에 접속된 제1 단부와, 팽창기(14)의 유입로(44)에 접속된 제2 단부를 갖는다. 오일 복귀 관로(58)는 주 관로(4a)보다도 가는 관로로 구성되어 있다. 오일 복귀 관로(58)의 제1 단부는, 하류측 헤더(10c)와 주 관로(4a)의 접속부보다도 하측에 있어서 하류측 헤더(10c)와 접속되어 있다. 오일면이 제1 단부보다도 상측이 되도록 하류 공간(10e) 내에 오일이 고여 있을 경우, 하류 공간(10e) 내에 고인 오일을, 오일 복귀 관로(58)를 통해 팽창기(14)의 제1 공간(S1) 내로 되돌릴 수 있다. 오일 복귀 관로(58)는 주 관로(4a)보다도 가는 관로로 되어 있기 때문에, 주 관로(4a) 내의 작동 매체의 유속보다도 오일 복귀 관로(58) 내의 작동 매체의 유속쪽이 크다. 따라서, 오일 복귀 관로(58) 내에서는 오일이 작동 매체에 수반되기 쉽다.
(제2 실시 형태)
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태를 나타낸다. 또한, 여기서는 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 5에 나타내는 형태에서는, 오일 검지기(57)(도 1, 도 5에는 도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이에 비해, 제2 실시 형태에 따른 열에너지 회수 장치(1)는, 오일의 고임 상태를 검지하는 오일 검지기(57)를 갖는 것이 아니라, 증발기(10)의 열부하 상태를 검지하는 검지 수단을 구비하고 있다. 그리고, 오일 복귀 제어는, 오일 고임 조건의 성립을 기준으로 하는 것이 아니라, 증발기(10)에 있어서의 소정 이하의 저부하에 관한 미리 설정된 저부하 조건의 성립을 조건으로 한다. 이 저부하 조건은, 증발기(10)에 있어서 가열 매체로부터 부여되는 열부하가 저하된 상태(부분 부하의 상태)가 어느 정도의 시간 계속된 경우에 증발기(10)로부터 팽창기(14)로 오일이 복귀되기 어려워지는 것을 상정하여 설정된 조건이다.
제2 실시 형태에서는, 증발기(10)의 열부하를 직접적으로 검지하는 열부하 상태 검지 수단으로서의 온도 검지기(60)가 가열 매체 유로(20)에 설치되어 있다. 그리고, 이 온도 검지기(60)에 의해 검지된 가열 매체의 온도가 미리 설정된 역치보다도 낮은 상태가, 미리 설정된 시간 이상 계속된 경우에, 저부하 조건이 성립된다.
즉, 제어기(18)는 도 8에 나타내는 바와 같이, 온도 검지기(60)에 의한 검지 온도 T가 기준 온도 Ts 이하인지 여부를 판단한다(스텝 ST1). 검지 온도 T가 기준 온도 Ts보다도 높은 경우, 스텝 ST1을 반복한다. 기준 온도 Ts는, 통상 운전 시에, 가열 매체 유로(20)를 흐르는 가열 매체의 온도가 바뀌는 범위에 있어서의 상한값보다도 낮은 온도이다. 가열 매체의 온도가 기준 온도 Ts 이하일 때, 오일이 고이기 쉬워지는 것을 미리 확인해둠으로써, 기준 온도 Ts를 정할 수 있다.
검지 온도 T가 기준 온도 Ts 이하로 되면, 스텝 ST2로 진행한다. 스텝 ST2에 있어서, 제어기(18) 내의 계시 수단으로서의 타이머가 계시를 개시한다. 그리고, 타이머에 의한 카운트가 소정 시간 경과될 때까지는(스텝 ST3), 스텝 ST4로 이동되어, 온도 검지기(60)에 의한 검지 온도 T가 기준 온도 Ts 이하인지 여부를 판단한다. 검지 온도 T가 기준 온도 Ts보다도 높아지면, 리턴하여 스텝 ST1로 복귀되고, 검지 온도 T가 기준 온도 Ts 이하인 상태가 계속되고 있으면, 타이머에 의한 카운트를 계속한다. 그리고, 타이머에 의한 계시가 소정 시간 계속되면, 스텝 ST5로 이동되어, 제어기(18)는 열부하 제어를 오일 복귀 제어로 전환한다.
이와 같이, 증발기(10)의 열부하를 검지하는 구성으로 하면, 오일의 고임 상태를 검지하지 않아도, 열부하 제어로부터 오일 복귀 제어로 전환할 수 있다. 이 때문에, 오일이 고이는 개소에 있어서 오일면이 크게 물결치는 일이 있는 경우에도, 비교적 심플한 구성(검지기와 소프트웨어)으로 확실하게 오일 복귀 제어로 전환할 수 있다.
또한, 열부하 상태 검지 수단은, 가열 매체의 온도를 검지하는 온도 검지기(60)에 한정되는 것은 아니고, 가열 매체의 유량을 검지하는, 도시가 생략된 유량 검지기에 의해 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 유량 검지기에 의해 검지된 가열 매체의 유량이 미리 설정된 기준 유량보다도 낮은 상태가 미리 설정된 시간 이상 경과되었을 때, 저부하 조건이 성립된다.
또한, 열부하 상태 검지 수단은, 증발기(10)의 열부하를 직접적으로 검지하는 검지기에 한정되는 것은 아니고, 증발기(10)의 열부하를 간접적으로 검지하는 검지기에 의해 구성되어 있어도 된다. 예를 들어, 도 9에 나타내는 바와 같이, 펌프(8)의 회전수를 검지하는 회전수 검지기(62)가 열부하 상태 검지 수단으로서 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 회전수 검지기(62)에 의해 검지된 펌프 회전수가 미리 설정된 기준 회전수보다도 낮은 상태가 미리 설정된 시간 이상 경과되었을 때, 저부하 조건이 성립된다.
제2 실시 형태의 경우에도, 도 5에 나타내는 팽창기(14)와 같이, 오일 고임부(46)가 없는 팽창기(14)가 사용되어도 되고, 또는 도 6에 나타내는 오일 복귀 관로(58)가 설치되어 있어도 된다.
4 순환 유로
4a 주 관로
6 응축기
8 펌프
10 증발기
10a 상류측 헤더
10b 열교환부
10b1 1차측 유로
10b2 2차측 유로
10c 하류측 헤더
10d 상류 공간
10e 하류 공간
14 팽창기
18 제어기
32 스크류 로터
32a 제1 회전축
32b 제2 회전축
33b 공급 포트
33c 배출 포트
44 유입로
46 오일 고임부
48 제1 베어링
53 제2 베어링
57 오일 검지기
58 오일 복귀 관로
60 온도 검지기(열부하 상태 검지 수단의 일례)
62 회전수 검지기(열부하 상태 검지 수단의 일례)

Claims (12)

  1. 증발기와 팽창기와 응축기와 펌프가 설치된 순환 유로와,
    상기 펌프의 회전수의 제어를 행하는 제어기를 구비하고,
    상기 증발기에서 증발한 작동 매체와 오일의 혼합 매체가 상기 팽창기에 도입되어, 상기 팽창기가 구동되는 열에너지 회수 장치이며,
    상기 제어기는, 상기 증발기의 열부하에 따라서 상기 펌프의 회전수를 제어하는 열부하 제어와, 상기 열부하 제어에 의한 상기 펌프의 회전수보다도 높여진 회전수로 상기 펌프를 구동하는 오일 복귀 제어를 실행 가능하고,
    상기 오일 복귀 제어는, 상기 증발기에서 증발한 작동 매체로부터 분리된 오일의 고임 상태에 관한 미리 설정된 오일 고임 조건 또는 상기 증발기에 있어서의 소정 이하의 저부하에 관한 미리 설정된 저부하 조건이 성립되었을 때에 실행되는, 열에너지 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오일 고임 조건에 있어서 사용되는 상기 오일의 고임 상태는, 접속 공간에 있어서의 오일 고임 상태이며,
    상기 접속 공간은, 상기 증발기의 열교환부보다도 하류측에 설치된 증발기 내의 하류 공간과, 상기 팽창기의 공급 포트의 상류측에 위치하는 유입로와, 상기 하류 공간 및 상기 유입로에 연통되도록 상기 증발기 및 상기 팽창기를 접속하는 주 관로를 포함하는, 열에너지 회수 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 접속 공간은, 상기 팽창기 내에 있어서 상기 주 관로의 접속구 및 상기 유입로에 연통됨과 함께, 상기 유입로보다도 하방에 위치하는 오일 고임부를 갖고 있는, 열에너지 회수 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유입로가, 상기 팽창기에 있어서의 상기 주 관로의 접속구로부터 상기 공급 포트를 향해 상기 팽창기의 축방향을 따라서 설치되어 있고,
    상기 접속 공간은, 상기 팽창기 내에 있어서 상기 주 관로의 접속구 및 상기 유입로에 연통됨과 함께, 상기 유입로보다도 하방에 위치하는 오일 고임부를 갖고 있는, 열에너지 회수 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접속 공간에 있어서 오일의 고임 상태를 검지하는 오일 검지기를 구비하고,
    상기 제어기는, 상기 오일 검지기의 검지 결과에 기초하여 상기 오일 고임 조건이 성립된 경우에, 상기 열부하 제어를 상기 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어 있는, 열에너지 회수 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 오일 고임부에 고인 오일을 검지하는 오일 검지기를 구비하고,
    상기 제어기는, 상기 오일 검지기가 상기 오일 고임부에 고인 오일의 양이 소정의 레벨 이하인 것을 검지한 것에 기초하여, 상기 열부하 제어를 상기 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어 있는, 열에너지 회수 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 증발기의 열부하 상태를 직접적 또는 간접적으로 검지하는 열부하 상태 검지 수단과,
    상기 열부하 검지 수단에 의해 검출된 열부하가 소정값 이하인 부분 부하로 되어 있는 시간을 카운트하는 계시 수단을 구비하고,
    상기 제어기는, 상기 계시 수단이 카운트한 시간이 소정 시간 이상으로 되면, 상기 저부하 조건이 성립된 것으로 하여, 상기 열부하 제어를 상기 오일 복귀 제어로 전환하도록 구성되어 있는, 열에너지 회수 장치.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 팽창기 내에 있어서의 급유 개소가, 상기 공급 포트에 연통됨과 함께 상기 팽창기의 배출 포트에 연통되어 있으며,
    상기 급유 개소에서의 압력이, 상기 팽창기의 공급 포트에서의 압력과 상기 팽창기의 배출 포트에서의 압력 사이의 압력으로 되어 있는, 열에너지 회수 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 팽창기는 스크류 로터와 상기 스크류 로터의 축을 회전 가능하도록 지지하는 베어링을 구비하고 있고,
    상기 급유 개소가 상기 베어링인, 열에너지 회수 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 증발기는 열교환부와 상기 열교환부보다도 하류측에 위치하는 하류 공간을 갖고,
    상기 순환 유로는 상기 증발기 및 상기 팽창기를 접속하는 주 관로를 갖고,
    상기 증발기의 상기 하류 공간에 있어서의 상기 주 관로의 접속부보다도 하측에 접속된 일단부와, 상기 팽창기에 접속된 타단부를 갖는 오일 복귀 관로가 설치되어 있는, 열에너지 회수 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오일 복귀 관로는 상기 주 관로보다도 가는 관로로 되어 있는, 열에너지 회수 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기의 열교환부의 1차측 유로가, 엔진 부착 차량에 있어서의 엔진 냉각용의 냉각수가 흐르는 냉각수 유로에 접속되어 있는, 열에너지 회수 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6941076B2 (ja) * 2018-06-05 2021-09-29 株式会社神戸製鋼所 発電方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004346824A (ja) * 2003-05-22 2004-12-09 Ebara Corp 発電装置および発電方法
US20100034684A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 General Electric Company Method for lubricating screw expanders and system for controlling lubrication
JP2014114785A (ja) 2012-12-12 2014-06-26 Kobe Steel Ltd 発電装置及び発電システム
JP2014234719A (ja) 2013-05-31 2014-12-15 株式会社神戸製鋼所 発電装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4267458A (en) * 1972-04-26 1981-05-12 Westinghouse Electric Corp. System and method for starting, synchronizing and operating a steam turbine with digital computer control
US4029951A (en) * 1975-10-21 1977-06-14 Westinghouse Electric Corporation Turbine power plant automatic control system
JP5081894B2 (ja) * 2009-12-14 2012-11-28 株式会社神戸製鋼所 発電装置
JP5698039B2 (ja) * 2011-03-11 2015-04-08 株式会社神戸製鋼所 水噴射式スクリュ圧縮機
EP2514933B1 (de) * 2011-04-19 2017-03-15 Orcan Energy AG Hochdruckseitige Abtrennung von flüssigem Schmierstoff zur Schmierung volumetrisch arbeitender Expansionsmaschinen
JPWO2013046885A1 (ja) * 2011-09-30 2015-03-26 サンデン株式会社 ランキンサイクル
JP2013177838A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Kobe Steel Ltd バイナリー発電装置の制御方法及びバイナリー発電装置
JP5891192B2 (ja) * 2013-03-25 2016-03-22 株式会社神戸製鋼所 発電装置及び発電システム
US9845711B2 (en) * 2013-05-24 2017-12-19 Cummins Inc. Waste heat recovery system
JP6019003B2 (ja) * 2013-10-25 2016-11-02 株式会社神戸製鋼所 圧縮機
DE102014206012A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zur Regelung eines Dampfgehalts eines in einem Verdampfer eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses erhitzten Arbeitsmediums, Steuereinrichtung für ein System, System für einen thermodynamischen Kreisprozess, und Anordnung aus einer Brennkraftmaschine und einem System
JP6190319B2 (ja) * 2014-05-22 2017-08-30 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
JP6163145B2 (ja) * 2014-09-05 2017-07-12 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
CN104526262A (zh) * 2014-11-04 2015-04-22 江西华电电力有限责任公司 制作叠片式螺杆转子的方法及产品
EP3118425B1 (en) * 2015-07-16 2018-05-09 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Thermal energy recovery device and start-up method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004346824A (ja) * 2003-05-22 2004-12-09 Ebara Corp 発電装置および発電方法
US20100034684A1 (en) * 2008-08-07 2010-02-11 General Electric Company Method for lubricating screw expanders and system for controlling lubrication
JP2014114785A (ja) 2012-12-12 2014-06-26 Kobe Steel Ltd 発電装置及び発電システム
JP2014234719A (ja) 2013-05-31 2014-12-15 株式会社神戸製鋼所 発電装置

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