KR20180123971A - 열 에너지 회수 시스템 및 검지 유닛 - Google Patents

열 에너지 회수 시스템 및 검지 유닛 Download PDF

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시게토 아다치
가즈마사 니시무라
아야카 나가히라
유타카 나루카와
가즈야 아라히라
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

작동 매체를 검지 가능한 센서의 오검지 및 부식의 발생을 억제 가능한 열 에너지 회수 시스템을 제공하는 것이다.
열 에너지 회수 시스템이며, 엔진(10)과, 과급기(20)와, 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 증발시키는 증발기(31)와, 팽창기(32)와, 동력 회수기(33)와, 응축기(34)와, 펌프(35)와, 순환 유로(36)와, 증발기(31) 내에서 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛(40)을 구비하고, 검지 유닛(40)은 증발기(31)와 엔진(10) 사이에 있어서 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로(41)와, 발출 유로(41)에 설치된 드레인 트랩(44)과, 발출 유로(41) 중 드레인 트랩(44)보다도 상류측의 부위에 설치되어 있으며 작동 매체를 검지 가능한 센서(45)를 갖는 것이다.

Description

열 에너지 회수 시스템 및 검지 유닛{THERMAL ENERGY RECOVERY SYSTEM AND DETECTION UNIT}
본 발명은 열 에너지 회수 시스템에 관한 것이다.
종래, 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기의 열을 회수하는 열 에너지 회수 시스템이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 엔진과, 터빈 및 컴프레서를 갖는 과급기와, 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기의 열을 회수하는 배열 회수 장치를 구비하는 배열 회수 시스템(열 에너지 회수 시스템)이 개시되어 있다. 터빈은, 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동된다. 컴프레서는, 터빈에 접속되어 있고, 상기 과급 공기를 토출한다. 배열 회수 장치는, 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 팽창기와, 동력 회수기와, 응축기와, 펌프를 구비하고 있다. 증발기는, 과급기의 컴프레서와 엔진을 접속하는 흡기 라인에 설치되어 있다. 즉, 배열 회수 장치에서는, 증발기에 있어서, 엔진에 공급되기 전의 과급 공기로부터 작동 매체가 열을 수취하고, 이 열 에너지가 팽창기를 통해 동력 회수기에 의해 회수된다.
일본 특허 공개 제2015-200182호 공보
특허문헌 1에 기재된 바와 같은 열 에너지 회수 시스템에서는, 증발기로서 소위 핀 튜브 형식의 것이 사용된 경우, 증발기에 있어서 작동 매체가 전열관(튜브)으로부터 누출되면, 그 작동 매체가 엔진에 유입된다. 이 누출을 검출하기 위해, 증발기에 있어서의 작동 매체의 누출을 검출 가능한 센서를 설치하는 것이 생각된다. 그러나, 증발기에서는 드레인이 발생하고, 이 드레인에는, 작동 매체 이외의 성분(컴프레서에 흡입된 배가스에 포함되는 황 성분 등)이 포함되기 때문에, 센서가 드레인에 접촉함으로써, 센서의 오검지나 부식의 발생이 우려된다.
본 발명의 목적은, 작동 매체를 검지 가능한 센서의 오검지 및 부식의 발생을 억제 가능한 열 에너지 회수 시스템 및 검지 유닛을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔진과, 상기 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈 및 상기 터빈에 접속되어 있으며 상기 엔진에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서를 갖는 과급기와, 상기 컴프레서로부터 토출된 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기에 보내는 펌프와, 상기 증발기, 상기 동력 회수부, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서로 접속하는 순환 유로와, 상기 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛을 구비하고, 상기 검지 유닛은, 상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와, 상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지하는 드레인 트랩과, 상기 발출 유로 중 상기 드레인 트랩보다도 상류측의 부위에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는 열 에너지 회수 시스템을 제공한다.
본 열 에너지 회수 시스템에서는, 발출 유로 중 드레인 트랩보다도 상류측의 부위에 센서가 설치되어 있기 때문에, 당해 센서에 작동 매체 이외의 성분을 포함하는 액체(물 등)가 접촉하는 것이 억제된다. 따라서, 센서의 오검지나 부식의 발생이 억제된다.
이 경우에 있어서, 상기 센서는, 상기 드레인 트랩보다도 상방에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 발출 유로 중 드레인 트랩과 센서 사이의 부위에 일정량(농도)의 작동 매체가 축적되었을 때에 센서에 의해 그것이 검지되므로, 오검지가 보다 확실하게 억제된다.
또한, 상기 발출 유로는, 상기 드레인 트랩이 설치된 주유로와, 상기 주유로로부터 분기되어 있으며, 상기 센서가 설치된 분기 유로를 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 분기 유로에는 수분이 제거된 과급 공기가 유입되므로, 센서의 오검지나 부식의 발생이 보다 확실하게 억제된다.
이 경우에 있어서, 상기 검지 유닛은, 상기 주유로와 상기 분기 유로의 접속부에 설치되어 있으며 상기 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 드라이어를 더 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 센서에 작동 매체 이외의 성분을 포함하는 액체(물 등)가 접촉하는 것이 보다 확실하게 억제된다.
또한, 상기 센서는, 수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 황화수소 및 암모니아를 검지 가능한 반도체 센서와, 수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 질소산화물을 검지 가능한 적외선 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 작동 매체의 검지 정밀도가 높아진다. 구체적으로, 반도체 센서 및 적외선 센서는 모두 수분을 검지하지만, 이 수분은 드레인 트랩에 의해 실질적으로 제거되어 있으므로, 반도체 센서 및 적외선 센서의 양쪽으로부터 검출 신호가 출력된 경우, 이들 센서에 의해 검지된 가스는 작동 매체라고 판단할 수 있다.
여기서, 반도체 센서 및 적외선 센서는 모두 일산화탄소를 검지한다. 이 때문에, 상기 검지 유닛은, 상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구와 상기 센서 사이의 부위에 설치되어 있으며 일산화탄소를 제거 가능한 일산화탄소 제거부를 더 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 센서에 의한 작동 매체의 검지 정밀도가 한층 더 높아진다.
또한, 본 발명은 엔진과, 상기 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈 및 상기 터빈에 접속되어 있으며 상기 엔진에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서를 갖는 과급기와, 상기 컴프레서로부터 토출된 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기에 보내는 펌프와, 상기 증발기, 상기 동력 회수부, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서로 접속하는 순환 유로와, 상기 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛을 구비하고, 상기 검지 유닛은, 상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와, 상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 상기 발출 유로에 유입된 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 수분 제거 기구와, 상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구보다도 하류측의 부위에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는 열 에너지 회수 시스템을 제공한다.
본 열 에너지 회수 시스템에서는, 발출 유로 중 수분 제거 기구보다도 하류측의 부위에 센서가 설치되어 있기 때문에, 당해 센서에 작동 매체 이외의 성분을 포함하는 액체(물 등)가 접촉하는 것이 억제된다. 따라서, 센서의 오검지나 부식의 발생이 억제된다.
구체적으로, 상기 수분 제거 기구는, 상기 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 드라이어를 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 드라이어에 의해 유효하게 수분이 제거된다.
이 경우에 있어서, 상기 검지 유닛은, 상기 드라이어에 의해 제거된 수분을 배출하는 배출 유로와, 상기 배출 유로에 설치되어 있으며, 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지하는 드레인 트랩을 더 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 드라이어에 의해 제거된 수분이 배출 유로를 통해 드라이어로부터 배출되므로, 열 에너지 회수 시스템의 계속 운전이 가능해진다.
또한, 상기 센서는, 수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 황화수소 및 암모니아를 검지 가능한 반도체 센서와, 수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 질소산화물을 검지 가능한 적외선 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우에 있어서, 상기 검지 유닛은, 상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구와 상기 센서 사이의 부위에 설치되어 있으며 일산화탄소를 제거 가능한 일산화탄소 제거부를 더 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열 에너지 회수 시스템에 있어서, 상기 발출 유로는, 상기 당해 발출 유로의 상류측의 단부로부터 상기 센서를 향하는 상기 과급 공기의 흐름을 형성하기 위한 구멍을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 발출 유로의 상류측의 단부로부터 센서를 향하는 과급 공기의 흐름이 형성되므로, 센서에 의한 검지 정밀도가 높아진다.
또한, 상기 열 에너지 회수 시스템에 있어서, 상기 순환 유로 중 상기 응축기와 상기 증발기 사이의 부위에 설치된 제1 개폐 밸브와, 상기 순환 유로 중 상기 증발기와 상기 팽창기 사이의 부위에 설치된 제2 개폐 밸브와, 상기 센서가 상기 작동 매체를 검지하였을 때에 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 센서에 의해 작동 매체의 누설이 검지되었을 때에, 순환 유로로부터 증발기가 분리되므로, 증발기로부터의 작동 매체의 누출이 억제된다.
또한, 본 발명은 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛이며, 상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와, 상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지하는 드레인 트랩과, 상기 발출 유로 중 상기 드레인 트랩보다도 상류측에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는 검지 유닛을 제공한다.
본 검지 유닛은, 증발기와 엔진 사이에 연결됨으로써, 증발기에서 작동 매체가 누설된 것을 검지할 수 있고, 게다가, 당해 검지 유닛에서는, 발출 유로 중 드레인 트랩보다도 상류측에 센서가 설치되어 있기 때문에, 당해 센서에 작동 매체 이외의 성분을 포함하는 액체(물 등)가 접촉하는 것이 억제된다. 따라서, 센서의 오검지나 부식의 발생이 억제된다.
또한, 본 발명은 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛이며, 상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와, 상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 상기 발출 유로에 유입된 수분을 제거하는 수분 제거 기구와, 상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구가 설치된 부위보다도 하류측의 부위에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는 검지 유닛을 제공한다.
본 검지 유닛에 있어서도, 상기와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 작동 매체를 검지 가능한 센서의 오검지 및 부식의 발생을 억제 가능한 열 에너지 회수 시스템 및 검지 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 수분 제거 기구의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 검지 유닛의 연결 위치의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다. 이 열 에너지 회수 시스템은, 엔진(10)과, 과급기(20)와, 열 에너지 회수 유닛(30)과, 검지 유닛(40)을 구비하고 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 통해 엔진에 공급된다. 엔진(10)으로부터 배출된 배가스는, 엔진(10)과 터빈(21)을 접속하는 배기 라인(12)을 통해 터빈(21)에 공급된다.
본 실시 형태에서는, 흡기 라인(11)에 에어 쿨러(15)가 설치되어 있다. 에어 쿨러(15)는 엔진(10)에 공급되는 과급 공기를 냉각 매체(해수 등)에 의해 냉각한다. 본 실시 형태에서는, 에어 쿨러(15)로서, 소위 핀 튜브 형식의 것이 사용되고 있다.
열 에너지 회수 유닛(30)은 증발기(31)와, 팽창기(32)와, 동력 회수기(33)와, 응축기(34)와, 펌프(35)와, 증발기(31), 팽창기(32), 응축기(34) 및 펌프(35)를 이 순서로 접속하는 순환 유로(36)와, 제1 개폐 밸브 V1과, 제2 개폐 밸브 V2와, 제어부(38)를 구비하고 있다.
증발기(31)는 흡기 라인(11) 중 컴프레서(22)와 에어 쿨러(15) 사이의 부위에 설치되어 있다. 증발기(31)는 컴프레서(22)로부터 토출된(엔진(10)에 공급되는) 과급 공기와, 공기의 비점보다도 낮은 비점을 갖고, 또한, 공기의 비중보다도 큰 비중을 갖는 작동 매체(예를 들어 R245fa)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 증발시킨다. 본 실시 형태에서는, 증발기(31)로서, 소위 핀 튜브 형식의 것이 사용되고 있다. 즉, 증발기(31)는 작동 매체가 흐르는 전열관(31a)과, 전열관(31a)을 수용하는 케이싱(31b)을 갖고 있다. 이 증발기(31)에서는, 컴프레서(22)로부터 토출된 과급 공기가 케이싱(31b) 내를 통과하는 과정에서 전열관(31a) 내의 작동 매체를 증발시킨다.
팽창기(32)는 순환 유로(36) 중 증발기(31)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 팽창기(32)는 증발기(31)로부터 유출된 기상의 작동 매체를 팽창시킨다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(32)로서, 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 회전 구동되는 로터를 갖는 용적식의 스크루 팽창기가 사용되고 있다.
동력 회수기(33)는 팽창기(32)에 접속되어 있다. 동력 회수기(33)는 팽창기(32)의 구동에 수반하여 회전함으로써 작동 매체로부터 동력을 회수한다. 본 실시 형태에서는, 동력 회수기(33)로서 발전기가 사용되고 있다. 또한, 동력 회수기(33)로서, 압축기 등이 사용되어도 된다.
응축기(34)는 순환 유로(36) 중 팽창기(32)의 하류측의 부위에 설치되어 있다. 응축기(34)는 팽창기(32)로부터 유출된 작동 매체와 냉각 매체(해수 등)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 응축시킨다.
펌프(35)는 순환 유로(36) 중 응축기(34)의 하류측의 부위(응축기(34)와 증발기(31) 사이의 부위)에 설치되어 있다. 펌프(35)는 응축기(34)로부터 유출된 액상의 작동 매체를 증발기(31)에 보낸다.
제1 개폐 밸브 V1은, 순환 유로(36) 중 응축기(34)와 증발기(31) 사이의 부위에 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 개폐 밸브 V1은, 순환 유로(36) 중 응축기(34)와 펌프(35) 사이의 부위에 설치되어 있다. 제2 개폐 밸브 V2는, 순환 유로(36) 중 증발기(31)와 팽창기(32) 사이의 부위에 설치되어 있다. 각 개폐 밸브 V1, V2는 개폐 가능하게 구성되어 있다.
제어부(38)는 제1 개폐 밸브 V1의 개폐, 제2 개폐 밸브 V2의 개폐, 및, 펌프(35)를 제어한다. 제어부(38)의 제어 내용에 대해서는 후술한다.
검지 유닛(40)은 증발기(31) 내에서 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 유닛이다. 검지 유닛(40)은 발출 유로(41)와, 드레인 트랩(44)과, 센서(45)를 갖는다.
발출 유로(41)는 증발기(31)와 엔진(10) 사이에 있어서 과급 공기의 일부를 발출하는 유로이다. 발출 유로(41)의 일단에는, 연결부(42a)가 설치되어 있다. 이 연결부(42a)는 증발기(31)의 케이싱(31b)의 하부에 연결되어 있다. 발출 유로(41)는 그 일단(상류측의 단부)에 연결부(42a)가 형성된 주유로(42)와, 주유로(42)의 중간부로부터 분기된 분기 유로(43)를 갖고 있다. 주유로(42)의 하류측의 단부는, 주유로(42)의 상류측의 단부보다도 하방에 위치하고 있다. 분기 유로(43)의 하류측의 단부는, 주유로(42)의 하류측의 단부보다도 상방에 위치하고 있다. 분기 유로(43)의 하류측의 단부에는, 주유로(42)로부터 분기 유로(43)의 하류측의 단부를 향하는 과급 공기의 흐름을 형성하기 위한 구멍(43h)이 형성되어 있다.
드레인 트랩(44)은 발출 유로(41)에 설치되어 있다. 구체적으로는, 드레인 트랩(44)은 주유로(42) 중 당해 주유로(42)와 분기 유로(43)의 접속부보다도 하류측의 부위에 설치되어 있다. 드레인 트랩(44)은 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지한다.
센서(45)는 작동 매체를 검지 가능하다. 이 센서(45)는 발출 유로(41) 중 드레인 트랩(44)보다도 상류측에 설치되어 있다. 구체적으로, 센서(45)는 분기 유로(43)의 하류측의 단부에 설치되어 있다. 센서(45)는 드레인 트랩(44)보다도 상방에 설치되어 있다. 센서(45)는 작동 매체의 농도에 따른 검출값을 출력한다.
여기서, 제어부(38)에 대하여 설명한다. 제어부(38)는 센서(45)가 작동 매체를 검지하였을 때에 제1 개폐 밸브 V1 및 제2 개폐 밸브 V2를 폐쇄한다. 보다 상세하게는, 제어부(38)는 센서(45)의 검출값이 역치 이상으로 되었을 때(증발기(31)의 전열관(31a)으로부터 누출된 작동 매체의 농도가 기준값 이상으로 되었을 때)에 제1 개폐 밸브 V1 및 제2 개폐 밸브 V2를 폐쇄한다. 제어부(38)는 각 개폐 밸브 V1, V2를 폐쇄함과 함께 펌프(35)를 정지해도 된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에서는, 발출 유로(41) 중 드레인 트랩(44)보다도 상류측의 부위에 센서(45)가 설치되어 있기 때문에, 당해 센서(45)에 작동 매체 이외의 성분을 포함하는 액체(물 등)가 접촉하는 것이 억제된다. 따라서, 센서(45)의 오검지나 부식의 발생이 억제된다.
또한, 센서(45)는 드레인 트랩(44)보다도 상방에 배치되어 있으므로, 발출 유로(41) 중 드레인 트랩(44)과 센서(45) 사이의 부위에 일정량(농도)의 작동 매체가 축적되었을 때에 센서(45)에 의해 그것이 검지된다. 따라서, 오검지가 보다 확실하게 억제된다.
또한, 분기 유로(43)가 구멍(43h)을 가지므로, 주유로(42)로부터 센서(45)를 향하는 과급 공기의 흐름이 형성된다. 따라서, 센서(45)에 의한 검지 정밀도가 높아진다.
또한, 제어부(38)는 센서(45)의 검출값이 역치 이상으로 되었을 때에 제1 개폐 밸브 V1 및 제2 개폐 밸브 V2를 폐쇄하므로, 즉, 순환 유로(36)로부터 증발기(31)가 분리되므로, 증발기(31)로부터의 작동 매체의 누출이 억제된다.
(제2 실시 형태)
다음에, 도 2를 참조하면서, 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에 대하여 설명한다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 부분에 대해서만 설명을 행하고, 제1 실시 형태와 동일한 구조, 작용 및 효과의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는, 검지 유닛(40)의 구성이 제1 실시 형태의 그것과 상이하다. 구체적으로, 본 실시 형태의 검지 유닛(40)은 발출 유로(41)와, 센서(45)와, 수분 제거 기구(46)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 수분 제거 기구(46)로서, 드라이어(이하, 「드라이어(46)」로 표기함)가 채용되어 있다.
발출 유로(41)는 흡기 라인(11) 중 증발기(31)와 에어 쿨러(15) 사이의 부위에 연결되어 있다.
드라이어(46)는 발출 유로(41)에 설치되어 있다. 드라이어(46)는 발출 유로(41)를 흐르는 과급 공기에 포함되는 수분을 제거한다. 드라이어(46)로서는, 소위 에어 드라이어, 멤브레인 드라이어, 흡착식 드라이어 등을 들 수 있다. 에어 드라이어는, 과급 공기를 냉각함으로써 발생한 수분을 제거한 후, 과급 공기를 상온 정도로 되돌리는 장치이다. 멤브레인 드라이어는, 고분자를 포함하는 중공사막을 갖는 장치이다. 중공사막은, 당해 중공사막 내에 유입된 과급 공기에 포함되는 수분을 당해 중공사막 밖으로 투과시킴과 함께, 과급 공기의 통과를 허용한다. 흡착식 드라이어는, 실리카겔 등의 다공질 매체 중에 과급 공기를 통과시킴으로써, 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 장치이다.
센서(45)는 발출 유로(41) 중 드라이어(46)보다도 하류측의 부위에 설치되어 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에서는, 발출 유로(41) 중 드라이어(46)보다도 하류측의 부위에 센서(45)가 설치되어 있기 때문에, 당해 센서(45)에 작동 매체 이외의 성분을 포함하는 액체(물 등)가 접촉하는 것이 억제된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서도, 센서(45)의 오검지나 부식의 발생이 억제된다.
또한, 검지 유닛(40)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 드라이어(46)에 의해 제거된 수분을 배출하는 배출 유로(47)와, 배출 유로(47)에 설치된 드레인 트랩(48)을 더 갖고 있어도 된다.
이 양태에서는, 드라이어(46)에 의해 제거된 수분이 배출 유로(47)를 통해 드라이어(46)로부터 배출되므로, 열 에너지 회수 시스템의 계속 운전이 가능해진다.
(제3 실시 형태)
다음에, 도 5를 참조하면서, 본 발명의 제3 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에 대하여 설명한다. 또한, 제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 부분에 대해서만 설명을 행하고, 제1 실시 형태와 동일한 구조, 작용 및 효과의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서는, 센서(45)는 반도체 센서(45a)와, 적외선 센서(45b)를 포함하고 있다. 반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)는 분기 유로(43) 중 구멍(43h)보다도 상류측의 부위에 설치되어 있다. 반도체 센서(45a)는 금속 산화물 반도체가 가스와 접촉하였을 때에 발생하는 저항값의 변화를 가스의 농도로서 검지한다. 이 반도체 센서(45a)는 작동 매체에 더하여, 수분, 일산화탄소, 황화수소 및 암모니아를 검지한다. 적외선 센서(45b)는 발광부(광원)로부터 수광부를 향하여 조사된 적외선이 발광부 및 수광부간에 존재하는 가스에 의해 흡수되는 양에 기초하여 가스의 농도를 검지한다. 이 적외선 센서(45b)는 작동 매체에 더하여, 수분, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 질소산화물을 검지한다.
반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)는 모두 수분을 검지하지만, 본 실시 형태에서는, 드레인 트랩(44)에 의해 수분은 실질적으로 제거되어 있으므로, 반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)의 양쪽으로부터 검출 신호가 출력된 경우, 이들 센서(45a, 45b)에 의해 검지된 가스는 작동 매체라고 판단할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 작동 매체의 검지 정밀도가 높아진다. 또한, 반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)는 모두 일산화탄소를 검지하지만, 과급 공기 중의 일산화탄소의 농도는 매우 낮기 때문에, 오검지의 우려는 무시 가능하다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는, 제어부(38)는 반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)의 양쪽으로부터 검출 신호를 수신하였을 때에, 제1 개폐 밸브 V1 및 제2 개폐 밸브 V2를 폐쇄한다.
(제4 실시 형태)
다음에, 도 6을 참조하면서, 본 발명의 제4 실시 형태의 열 에너지 회수 시스템에 대하여 설명한다. 또한, 제4 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 상이한 부분에 대해서만 설명을 행하고, 제1 실시 형태와 동일한 구조, 작용 및 효과의 설명은 생략한다.
본 실시 형태에 있어서도, 센서(45)는 반도체 센서(45a)와, 적외선 센서(45b)를 포함하고 있다. 반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)는 분기 유로(43) 중 구멍(43h)보다도 상류측의 부위에 설치되어 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태에 비해 작동 매체의 검지 정밀도가 높아진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 제어부(38)는 반도체 센서(45a) 및 적외선 센서(45b)의 양쪽으로부터 검출 신호를 수신하였을 때에, 제1 개폐 밸브 V1 및 제2 개폐 밸브 V2를 폐쇄한다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 검지 유닛(40)은 발출 유로(41) 중 드라이어(46)와 센서(45) 사이의 부위에 설치되어 있으며 일산화탄소를 제거 가능한 일산화탄소 제거부(49)를 더 갖고 있어도 된다. 이 양태에서는, 센서(45)에 의한 작동 매체의 검지 정밀도가 한층 더 높아진다. 또한, 일산화탄소 제거부(49)는 제3 실시 형태에 있어서, 분기 유로(43) 중 각 센서(45a, 45b)보다도 상류측의 부위에 설치되어도 된다. 일산화탄소 제거부(49)에는, 드레인수가 포함되어 있는 경우에 그것을 회수할 목적으로 드레인 트랩이 설치되어도 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 나타내어지고, 또한 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 제1 실시 형태에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 주유로(42)와 분기 유로(43)의 접속부에 드라이어(46)가 설치되어도 된다.
또한, 제4 실시 형태에 있어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 수분 제거 기구(46)는 발출 유로(41)부터 하방을 향하여 연장되도록 분기되어 있어 발출 유로(41)부터 하향으로 수분(액체)을 배출 가능한 액체 배출 유로여도 된다. 이것은, 도 2 및 도 3에 도시된 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 발출 유로(41)의 상류측의 단부는, 흡기 라인(11) 중 에어 쿨러(15)와 엔진(10) 사이의 부위에 연결되어도 된다. 혹은, 발출 유로(41)의 상류측의 단부는, 에어 쿨러(15)의 케이싱의 하부나, 흡기 라인(11) 중 증발기(31)와 에어 쿨러(15) 사이의 부위에 연결되어도 된다.
또한, 제1 개폐 밸브 V1은, 순환 유로(36) 중 펌프(35)와 증발기(31) 사이의 부위에 설치되어도 된다.
10 : 엔진
20 : 과급기
21 : 터빈
22 : 컴프레서
30 : 열 에너지 회수 유닛
31 : 증발기
31a : 전열관
31b : 케이싱
32 : 팽창기
33 : 동력 회수기
34 : 응축기
35 : 펌프
36 : 순환 유로
38 : 제어부
40 : 검지 유닛
41 : 발출 유로
42 : 주유로
42a : 연결부
43 : 분기 유로
43h : 구멍
44 : 드레인 트랩
45 : 센서
45a : 반도체 센서
45b : 적외선 센서
46 : 수분 제거 기구(드라이어, 액체 배출 유로)
47 : 배출 유로
48 : 드레인 트랩
49 : 일산화탄소 제거부
V1 : 제1 개폐 밸브
V2 : 제2 개폐 밸브

Claims (15)

  1. 엔진과,
    상기 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈 및 상기 터빈에 접속되어 있으며 상기 엔진에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서를 갖는 과급기와,
    상기 컴프레서로부터 토출된 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 증발기와,
    상기 증발기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기에 보내는 펌프와,
    상기 증발기, 상기 동력 회수부, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서로 접속하는 순환 유로와,
    상기 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛을 구비하고,
    상기 검지 유닛은,
    상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와,
    상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지하는 드레인 트랩과,
    상기 발출 유로 중 상기 드레인 트랩보다도 상류측의 부위에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 드레인 트랩보다도 상방에 배치되어 있는, 열 에너지 회수 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발출 유로는,
    상기 드레인 트랩이 설치된 주유로와,
    상기 주유로로부터 분기되어 있으며, 상기 센서가 설치된 분기 유로를 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검지 유닛은, 상기 주유로와 상기 분기 유로의 접속부에 설치되어 있으며 상기 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 드라이어를 더 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는,
    수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 황화수소 및 암모니아를 검지 가능한 반도체 센서와,
    수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 질소산화물을 검지 가능한 적외선 센서를 포함하는, 열 에너지 회수 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검지 유닛은, 상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구와 상기 센서 사이의 부위에 설치되어 있으며 일산화탄소를 제거 가능한 일산화탄소 제거부를 더 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  7. 엔진과,
    상기 엔진으로부터 배출된 배가스에 의해 구동되는 터빈 및 상기 터빈에 접속되어 있으며 상기 엔진에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서를 갖는 과급기와,
    상기 컴프레서로부터 토출된 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 증발기와,
    상기 증발기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발기에 보내는 펌프와,
    상기 증발기, 상기 동력 회수부, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서로 접속하는 순환 유로와,
    상기 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛을 구비하고,
    상기 검지 유닛은,
    상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와,
    상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 상기 발출 유로에 유입된 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 수분 제거 기구와,
    상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구보다도 하류측의 부위에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수분 제거 기구는, 상기 과급 공기에 포함되는 수분을 제거하는 드라이어를 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 검지 유닛은,
    상기 드라이어에 의해 제거된 수분을 배출하는 배출 유로와,
    상기 배출 유로에 설치되어 있으며, 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지하는 드레인 트랩을 더 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는,
    수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 황화수소 및 암모니아를 검지 가능한 반도체 센서와,
    수분, 상기 작동 매체, 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 질소산화물을 검지 가능한 적외선 센서를 포함하는, 열 에너지 회수 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 검지 유닛은, 상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구와 상기 센서 사이의 부위에 설치되어 있으며 일산화탄소를 제거 가능한 일산화탄소 제거부를 더 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발출 유로는, 상기 당해 발출 유로의 상류측의 단부로부터 상기 센서를 향하는 상기 과급 공기의 흐름을 형성하기 위한 구멍을 갖는, 열 에너지 회수 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순환 유로 중 상기 응축기와 상기 증발기 사이의 부위에 설치된 제1 개폐 밸브와,
    상기 순환 유로 중 상기 증발기와 상기 팽창기 사이의 부위에 설치된 제2 개폐 밸브와,
    상기 센서가 상기 작동 매체를 검지하였을 때에 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브를 폐쇄하는 제어부를 더 구비하는, 열 에너지 회수 시스템.
  14. 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛이며,
    상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와,
    상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 액체의 통과를 허용하고 또한 기체의 통과를 금지하는 드레인 트랩과,
    상기 발출 유로 중 상기 드레인 트랩보다도 상류측에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는, 검지 유닛.
  15. 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 증발기 내에서 상기 작동 매체가 누설된 것을 검지 가능한 검지 유닛이며,
    상기 증발기와 상기 엔진 사이에 있어서 상기 과급 공기의 일부를 발출하는 발출 유로와,
    상기 발출 유로에 설치되어 있으며, 상기 발출 유로에 유입된 수분을 제거하는 수분 제거 기구와,
    상기 발출 유로 중 상기 수분 제거 기구가 설치된 부위보다도 하류측의 부위에 설치되어 있으며, 상기 작동 매체를 검지 가능한 센서를 갖는, 검지 유닛.
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