KR20190088418A - 열 에너지 회수 장치 - Google Patents

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유타카 나루카와
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

작동 매체의 분해를 억제 가능한 열 에너지 회수 장치를 제공하는 것.
열 에너지 회수 장치(1)이며, 가열 매체의 열을 이용함으로써 작동 매체를 가열하는 가열기(20)와, 팽창기(22)와, 동력 회수기(24)와, 응축기(26)와, 펌프(28)와, 순환 유로(30)와, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도에 관한 지표가 설정 온도 이하로 되도록, 가열기(20)에서의 작동 매체로의 입열량을 조정하는 조정부(41, 42, 43)를 구비하는 것.

Description

열 에너지 회수 장치{THERMAL ENERGY RECOVERY DEVICE}
본 발명은, 열 에너지 회수 장치에 관한 것이다.
종래, 엔진의 배기 가스나 공장의 각종 설비로부터 배출되는 배기 가스 등의 가열 매체로부터 열을 회수하는 열 에너지 회수 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 선박에 탑재된 원동기와, 터빈 및 압축기를 갖는 과급기와, 원동기로부터 배출된 배기 가스의 열을 회수하는 유기 매체 저온 열 회수 기구를 구비하는 저온 열 회수 시스템이 개시되어 있다.
터빈은, 원동기로부터 배출된 배기 가스에 의해 구동된다. 압축기는, 터빈에 접속되어 있고, 터빈의 회전에 따라 상기 과급 공기를 토출한다. 유기 매체 저온 열 회수 기구는, 상기 배기 가스에 의해 유기 매체(R245fa 등)를 가열하는 제1 열 교환기와, 발전기를 포함하는 터빈 유닛과, 터빈 유닛으로부터 유출된 유기 매체를 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 유출된 유기 매체를 제1 열교환기로 보내는 순환 펌프를 구비하고 있다. 제1 열 교환기는, 과급기의 터빈으로부터 배출된 배기 가스를 굴뚝으로 유도하는 유로에 마련되어 있다. 이 제1 열 교환기는, 유기 매체가 순환하는 정규 이송 라인 중 순환 펌프와 터빈 유닛 사이의 부위에 접속되어 있다. 즉, 유기 매체 저온 열 회수기에서는, 제1 열 교환기에 있어서, 원동기로부터 배출된 배기 가스로부터 유기 매체가 열을 수취하고, 이 열 에너지가 터빈 유닛의 발전기에 의해 회수된다.
일본 특허 공개 제2016-160870호 공보
특허문헌 1에 기재되는 유기 매체 저온 열 회수 기구에서는, 제1 열 교환기에 공급되는 배기 가스의 온도 상승 등에 기인하여 제1 열 교환기로부터 유출되는 유기 매체의 온도가 당해 유기 매체의 분해 온도를 초과할 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 작동 매체의 분해를 억제 가능한 열 에너지 회수 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 본 발명은, 가열 매체의 열을 이용함으로써 작동 매체를 가열하는 가열기와, 상기 가열기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 가열기로 보내는 펌프와, 상기 가열기, 상기 팽창기, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서대로 접속하는 순환 유로와, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도에 관한 지표가 설정 온도 이하로 되도록, 상기 가열기에서의 상기 작동 매체로의 입열량을 조정하는 조정부를 구비하는, 열 에너지 회수 장치를 제공한다.
본 열 에너지 회수 장치에서는, 상기 지표(가열기에 유입되는 가열 매체(배기 가스 등)의 온도나, 가열기로부터 유출된 작동 매체의 온도)가 설정 온도 이하로 되도록, 조정부가 가열기에서의 작동 매체로의 입열량을 조정하므로, 상기 설정 온도가 작동 매체의 분해 온도로 설정됨으로써, 작동 매체의 분해가 유효하게 억제된다.
또한, 상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로를 더 구비하고, 상기 가열기는, 상기 가열 매체 유로에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 가열 매체의 열이 직접 작동 매체에 투입된다.
또한, 상기 조정부는, 상기 가열 매체 유로 중 상기 가열기의 상류측의 부위에 마련된 냉각부이며 상기 가열기에 유입되는 상기 가열 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 가열 매체를 냉각하는 것을 갖고 있어도 된다.
이 양태에 있어서도, 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 유효하게 설정 온도 이하로 된다.
또한, 상기 가열 매체 유로는, 엔진의 배기 가스가 상기 가열 매체로서 상기 가열기에 공급되도록 상기 엔진, 상기 냉각부 및 상기 가열기를 이 순서대로 접속하고 있고, 상기 냉각부는, 상기 가열 매체를 냉각 매체에 의해 냉각하는 스크러버를 갖고 있어도 된다.
이 양태에서는, 엔진의 배기 가스의 배열이 유효하게 이용되고, 게다가, 스크러버에 의해 배기 가스의 세정과 냉각이 동시에 행하여진다.
혹은, 상기 냉각부는, 상기 가열 매체를 냉각 매체에 의해 냉각하는 냉각기를 갖고 있어도 된다.
이 양태에서도, 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 유효하게 설정 온도 이하로 된다.
혹은, 상기 가열 매체 유로는, 엔진의 배기 가스가 상기 가열 매체로서 상기 가열기에 공급되도록 상기 엔진, 상기 냉각부 및 상기 가열기를 이 순서대로 접속하고 있고, 상기 냉각부는, 상기 가열 매체 유로에 상기 가열 매체의 온도보다도 저온의 가스를 공급하는 팬을 갖고 있어도 된다.
이 양태에서도, 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 유효하게 설정 온도 이하로 된다.
또한, 상기 조정부는, 상기 가열기에 유입되는 상기 가열 매체의 온도, 또는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도보다도 낮은 기준 온도 이상으로 되었을 때에, 상기 냉각부에서의 상기 가열 매체의 냉각을 행하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 가열기에 유입되는 가열 매체의 온도, 또는, 가열기로부터 유출된 작동 매체의 온도가 기준 온도 이상으로 되었을 때에 냉각부에 의해 가열 매체가 냉각되므로, 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 유효하게 설정 온도 이하로 된다.
또한, 상기 조정부는, 상기 지표로서 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 냉각부에 추가로, 가열기로의 작동 매체의 유입량의 조정도 행하여지므로, 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도를 보다 확실하게 설정 온도 이하로 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로와, 상기 가열 매체와 중간 매체를 열 교환시킴으로써 당해 중간 매체를 증발시키는 열 교환기와, 상기 중간 매체가 흐르는 중간 매체 유로를 더 구비하고, 상기 가열기는, 상기 중간 매체 유로 중 상기 열 교환기의 하류측의 부위에 마련되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 중간 매체(물 등)를 통하여 가열 매체의 열이 유효하게 작동 매체에 투입된다.
또한, 상기 조정부는, 상기 지표가 상기 설정 온도 이하로 되도록, 상기 가열기에서의 상기 중간 매체로부터 상기 작동 매체로의 입열량을 조정하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 조정부는, 상기 중간 매체 유로 중 상기 열 교환기와 상기 가열기 사이의 부위에 마련된 감압 밸브와, 상기 지표가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 감압 밸브의 개방도를 조정하는 제어부를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조정부는, 상기 가열기를 바이패스하도록 상기 가열 매체 유로에 접속된 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 유입되는 상기 가열 매체의 유량과 상기 가열기에 유입되는 상기 가열 매체의 유량을 조정함으로써 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 가열기에서의 상기 가열 매체로부터 상기 작동 매체로의 입열량을 조정하는 유입량 조정 유닛을 갖고 있어도 된다.
이 양태에서는, 유입량 조정 유닛이 바이패스 유로에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기에 유입되는 가열 매체의 유량을 조정함으로써 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도가 유효하게 설정 온도 이하로 된다.
또한, 상기 유입량 조정 유닛은, 상기 바이패스 유로에 마련되어 있고 개방도 조정이 가능한 바이패스 밸브와, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 바이패스 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 갖는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 제어부가 바이패스 밸브의 개방도를 조정함으로써 바이패스 유로에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기에 유입되는 가열 매체의 유량이 조정된다.
또한, 상기 유입량 조정 유닛은, 상기 가열 매체 유로 중 상기 바이패스 유로와 병렬이 되는 부위에 마련되어 있고 개방도 조정이 가능한 개폐 밸브를 더 갖고, 상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 바이패스 밸브의 개방도 및 상기 개폐 밸브의 개방도를 제어하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 바이패스 유로에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기에 유입되는 가열 매체의 유량을 보다 정확하게 조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 가열 매체 유로와 바이패스 유로의 상류측 단부의 접속부에 삼방 밸브가 마련되는 경우에 비하여, 가열 매체에 발생하는 압력 손실이 저감된다.
또한, 상기 바이패스 밸브 및 상기 개폐 밸브는, 나비 밸브인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 과열도가 소정 범위 내에 수렴되도록 상기 바이패스 밸브의 개방도, 상기 개폐 밸브의 개방도, 및 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량을 제어하는 과열도 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 가열기로부터 유출되는 작동 매체의 온도를 유효하게 설정 온도 이하로 유지하면서, 팽창기를 거쳐서 동력 회수기에서 회수하는 동력을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과열도 제어에 있어서, 상기 과열도가 상기 소정 범위의 하한값보다도 작을 때는, 상기 바이패스 밸브의 개방도를 작게 하는 조작보다도 상기 개폐 밸브의 개방도를 크게 하는 제어를 우선시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 바이패스 밸브의 개방도를 작게 하는 조작을 우선시키는 경우에 비하여, 가열 매체에 발생하는 압력 손실의 증대를 회피하면서 가열기로의 가열 매체의 유입량(가열기에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량)을 증대시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과열도 제어에 있어서, 상기 과열도가 상기 소정 범위의 상한값보다도 클 때는, 상기 개폐 밸브의 개방도를 작게 하는 조작보다도 상기 바이패스 밸브의 개방도를 크게 하는 조작을 우선시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 개폐 밸브의 개방도를 작게 하는 경우에 비하여, 가열 매체에 발생하는 압력 손실을 저감시키면서 가열기로의 가열 매체의 유입량(가열기에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량)을 감소시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 과열도 제어 중에 있어서, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도보다도 커졌을 때에, 상기 바이패스 밸브의 개방도를 최대로 함과 함께 상기 개폐 밸브의 개방도를 작게 하는 긴급 시 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 바이패스 밸브의 개방도를 최대로 함으로써 가열 매체에 발생하는 압력 손실의 증대를 회피하면서, 가열기로의 가열 매체의 유입량(가열기에서의 작동 매체의 수열량)을 줄임으로써 작동 매체의 분해를 유효하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 긴급 시 제어 후, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되었을 때에, 상기 과열도 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 작동 매체의 분해의 유효한 억제와, 가열 매체의 열의 유효한 회수의 양쪽이 달성된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하가 되는 상태가 유지되도록, 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량과 상기 가열기로의 상기 가열 매체의 유입량을 감소시키는 정지 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 작동 매체의 분해 억제와 가열 매체의 열의 유효한 회수의 양쪽을 양립하면서 안정적으로 열 에너지 회수 장치를 정지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 정지 제어 중에 있어서, 상기 가열기에 있어서의 상기 작동 매체의 상기 가열 매체로부터의 열 회수의 정지를 나타내는 정지 조건이 성립되었을 때에, 상기 개폐 밸브를 폐쇄하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 정지 조건(펌프의 주파수가 설정값 이하로 되는 것이나, 펌프의 정지로부터 소정 시간이 경과한 것 등)이 성립되었을 때에 개폐 밸브가 폐쇄되므로, 당해 장치의 정지 시에 가열기로의 가열 매체의 유입이 계속되는 것, 즉, 가열기에 있어서 작동 매체가 계속하여 증발하는 것 및 그것에 의하여 가열기로부터 유출된 작동 매체의 온도가 상승하는 것이 억제된다.
또한, 상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하가 되는 상태가 유지되도록, 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량과 상기 가열기로의 상기 가열 매체의 유입량을 증대시키는 기동 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이 양태에서는, 작동 매체의 분해 억제와 가열 매체의 열의 유효한 회수의 양쪽을 양립하면서 안정적으로 열 에너지 회수 장치를 기동하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 작동 매체의 분해를 억제 가능한 열 에너지 회수 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는, 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제3 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는, 제어부의 기동 제어 및 과열도 제어의 제어 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 제어부의 긴급 시 제어의 제어 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 제어부의 정지 제어의 제어 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 8은, 제3 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 변형예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 이 열 에너지 회수 장치(1)는, 가열 매체(본 실시 형태에서는 배기 가스)로부터 열을 회수함으로써 동력을 생성하는 장치이다. 본 실시 형태에서는, 열 에너지 회수 장치(1)는 엔진(2) 및 과급기(3)를 갖는 선박에 탑재되어 있다. 과급기(3)는, 엔진(2)으로부터 배출된 배기 가스에 의해 구동되는 터빈(4)과, 터빈(4)에 접속되어 있고 엔진(2)에 공급하기 위한 과급 공기를 토출하는 컴프레서(5)를 갖는다. 컴프레서(5)로부터 토출된 과급 공기는, 컴프레서(5)와 엔진(2)을 접속하는 흡기 라인 L1을 통하여 엔진(2)에 공급된다. 엔진(2)으로부터 배출된 배기 가스는, 엔진(2)과 터빈(4)을 접속하는 배기 라인 L2를 통하여 터빈(4)에 공급된다.
도 1에 도시되는 바과 같이, 열 에너지 회수 장치(1)는, 가열 매체 유로(10)와, 가열기(20)와, 팽창기(22)와, 동력 회수기(24)와, 응축기(26)와, 펌프(28)와, 순환 유로(30)와, 조정부(41)를 구비하고 있다. 순환 유로(30)는, 가열기(20), 팽창기(22), 응축기(26) 및 펌프(28)를 이 순서대로 접속하고 있다.
가열 매체 유로(10)는, 가열 매체가 흐르는 유로이다. 본 실시 형태에서는, 가열 매체 유로(10)는 터빈(4)으로부터 배출된 배기 가스(가열 매체)를 굴뚝(6)으로 유도하는 유로이다. 또한, 도 1에서는, 편의상, 가열 매체가 가열기(20)의 하부로부터 유입되고, 상부로부터 유출되는 것처럼 그려져 있지만, 가열 매체의 흐름을 작동 매체의 흐름에 대하여 대향류로 하기 위해서, 실제는, 가열 매체는 가열기(20)의 상부로부터 유입되고, 하부로부터 유출된다. 또한, 가열 매체 유로(10)는, 가열기(20)의 측면에 접속된다.
가열기(20)는, 가열 매체 유로(10)에 마련되어 있다. 가열기(20)는, 가열 매체의 열을 이용함으로써 작동 매체를 가열한다. 구체적으로, 가열기(20)는 가열 매체 유로(10)를 흐르는 가열 매체와 작동 매체(R245fa 등)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 가열한다. 본 실시 형태에서는, 가열기(20)로서, 소위 셸 앤드 튜브 형식의 열 교환기가 사용되고 있다. 즉, 가열기(20)는, 작동 매체가 흐르는 전열관(20a)과, 전열관(20a)을 수용하고 있고 가열 매체의 유로를 구성하는 케이싱(20b)을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 가열기(20)는 작동 매체를 증발시키는 증발기로서 사용되고 있다. 단, 가열기(20)는 액상의 작동 매체를 당해 작동 매체가 증발하지 않을 정도로 가열하는(액상의 작동 매체인 채로 유출시키는) 열 교환기로서 사용되는 것이나, 작동 매체가 과열 상태로 되도록 당해 작동 매체를 가열하는 과열기로서 사용되는 것도 가능하다.
팽창기(22)는, 순환 유로(30) 중 가열기(20)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 팽창기(22)는, 가열기(20)로부터 유출된 기상의 작동 매체를 팽창시킨다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(22)로서, 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 회전 구동되는 로터를 갖는 용적식 스크루 팽창기가 사용되고 있다.
동력 회수기(24)는, 팽창기(22)에 접속되어 있다. 동력 회수기(24)는, 팽창기(22)의 구동에 따라 회전함으로써 작동 매체로부터 동력을 회수한다. 본 실시 형태에서는, 동력 회수기(24)로서 발전기가 사용되고 있다. 또한, 동력 회수기(24)로서, 압축기 등이 사용되어도 된다.
응축기(26)는, 순환 유로(30) 중 팽창기(22)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 응축기(26)는, 팽창기(22)로부터 유출된 작동 매체와 냉각 매체(해수 등)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 응축시킨다.
펌프(28)는, 순환 유로(30) 중 응축기(26)의 하류측의 부위(응축기(26)와 가열기(20) 사이의 부위)에 마련되어 있다. 펌프(28)는, 응축기(26)로부터 유출된 액상의 작동 매체를 가열기(20)로 보낸다.
조정부(41)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하로 되도록, 가열기(20)에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량을 조정한다. 또한, 상기 온도 T는, 순환 유로(30) 중 가열기(20)와 팽창기(22) 사이의 부위에 마련된 온도 센서(71)에 의해 검출된다. 설정 온도 Tset는, 작동 매체의 분해 온도(예를 들어 200℃)로 설정되어 있다. 또한, 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 온도(본 실시 형태에서는, 가열 매체 유로(10) 중 가열기(20)의 상류측의 부위의 온도)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T와 상관이 있으므로, 조정부(41)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 아닌, 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 온도가 설정 온도 Tset 이하로 되도록, 가열기(20)에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량을 조정해도 된다. 즉, 조정부(41)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T 자체, 혹은, 당해 온도 T에 관한 지표(가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 온도 등)에 기초하여, 가열기(20)에서의 작동 매체로의 입열량을 조정한다.
본 실시 형태에서는, 조정부(41)는 가열 매체 유로(10) 중 가열기(20)의 상류측의 부위(터빈(4)과 가열기(20) 사이의 부위)에 마련된 냉각부(50)를 갖고, 바람직하게는 제어부(61)를 갖는다.
냉각부(50)는, 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 온도가 설정 온도 Tset 이하로 되도록 가열 매체를 냉각한다. 본 실시 형태에서는, 냉각부(50)는 가열 매체를 냉각 매체(해수 등)에 의해 냉각하는 스크러버(51)와, 스크러버(51)에 냉각 매체를 보내는 냉각 매체 펌프(52)를 갖고 있다. 스크러버(51)는, 터빈(4)으로부터 배출된 가열 매체에 냉각 매체를 공급함으로써, 가열 매체에 포함되는 SOx 등을 제거함과 함께 가열 매체를 냉각한다. 이 스크러버(51)가 사용되는 이유는, 다음과 같다. 즉, 배기 가스로부터 직접 열을 회수하려고 해도, 당해 배기 가스의 온도가 높다는 점에서 작동 매체가 분해되어버릴 우려가 있다는 것, 및 스크러버의 하류에서는, 배기 가스의 온도가 너무 높아지지 않고, 또한, 열 에너지 회수 장치(1)에 의해 회수 가능한 열량이 존재하고 있음을 알게 되었기 때문에, 스크러버(51)의 하류에 가열기(20)를 배치하기로 하였다.
또한, 냉각부(50)는, 스크러버(51) 대신에, 가열 매체와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 가열 매체를 냉각하는 냉각기(셸 앤드 튜브 형식의 열 교환기 등)를 갖고 있어도 된다. 혹은, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각부(50)는 가열 매체 유로(10)에 가열 매체의 온도보다도 저온의 가스(공기 등)를 공급하는 팬(54)을 갖고 있어도 된다. 이들 경우, 조정부(41)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 낮은 기준 온도(예를 들어 150℃ 내지 180℃) 이상으로 되었을 때에만, 상기 냉각부(냉각기 또는 팬(54))에서의 가열 매체의 냉각을 행해도 된다. 이와 같이 하면, 상시 상기 냉각부에서의 가열 매체의 냉각이 행하여지는 경우에 비해, 가열기(20)에서 유효하게 가열 매체의 열이 회수되고, 추가로, 냉각 매체 펌프(52)나 팬(54)의 소비 전력이 삭감된다. 또한, 냉각부에서의 가열 매체의 냉각이란, 냉각기가 사용되는 경우에는 냉각 매체 펌프(52)의 구동을 의미하고, 팬(54)이 사용되는 경우에는 당해 팬(54)의 구동을 의미한다.
제어부(61)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T(상기 지표)가 설정 온도 Tset 이하로 되도록 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량을 제어한다. 본 실시 형태에서는, 제어부(61)는 펌프(28)의 주파수를 제어함으로써 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량을 제어한다. 또한, 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량의 제어는, 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 펌프(28)를 바이패스하도록 순환 유로(30)에 펌프 바이패스 유로(도시 생략)가 마련됨과 함께 당해 펌프 바이패스 유로에 개폐 밸브(도시 생략)가 마련되고, 제어부(61)는 상기 개폐 밸브의 개방도를 조정함으로써 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량을 조정해도 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에서는, 상기 지표(가열기(20)에 유입되는 가열 매체(배기 가스 등)의 온도, 또는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T)가 설정 온도 Tset 이하로 되도록, 조정부(41)가 가열기(20)에서의 작동 매체로의 입열량을 조정하므로, 설정 온도 Tset가 작동 매체의 분해 온도로 설정됨으로써, 작동 매체의 분해가 유효하게 억제된다.
또한, 조정부(41)는 반드시 적극적으로 냉각부(50)의 하류측의 온도를 조정할 필요는 없고, 결과적으로 열 에너지 회수 장치(1)에 있어서 적합한 환경으로 할 수 있으면 된다.
(제2 실시 형태)
이어서, 도 3을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에 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, 가열기(20)는 가열 매체(배기 가스)의 열을 직접 작동 매체에 투입하는(가열 매체와 작동 매체를 직접 열 교환시키는) 것은 아니고, 중간 매체(본 실시 형태에서는 물)를 통해 가열 매체의 열을 작동 매체에 투입한다. 구체적으로, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)는 열 교환기(7)와, 중간 매체가 흐르는 중간 매체 유로(8)를 더 구비하고 있다.
열 교환기(7)는, 가열 매체 유로(10) 중 스크러버(51)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 열 교환기(7)는, 가열 매체와 중간 매체를 열 교환시킴으로써 당해 중간 매체를 증발시킨다. 본 실시 형태에서는, 열 교환기(7)로서 보일러가 사용되고 있다. 이 열 교환기(7)에는, 중간 매체 유로(8)에 마련된 중간 매체 펌프(9)에 의해 중간 매체가 공급된다.
가열기(20)는, 중간 매체 유로(8) 중 열 교환기(7)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 이 때문에, 가열기(20)에서는, 열 교환기(7)로부터 유출된 기상의 중간 매체(수증기)에 의해 작동 매체가 가열된다.
본 실시 형태에서는, 조정부(42)는 상기 지표가 설정 온도 Tset 이하로 되도록, 가열기(20)에서의 중간 매체로부터 작동 매체로의 입열량을 조정한다. 구체적으로, 조정부(42)는 냉각부(50)에다가, 중간 매체 유로(8) 중 열 교환기(7)와 가열기(20) 사이의 부위에 마련된 감압 밸브 V0과, 상기 지표가 설정 온도 Tset 이하로 되도록, 감압 밸브 V0의 개방도를 조정하는 제어부(62)를 갖고 있다. 단, 가열기(20)를 바이패스하도록 중간 매체 유로(8)에 가열기 바이패스 유로(도시 생략)가 마련됨과 함께 당해 가열기 바이패스 유로에 개폐 밸브(도시 생략)가 마련되고, 제어부(62)는 상기 개폐 밸브의 개방도를 조정함으로써 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량을 조정해도 된다. 혹은, 조정부(42)는 중간 매체 펌프(9)의 주파수를 조정해도 된다. 또한, 열 교환기(7)에 유입되는 가열 매체의 온도가 설정 온도 Tset 이하로 되어 있는 것이면, 제어부(62)는 가열기(20)로 유입되는 중간 매체의 유량을 조정하지 않아도 된다.
(제3 실시 형태)
이어서, 도 4 내지 도 7을 참조하면서, 본 발명의 제3 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에 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, 조정부(43)는 가열기(20)를 바이패스하도록 가열 매체 유로(10)에 접속된 바이패스 유로(12)와, 유입량 조정 유닛(55)을 갖는다.
유입량 조정 유닛(55)은, 바이패스 유로(12)에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 유량을 조정함으로써 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하로 되도록 가열기(20)에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량을 조정한다.
구체적으로, 유입량 조정 유닛(55)은, 바이패스 유로(12)에 마련된 바이패스 밸브 V1과, 가열 매체 유로(10) 중 바이패스 유로(12)와 병렬이 되는 부위이고 또한 가열기(20)의 상류측의 부위에 마련된 개폐 밸브 V2와, 제어부(63)를 갖는다. 각 밸브 V1, V2는, 개방도 조정이 가능하다. 본 실시 형태에서는, 각 밸브 V1, V2로서, 나비 밸브가 사용되고 있다. 또한, 각 밸브 V1, V2로서, 볼 밸브나 게이트 밸브가 사용되어도 된다. 또한, 개폐 밸브 V2는, 생략되어도 된다.
제어부(63)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하로 되도록 각 밸브 V1, V2의 개방도를 제어하고, 바람직하게는 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량(펌프(28)의 주파수)도 제어한다. 구체적으로, 제어부(63)는 과열도 제어와, 긴급 시 제어와, 정지 제어와, 기동 제어를 행한다.
과열도 제어는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 과열도 α가 소정 범위 내에 수렴되도록 바이패스 밸브 V1의 개방도, 개폐 밸브 V2의 개방도, 및 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량(펌프(28)의 주파수)을 조작하는 제어이다. 또한, 과열도 α는, 순환 유로 중 가열기(20)와 팽창기(22) 사이의 부위에 마련된 온도 센서(72) 및 압력 센서(73)의 각 검출값에 기초하여 산출된다. 또한, 제어부(63)는 과열도 제어에 있어서, 상기 과열도 α가 소정 범위의 하한값 α2보다도 작을 때는, 바이패스 밸브 V1의 개방도를 작게 하는 조작보다도 개폐 밸브 V2의 개방도를 크게 하는 제어를 우선시킨다. 또한, 제어부(63)는 과열도 제어에 있어서, 상기 과열도 α가 소정 범위의 상한값 α1보다도 클 때는, 개폐 밸브 V2의 개방도를 작게 하는 조작보다도 바이패스 밸브 V1의 개방도를 크게 하는 조작을 우선시킨다.
정지 제어는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 과열도 α가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하가 되는 상태가 유지되도록, 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량(펌프(28)의 주파수)과 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량을 감소시키는 제어이다. 또한, 제어부(63)는 정지 제어 중에 있어서, 가열기(20)에 있어서의 작동 매체의 가열 매체로부터의 열 회수의 정지를 나타내는 정지 조건이 성립되었을 때에, 개폐 밸브 V2를 폐쇄한다. 또한, 정지 조건으로서, 펌프(28)의 주파수가 최솟값(펌프(28)의 안정적인 구동이 유지되는 하한값) 이하로 될 것과, 펌프(28)의 정지로부터 소정 시간이 경과하였을 것 등을 들 수 있다.
기동 제어는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 과열도 α가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하가 되는 상태가 유지되도록, 가열기(20)로의 작동 매체의 유입량(펌프(28)의 주파수)과 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량을 증대시키는 제어이다.
긴급 시 제어는, 과열도 제어 중, 정지 제어 중 및 기동 제어 중에 있어서, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 커졌을 때에, 바이패스 밸브 V1의 개방도를 최대로 함과 함께 개폐 밸브 V2의 개방도를 작게 하는 제어이다. 제어부(63)는 긴급 시 제어 후, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하로 되었을 때에, 상기 과열도 제어를 행한다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하면서, 제어부(63)의 구체적인 제어 내용에 대하여 설명한다. 먼저, 도 5를 참조하면서, 기동 제어 및 과열도 제어에 대하여 설명한다. 또한, 열 에너지 회수 장치(1)의 기동 전은, 바이패스 밸브 V1이 완전 개방으로 되고, 개폐 밸브 V2가 완전 폐쇄로 되어 있다.
이 상태에 있어서, 제어부(63)는 기동 신호를 수취하면, 개폐 밸브 V2의 개방도를 높여(스텝 ST11), 펌프(28)를 구동한다(스텝 ST12).
이어서, 제어부(63)는, 과열도 α가 상한값 α1보다도 큰지 여부를 판단한다(스텝 ST13). 이 결과, 과열도 α가 상한값 α1보다도 큰 경우, 제어부(63)는 펌프(28)의 주파수가 정격인지 아닌지를 확인한다(스텝 ST14). 그 결과, 펌프(28)의 주파수가 정격이 아닌 경우, 제어부(63)는 펌프(28)의 주파수를 높여(스텝 ST15), 스텝 ST13으로 되돌아간다. 이에 의해, 과열도 α가 감소됨과 함께 동력 회수기(24)에서의 동력의 회수량이 증대된다.
한편, 스텝 ST14에 있어서 펌프(28)의 주파수가 정격인 경우, 즉, 가열기(20)에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량이 과잉인 경우, 제어부(63)는 상기 입열량을 저감시키기 위해서, 먼저, 바이패스 밸브 V1의 개방도가 완전 개방인지 아닌지를 판단한다(스텝 ST16). 그 결과, 바이패스 밸브 V1의 개방도가 완전 개방이 아닌 경우, 제어부(63)는 바이패스 밸브 V1의 개방도를 높여(스텝 ST17), 스텝 ST13으로 되돌아간다. 이에 의해, 바이패스 유로(12)로의 가열 매체의 유입량이 증대되므로, 상기 입열량이 줄어든다. 한편, 스텝 ST16에 있어서 바이패스 밸브 V1의 개방도가 완전 개방인 경우(바이패스 밸브 V1에 의한 상기 입열량의 조정을 할 수 없는 경우), 제어부(63)는 상기 입열량을 저감시키기 위하여 개폐 밸브 V2의 개방도를 낮춰(스텝 ST18), 스텝 ST13으로 되돌아간다.
또한, 스텝 ST13에 있어서, 과열도 α가 상한값 α1보다도 크지 않을 경우(스텝 ST13에서 "아니오"인 경우), 제어부(63)는, 과열도 α가 하한값 α2 이상 상한값 α1 이하인지 여부를 판단한다(스텝 ST19). 이 결과, 과열도 α가 하한값 α2 이상 상한값 α1 이하인 경우, 제어부(63)는 스텝 ST13으로 되돌아간다. 한편, 과열도 α가 하한값 α2 이상 상한값 α1 이하가 아닌 경우, 즉, 과열도 α가 하한값 α2 미만인 경우(상기 입열량이 부족한 경우), 제어부(63)는 먼저, 개폐 밸브 V2의 개방도가 완전 개방인지 아닌지를 판단한다(스텝 ST20). 그 결과, 개폐 밸브 V2의 개방도가 완전 개방이 아닌 경우, 제어부(63)는 상기 입열량이 증가하기 때문에 개폐 밸브 V2의 개방도를 높여(스텝ST21), 스텝 ST13으로 되돌아간다. 한편, 스텝 ST20에 있어서 개폐 밸브 V2의 개방도가 완전 개방인 경우(개폐 밸브 V2에 의한 상기 입열량의 조정을 할 수 없는 경우), 제어부(63)는 바이패스 밸브 V1의 개방도가 완전 폐쇄인지 아닌지를 판단한다(스텝 ST22). 그리고, 바이패스 밸브 V1의 개방도가 완전 폐쇄가 아닌 경우, 제어부(63)는 바이패스 밸브 V1의 개방도를 낮춰(스텝 ST23), 스텝 ST13으로 되돌아간다. 이에 의해, 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량이 증대하므로, 상기 입열량이 증대한다. 따라서, 과열도 α가 상승한다.
한편, 스텝 ST22에 있어서, 바이패스 밸브 V1의 개방도가 완전 폐쇄인 경우, 즉, 각 밸브 V1, V2에 의해 입열량을 증대시키는 조작을 할 수 없는 경우, 제어부(63)는 펌프(28)의 주파수를 낮춰(스텝 ST24), 스텝 ST13으로 되돌아간다. 이에 의해, 과열도 α가 저하된다.
계속해서, 도 6을 참조하면서, 긴급 시 제어에 대하여 설명한다. 이 긴급 시 제어는, 기동 제어, 과열도 제어 및 정지 제어와 동시에 행하여지고 있다.
먼저, 제어부(63)는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 큰지 여부를 판단한다(스텝 ST31). 이 결과, 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 크지 않을 경우, 제어부(63)는 다시 스텝 ST31로 되돌아가는 한편, 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 큰 경우, 제어부(63)는 펌프(28)의 주파수가 정격인지 아닌지를 판단한다(스텝 ST32).
이 결과, 펌프(28)의 주파수가 정격이 아닌 경우, 제어부(63)는, 펌프(28)의 주파수를 높여(스텝 ST33), 스텝 ST31로 되돌아간다. 이에 의해, 상기 온도 T가 저하되는 동시에 동력 회수기(24)에서의 동력의 회수량이 증대한다. 한편, 펌프(28)의 주파수가 정격인 경우(펌프(28)의 주파수 조정에 의한 상기 온도 T의 조정을 할 수 없는 경우), 제어부(63)는 먼저, 바이패스 밸브 V1이 완전 개방인지 아닌지를 판단한다(스텝 ST34).
이 결과, 바이패스 밸브 V1이 완전 개방이 아닌 경우, 제어부(63)는 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량, 즉, 입열량을 저감시키기 위하여 바이패스 밸브 V1의 개방도를 높여(스텝 ST35), 스텝 ST31로 되돌아간다. 한편, 바이패스 밸브 V1이 완전 개방인 경우(바이패스 밸브 V1에 의해 상기 입열량을 감소시키는 조작을 할 수 없는 경우), 제어부(63)는 개폐 밸브 V2를 완전 폐쇄로 한다(스텝 ST36). 이에 의해, 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 유량, 즉, 상기 입열량이 제로가 된다.
그리고, 제어부(63)는 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 작은지 여부를 판단하고(스텝 ST37), 온도 T가 설정 온도 Tset 이상인 경우에는 다시 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 작은지 여부를 판단하는 한편, 온도 T가 설정 온도 Tset보다도 낮은 경우, 과열도 제어의 스텝 ST11로 옮겨진다.
계속해서, 도 7을 참조하면서, 정지 제어에 대하여 설명한다.
제어부(63)는 정지 신호를 받으면, 먼저, 바이패스 밸브 V1을 완전 개방시킨다(스텝 ST41). 이에 의해, 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량, 즉, 상기 입열량이 감소하기 시작한다.
그리고, 제어부(63)는, 과열도 α가 상한값 α1 이하인지 여부를 판단한다(스텝 ST42). 이 결과, 과열도 α가 상한값 α1 이하인 경우, 제어부(63)는 펌프(28)의 주파수가 최솟값(펌프(28)의 안정적인 구동이 유지되는 하한값)인지 여부를 판단한다(스텝 ST44). 이 결과, 펌프(28)의 주파수가 최솟값이 아닌 경우, 즉, 펌프(28)의 주파수를 감소시키는 것이 가능한 상태인 경우, 제어부(63)는 펌프(28)의 주파수를 낮춰(스텝 ST45), 스텝 ST42로 되돌아간다. 이에 의해, 과열도 α가 상승한다.
한편, 스텝 ST42에 있어서 과열도 α가 상한값 α1보다도 큰 경우, 제어부(63)는 개폐 밸브 V2의 개방도를 낮춰(스텝 ST43), 스텝 ST42로 되돌아간다. 이에 의해, 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량(입열량)이 감소되므로, 과열도 α가 저하된다.
이상의 조작이 반복됨으로써, 과열도 α가 상한값 α1 이하로 유지되면서 펌프(28)의 주파수가 점차 상기 최솟값을 향하여 감소한다.
그리고, 스텝 ST44에 있어서 펌프(28)의 주파수가 최솟값인 경우, 제어부(63)는 펌프(28)를 정지하고(스텝 ST46), 개폐 밸브 V2를 폐쇄한다(스텝 ST47). 또한, 스텝 ST47은, 상기 정지 조건이 성립되었을 때에 행하여지면 되므로, 스텝 ST46과 동시, 즉, 펌프(28)의 주파수가 최솟값이 되었을 때에 행하여져도 되고, 스텝 ST46의 후, 소정 시간 경과 후에 행하여져도 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에서는, 유입량 조정 유닛(55)이 바이패스 유로(12)에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 유량을 조정하므로, 가열기(20)로부터 유출되는 작동 매체의 온도 T가 유효하게 설정 온도 Tset 이하로 된다.
또한, 제어부(63)는 과열도 제어를 행하므로, 가열기(20)로부터 유출되는 작동 매체의 온도 T를 유효하게 설정 온도 Tset 이하로 유지하면서, 팽창기(22)를 개재하여 동력 회수기(24)에서 회수하는 동력을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제어부(63)는 과열도 제어에 있어서, 과열도 α가 하한값 α2보다도 작을 때는, 바이패스 밸브 V1의 개방도를 작게 하는 조작보다도 개폐 밸브 V2의 개방도를 크게 하는 제어를 우선시킨다. 이 때문에, 바이패스 밸브 V1의 개방도를 작게 하는 조작을 우선시키는 경우에 비하여, 가열 매체에 발생하는 압력 손실의 증대를 회피하면서 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량(가열기(20)에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량)을 증대시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제어부(63)는 과열도 제어에 있어서, 과열도 α가 상한값 α1보다도 클 때는, 개폐 밸브 V2의 개방도를 작게 하는 조작보다도 바이패스 밸브 V1의 개방도를 크게 하는 조작을 우선시킨다. 이 때문에, 개폐 밸브 V2의 개방도를 작게 하는 경우에 비하여, 가열 매체에 발생하는 압력 손실을 저감시키면서 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량(가열기(20)에서의 가열 매체로부터 작동 매체로의 입열량)을 감소시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제어부(63)는, 긴급 시 제어를 행한다. 이 때문에, 바이패스 밸브 V1의 개방도를 최대로 함으로써 가열 매체에 발생하는 압력 손실의 증대를 회피하면서, 가열기(20)로의 가열 매체의 유입량(가열기(20)에서의 작동 매체의 수열량)을 줄임으로써 작동 매체의 분해를 유효하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제어부(63)는, 긴급 시 제어 후, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 설정 온도 Tset 이하로 되었을 때에, 상기 과열도 제어를 행한다. 따라서, 작동 매체의 분해 유효한 억제와, 가열 매체의 열 유효한 회수의 양쪽이 달성된다.
또한, 제어부(63)는 정지 제어를 행하므로, 작동 매체의 분해의 억제와 가열 매체의 열의 유효한 회수의 양쪽을 양립하면서 안정적으로 열 에너지 회수 장치(1)를 정지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제어부(63)는, 정지 제어 중에 있어서, 상기 정지 조건이 성립되었을 때에 개폐 밸브 V2를 폐쇄하므로, 당해 장치의 정지 시에 가열기(20)로의 가열 매체의 유입이 계속되는 것, 즉, 가열기(20)에 있어서 작동 매체가 계속하여 증발되는 것, 및 그것에 의하여 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 온도 T가 상승하는 것이 억제된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허 청구 범위에 의해 나타나고, 추가로 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 제3 실시 형태에 있어서는, 바이패스 밸브 V1 및 개폐 밸브 V2 대신에, 도 8에 도시된 바와 같이, 바이패스 유로(12)에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 유량을 조정 가능한 삼방 밸브 V3이 마련되어도 된다. 단, 상기 제3 실시 형태와 같이, 바이패스 밸브 V1 및 개폐 밸브 V2가 마련됨으로써, 바이패스 유로(12)에 유입되는 가열 매체의 유량과 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 유량을 보다 정확하게 조정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 기동 제어 및 정지 제어에서는, 가열기(20)로부터 유출된 작동 매체의 과열도 α 대신에, 가열기(20)에 유입되는 가열 매체의 온도 및 유량과, 가열기(20)로부터 유출된 가열 매체의 온도 및 유량에 기초하여 산출된 열량이 사용되어도 된다.
또한, 가열 매체는, 작동 매체의 분해 온도 이상의 온도가 될 수 있는 것이라면, 엔진(2)의 배기 가스에 한정되지 않는다.
1: 열 에너지 회수 장치
2: 엔진
3: 과급기
4: 터빈
5: 컴프레서
7: 열 교환기
8: 중간 매체 유로
9: 중간 매체 펌프
10: 가열 매체 유로
12: 바이패스 유로
20: 가열기
22: 팽창기
24: 동력 회수기
26: 응축기
28: 펌프
30: 순환 유로
41: 조정부
42: 조정부
43: 조정부
50: 냉각부
51: 스크러버
52: 냉각 매체 펌프
54: 팬
55: 유입량 조정 유닛
61: 제어부
62: 제어부
63: 제어부
V0: 감압 밸브
V1: 바이패스 밸브
V2: 개폐 밸브

Claims (23)

  1. 가열 매체의 열을 이용함으로써 작동 매체를 가열하는 가열기와,
    상기 가열기로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 가열기로 보내는 펌프와,
    상기 가열기, 상기 팽창기, 상기 응축기 및 상기 펌프를 이 순서대로 접속하는 순환 유로와,
    상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도에 관한 지표가 설정 온도 이하로 되도록, 상기 가열기에서의 상기 작동 매체로의 입열량을 조정하는 조정부를 구비하는, 열 에너지 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로를 더 구비하고,
    상기 가열기는, 상기 가열 매체 유로에 마련되어 있는, 열 에너지 회수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 가열 매체 유로 중 상기 가열기의 상류측의 부위에 마련된 냉각부이며 상기 가열기에 유입되는 상기 가열 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 가열 매체를 냉각하는 것을 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열 매체 유로는, 엔진의 배기 가스가 상기 가열 매체로서 상기 가열기에 공급되도록 상기 엔진, 상기 냉각부 및 상기 가열기를 이 순서대로 접속하고 있고,
    상기 냉각부는, 상기 가열 매체를 냉각 매체에 의해 냉각하는 스크러버를 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 가열 매체를 냉각 매체에 의해 냉각하는 냉각기를 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가열 매체 유로는, 엔진의 배기 가스가 상기 가열 매체로서 상기 가열기에 공급되도록 상기 엔진, 상기 냉각부 및 상기 가열기를 이 순서대로 접속하고 있고,
    상기 냉각부는, 상기 가열 매체 유로에 상기 가열 매체의 온도보다도 저온의 가스를 공급하는 팬을 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 가열기에 유입되는 상기 가열 매체의 온도, 또는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도보다도 낮은 기준 온도 이상으로 되었을 때에, 상기 냉각부에서의 상기 가열 매체의 냉각을 행하는, 열 에너지 회수 장치.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 지표로서 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량을 조정하는, 열 에너지 회수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열 매체가 흐르는 가열 매체 유로와,
    상기 가열 매체와 중간 매체를 열 교환시킴으로써 당해 중간 매체를 증발시키는 열 교환기와,
    상기 중간 매체가 흐르는 중간 매체 유로를 더 구비하고,
    상기 가열기는, 상기 중간 매체 유로 중 상기 열 교환기의 하류측의 부위에 마련되어 있는, 열 에너지 회수 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 지표가 상기 설정 온도 이하로 되도록, 상기 가열기에서의 상기 중간 매체로부터 상기 작동 매체로의 입열량을 조정하는, 열 에너지 회수 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 조정부는,
    상기 중간 매체 유로 중 상기 열 교환기와 상기 가열기 사이의 부위에 마련된 감압 밸브와,
    상기 지표가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 감압 밸브의 개방도를 조정하는 제어부를 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 조정부는,
    상기 가열기를 바이패스하도록 상기 가열 매체 유로에 접속된 바이패스 유로와,
    상기 바이패스 유로에 유입되는 상기 가열 매체의 유량과 상기 가열기에 유입되는 상기 가열 매체의 유량을 조정함으로써 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 가열기에서의 상기 가열 매체로부터 상기 작동 매체로의 입열량을 조정하는 유입량 조정 유닛을 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유입량 조정 유닛은,
    상기 바이패스 유로에 마련되어 있어 개방도 조정이 가능한 바이패스 밸브와,
    상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 바이패스 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 갖는, 열 에너지 회수 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유입량 조정 유닛은, 상기 가열 매체 유로 중 상기 바이패스 유로와 병렬이 되는 부위에 마련되어 있고 개방도 조정이 가능한 개폐 밸브를 더 갖고,
    상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되도록 상기 바이패스 밸브의 개방도 및 상기 개폐 밸브의 개방도를 제어하는, 열 에너지 회수 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브 및 상기 개폐 밸브는, 나비 밸브인, 열 에너지 회수 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 과열도가 소정 범위 내에 수렴되도록 상기 바이패스 밸브의 개방도, 상기 개폐 밸브의 개방도, 및 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량을 제어하는 과열도 제어를 행하는, 열 에너지 회수 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 과열도 제어에 있어서, 상기 과열도가 상기 소정 범위의 하한값보다도 작을 때는, 상기 바이패스 밸브의 개방도를 작게 하는 조작보다도 상기 개폐 밸브의 개방도를 크게 하는 제어를 우선시키는, 열 에너지 회수 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 과열도 제어에 있어서, 상기 과열도가 상기 소정 범위의 상한값보다도 클 때는, 상기 개폐 밸브의 개방도를 작게 하는 조작보다도 상기 바이패스 밸브의 개방도를 크게 하는 조작을 우선시키는, 열 에너지 회수 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 과열도 제어 중에 있어서, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도보다도 커졌을 때에, 상기 바이패스 밸브의 개방도를 최대로 함과 함께 상기 개폐 밸브의 개방도를 작게 하는 긴급 시 제어를 행하는, 열 에너지 회수 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 긴급 시 제어 후, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하로 되었을 때에, 상기 과열도 제어를 행하는, 열 에너지 회수 장치.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고,
    또한, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하가 되는 상태가 유지되도록, 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량과 상기 가열기로의 상기 가열 매체의 유입량을 감소시키는 정지 제어를 행하는, 열 에너지 회수 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 정지 제어 중에 있어서, 상기 가열기에 있어서의 상기 작동 매체의 상기 가열 매체로부터의 열 회수의 정지를 나타내는 정지 조건이 성립되었을 때에, 상기 개폐 밸브를 폐쇄하는, 열 에너지 회수 장치.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 과열도가 상기 소정 범위가 되고, 또한, 상기 가열기로부터 유출된 상기 작동 매체의 온도가 상기 설정 온도 이하가 되는 상태가 유지되도록, 상기 가열기로의 상기 작동 매체의 유입량과 상기 가열기로의 상기 가열 매체의 유입량을 증대시키는 기동 제어를 행하는, 열 에너지 회수 장치.
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