KR20190135924A - 열 에너지 회수 장치 - Google Patents

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

과급 공기에 생기는 압력 손실의 증대를 회피하면서 과급 공기로부터 열을 회수하는 것이 가능한 열 에너지 회수 장치를 제공하는 것이다.
열 에너지 회수 장치(1)이며, 증발부(10)와, 증발부 수용부(18)와, 냉각부(20)와, 냉각부 수용부(28)와, 팽창기(30)와, 동력 회수기(32)와, 응축기(34)와, 순환 펌프(36)를 구비하고, 증발부(10)는, 작동 매체 전열관(12)과, 복수의 증발부 핀(14)을 갖고, 냉각부(20)는, 냉각 매체 전열관(22)과, 복수의 냉각부 핀(24)을 갖고, 냉각부 수용부(28)는, 증발부 수용부(18)에 접속되어 있고, 폭 방향에 관한 증발부 수용부(18)의 치수와 폭 방향에 관한 냉각부 수용부(28)의 치수가 서로 동일하고, 각 증발부 핀(14) 사이의 치수와 각 냉각부 핀(24) 사이의 치수가 서로 동일한 것이다.

Description

열 에너지 회수 장치{THERMAL ENERGY RECOVERY DEVICE}
본 발명은 열 에너지 회수 장치에 관한 것이다.
종래, 과급기로부터 엔진으로 공급되는 과급 공기의 열을 회수하는 열 에너지 회수 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 작동 매체를 통해 과급 공기의 열을 회수하는 배열 회수 장치(열 에너지 회수 장치)를 포함하는 선박이 개시되어 있다. 이 선박은, 엔진과, 터빈 및 컴프레서를 갖는 과급기와, 상기 배열 회수 장치와, 가스 쿨러를 구비하고 있다. 배열 회수 장치는, 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시키는 가열기와, 가열기에 있어서 작동 매체가 과급 공기로부터 수취된 열 에너지로부터 동력을 생성하는 팽창기와, 이 팽창기에 접속된 발전기를 포함하고 있다. 가열기는, 컴프레서와 엔진을 접속하는 급기 라인에 마련되어 있다. 가스 쿨러는, 급기 라인 중 가열기의 하류측의 부위에 마련되어 있고, 가열기로부터 유출된 과급 공기를 냉각한다.
일본 특허 공개 제2015-200181호 공보
특허문헌 1에 기재되는 선박에서는, 과급기로부터 엔진에 공급되는 과급 공기의 열이 배열 회수 장치에 의해 유효하게 회수되지만, 급기 라인 중 가스 쿨러의 상류측에 가열기가 마련되어 있으므로, 당해 가열기가 마련되지 않은 경우에 비하여 과급 공기에 생기는 압력 손실이 커진다.
본 발명의 목적은, 과급 공기에 생기는 압력 손실의 증대를 회피하면서 과급 공기로부터 열을 회수하는 것이 가능한 열 에너지 회수 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 열 에너지 회수 장치는, 과급기로부터 토출된 과급 공기를 엔진에 공급하기 위한 급기 라인에 마련되는 증발부이며, 상기 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 것과, 상기 과급 공기와 상기 증발부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 증발부를 수용하는 증발부 수용부와, 상기 급기 라인 중 상기 증발부의 하류측의 부위에 마련되는 냉각부이며, 상기 증발부를 통과한 과급 공기와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 상기 과급 공기를 냉각하는 것과, 상기 증발부를 통과한 과급 공기와 상기 냉각부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 냉각부를 수용하는 냉각부 수용부와, 상기 증발부로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발부로 보내는 순환 펌프를 구비한다. 상기 증발부는, 상기 작동 매체가 흐르는 작동 매체 전열관과, 상기 작동 매체 전열관의 길이 방향을 따라서 서로 이격된 상태에서 상기 작동 매체 전열관에 마련되어 있으며, 또한, 평판형으로 형성된 복수의 증발부 핀을 갖는다. 상기 냉각부는, 상기 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 전열관과, 상기 냉각 매체 전열관의 길이 방향을 따라서 서로 이격된 상태에서 상기 냉각 매체 전열관에 마련되어 있으며, 또한, 평판형으로 형성된 복수의 냉각부 핀을 갖는다. 상기 냉각부 수용부는, 당해 냉각부 수용부 내와 상기 증발부 수용부 내가 서로 연통되도록 상기 증발부 수용부에 접속되어 있고, 상기 복수의 증발부 핀이 배열하는 방향인 폭 방향에 관한 상기 증발부 수용부의 치수와 상기 폭 방향에 관한 상기 냉각부 수용부의 치수가 서로 동일하고, 각 증발부 핀 사이의 치수와 각 냉각부 핀 사이의 치수가 서로 동일하다.
본 열 에너지 회수 장치에서는, 증발부 수용부 내와 냉각부 수용부 내가 서로 연통하고 있음과 함께 각 수용부의 폭 방향에 관한 치수가 동일하고, 또한, 각 증발부 핀 사이의 치수와 각 냉각부 핀 사이의 치수가 서로 동일하므로, 과급 공기가 각 수용부 내를 흐를 때의 저항이 저감된다. 따라서, 엔진에 공급되는 과급 공기에 생기는 압력 손실의 증대의 회피와 과급 공기의 열의 유효한 회수가 양립된다.
이 경우에 있어서, 상기 작동 매체 전열관은, 상기 증발부 수용부 내에서 사행되도록 배치되어 있어도 된다. 또한, 각 증발부 핀은, 상기 작동 매체 전열관 중 상기 과급 공기가 흐르는 방향에 대해 가장 상류측에 배치된 관부로부터 가장 하류측에 배치된 관부에 이르도록 연장되는 플레이트 형상으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 냉각 매체 전열관은, 상기 냉각부 수용부 내에서 사행되도록 배치되어 있어도 된다. 또한, 각 냉각부 핀은, 상기 냉각 매체 전열관 중 상기 과급 공기가 흐르는 방향에 대해 가장 상류측에 배치된 관부로부터 가장 하류측에 배치된 관부에 이르도록 연장되는 플레이트 형상으로 형성되어 있어도 된다.
이 양태에서는, 과급 공기에 생기는 압력 손실이 보다 저감된다.
또한, 상기 증발부 핀의 수와 상기 냉각부 핀의 수가 서로 동일하고, 또한, 각 증발부 핀과 각 냉각부 핀은 각각 동일 평면 상에 마련되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 과급 공기에 생기는 압력 손실이 더 저감된다.
또한, 상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 각 증발부 핀과 각 냉각부 핀 중 동일 평면 상에 존재하는 것끼리를 연결하는 연결 부재를 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 각 연결 부재는, 서로 인접하는 증발부 핀 사이의 공간으로부터 상기 과급 공기의 흐름 방향에 대해 상기 공간의 하류측에 위치하는 상기 냉각부 핀 사이의 공간을 향하는 유로를 당해 유로에 인접하는 유로로부터 차단하는 형상을 가지며, 또한, 열적 절연성을 갖는 재료에 의해 구성되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 각 핀사이에 형성되는 하나의 유로가 그 인접한 유로로부터 차단되므로, 과급 공기에 생기는 압력 손실이 더 저감된다. 또한, 각 연결 부재는, 열적 절연성을 갖는 재료로 이루어지므로, 냉각 매체의 냉열이 냉각부 핀, 연결 부재 및 증발부 핀을 통하여 작동 매체 전열관 내를 흐르는 작동 매체에 전해짐으로써 당해 작동 매체가 냉각되는 것, 즉, 동력 회수기에서의 동력 회수량이 저감되는 것이 억제된다.
또한, 상기 증발부 수용부 및 상기 냉각부 수용부는, 일체적으로 형성되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 2개의 수용부끼리를 접속하는 작업이 생략된다.
또한, 상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 냉각 매체의 흐름을 조정하는 조정부를 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 냉각 매체 전열관은, 상기 냉각 매체의 일부가 흐르는 제1 냉각관과, 상기 냉각 매체의 잔부가 흐르는 제2 냉각관을 가져도 된다. 또한 상기 복수의 냉각부 핀은, 상기 제1 냉각관에 마련된 복수의 제1 냉각 핀과, 상기 제2 냉각관에 마련된 복수의 제2 냉각 핀을 가져도 된다. 또한 상기 조정부는, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안은, 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관에만 흐르는 제1 상태로 하고, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환을 정지시키는 것을 나타내는 정지 신호를 수신했을 때, 상기 제1 상태로부터 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관 및 상기 제2 냉각관의 양쪽에 흐르는 제2 상태로 전환해도 된다.
이 양태에서는, 증발부에 있어서의 작동 매체와 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안(정상 운전 시)은 작동 매체 전열관을 흐르는 작동 매체와 제1 냉각관을 흐르는 냉각 매체로 과급 공기가 유효하게 냉각되고, 상기 열 교환의 정지시(예를 들어 순환 펌프의 정지시)에는, 제1 냉각관을 흐르는 냉각 매체 및 제2 냉각관을 흐르는 냉각 매체의 양쪽에서 과급 공기가 유효하게 냉각된다.
또한, 상기 제2 냉각관은, 상기 작동 매체 전열관 중 상기 과급 공기가 흐르는 방향에 대해 서로 인접하는 관부 사이에 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 각 제2 냉각 핀은, 각 제1 냉각 핀으로부터 이격되고 또한 각 증발부 핀에 접속되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 정상 운전 시에 있어서의 제1 냉각관에서의 과급 공기의 냉각 중에 냉각 매체의 냉열이 제2 냉각 핀 및 증발부 핀을 통하여 작동 매체 전열관내를 흐르는 작동 매체에 전해짐으로써 당해 작동 매체가 냉각되는 것, 즉, 동력 회수기에서의 동력 회수량이 저감되는 것이 억제되고, 또한, 증발부 핀과 제2 냉각 핀의 제조가 간소화된다.
또한, 본 발명에 관한 열 에너지 회수 장치는, 과급기로부터 토출된 과급 공기를 엔진에 공급하기 위한 급기 라인에 마련되는 증발부이며, 상기 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 것과, 상기 과급 공기와 상기 증발부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 증발부를 수용하는 증발부 수용부와, 상기 급기 라인 중 상기 증발부의 하류측의 부위에 마련되는 냉각부이며, 상기 증발부를 통과한 과급 공기와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 상기 과급 공기를 냉각하는 것과, 상기 증발부를 통과한 과급 공기와 상기 냉각부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 냉각부를 수용하는 냉각부 수용부와, 상기 증발부로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와, 상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발부로 보내는 순환 펌프와, 상기 냉각 매체의 흐름을 조정하는 조정부를 구비하고 있다. 상기 냉각부는, 상기 냉각 매체의 일부가 흐르는 제1 냉각관과, 상기 냉각 매체의 잔부가 흐르는 제2 냉각관을 갖는다. 상기 조정부는, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안은, 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관에만 흐르는 제1 상태로 하고, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환을 정지시키는 것을 나타내는 정지 신호를 수신했을 때, 상기 제1 상태로부터 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관 및 상기 제2 냉각관의 양쪽에 흐르는 제2 상태로 전환한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 과급 공기에 생기는 압력 손실의 증대를 회피하면서 과급 공기로부터 열을 회수하는 것이 가능한 열 에너지 회수 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 증발부 및 냉각부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 증발부 및 냉각부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 조정부의 제어 내용을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 장치의 증발부 및 냉각부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시되는 증발부 및 냉각부의 단면의 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다. 이 열 에너지 회수 장치(1)는, 엔진(2)에 공급되는 과급 공기로부터 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 배가스에 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 급기 라인 L1을 통하여 엔진(2)에 공급된다. 엔진(2)으로부터 배출된 배가스는, 엔진(2)과 터빈(4)을 접속하는 배기 라인 L2를 통하여 터빈(4)에 공급된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열 에너지 회수 장치(1)는, 증발부(10)와, 증발부 수용부(18)와, 냉각부(20)와, 냉각부 수용부(28)와, 팽창기(30)와, 동력 회수기(32)와, 응축기(34)와, 순환 펌프(36)와, 순환 유로(38)를 구비하고 있다. 순환 유로(38)는, 증발부(10), 팽창기(30), 응축기(34) 및 순환 펌프(36)를 이 순서대로 접속하고 있다.
증발부(10)는, 급기 라인 L1에 마련되어 있다. 증발부(10)는, 컴프레서(5)로부터 토출된 과급 공기와 작동 매체(R245fa 등)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 증발시킨다. 증발부(10)의 상세에 대해서는 후술한다.
증발부 수용부(18)는, 과급 공기와 증발부(10)의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 증발부(10)를 수용한다. 구체적으로, 증발부 수용부(18) 내는, 과급 공기의 유로를 구성한다.
팽창기(30)는, 순환 유로(38) 중 증발부(10)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 팽창기(30)는, 증발부(10)로부터 유출된 기상의 작동 매체를 팽창시킨다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(30)로서, 기상의 작동 매체의 팽창 에너지에 의해 회전 구동되는 로터를 갖는 용적식의 스크류 팽창기가 사용되고 있다.
동력 회수기(32)는, 팽창기(30)에 접속되어 있다. 동력 회수기(32)는, 팽창기(30)의 구동에 따라 회전됨으로써 작동 매체로부터 동력을 회수한다. 본 실시 형태에서는, 동력 회수기(32)로서 발전기가 사용되고 있다. 또한, 동력 회수기(32)로서, 컴프레서 등이 사용되어도 된다.
응축기(34)는, 순환 유로(38) 중 팽창기(30)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 응축기(34)는, 팽창기(30)로부터 유출된 작동 매체와 냉각 매체(해수 등)를 열 교환시킴으로써 작동 매체를 응축시킨다.
순환 펌프(36)는, 순환 유로(38) 중 응축기(34)의 하류측의 부위(응축기(34)와 증발부(10) 사이의 부위)에 마련되어 있다. 순환 펌프(36)는, 응축기(34)로부터 유출된 액상의 작동 매체를 증발부(10)로 보낸다.
여기서, 증발부(10)에 대해 상세하게 설명한다. 증발부(10)는, 작동 매체가 흐르는 작동 매체 전열관(12)과, 작동 매체 전열관(12)에 마련된 복수의 증발부 핀(14)을 갖고 있다.
작동 매체 전열관(12)은, 증발부 수용부(18) 내에 사행되도록 배치되어 있다. 구체적으로, 작동 매체 전열관(12)은, 각각이 직선형으로 연장되는 형상을 갖는 복수의 관부와, 각 관부의 단부끼리를 접속하는 만곡부를 가지고 있고, 각 관부가 당해 관부의 축방향과 직교하는 방향(과급 공기가 흐르는 방향)에 따라 배열되도록 증발부 수용부(18) 내에 배치되어 있다.
각 증발부 핀(14)은, 평판형으로 형성되어 있다. 각 증발부 핀(14)은, 작동 매체 전열관(12)의 관부 길이 방향을 따라서 서로 이격된 상태에서 당해 관부에 마련되어 있다. 구체적으로, 각 증발부 핀(14)은, 서로 인접하는 증발부 핀(14) 사이의 치수 P1이 동등해지도록 관부에 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 증발부 핀(14)은, 작동 매체 전열관(12) 중 과급 공기가 흐르는 방향(관부의 축방향과 직교하는 방향)에 대해 가장 상류측에 배치된 관부(12u)로부터 가장 하류측에 배치된 관부(12d)에 이르도록 연장되는 플레이트 형상으로 형성되어 있다.
냉각부(20)는, 급기 라인 L1 중 증발부(10)의 하류측의 부위에 마련되어 있다. 냉각부(20)는, 증발부(10)를 통과한 과급 공기와 냉각 매체(해수 등)를 열 교환시킴으로써 과급 공기를 냉각한다. 구체적으로, 냉각부(20)는, 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 전열관(22)과, 냉각 매체 전열관(22)이 마련된 복수의 냉각부 핀(24)을 갖고 있다.
냉각부 수용부(28)는, 과급 공기와 냉각부(20)의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 냉각부(20)를 수용한다. 구체적으로, 냉각부 수용부(28) 내는, 과급 공기의 유로를 구성한다. 냉각부 수용부(28)는, 당해 냉각부 수용부(28) 내와 증발부 수용부(18) 내가 서로 연통되도록 증발부 수용부(18)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에서는, 증발부 수용부(18)와 냉각부 수용부(28)는, 플랜지에 의해 접속되어 있다. 또한, 폭 방향(복수의 증발부 핀(14)이 배열하는 방향)에 관한 증발부 수용부(18)의 치수와 폭 방향에 관한 냉각부 수용부(28)의 치수는, 서로 동일하다.
냉각 매체 전열관(22)은, 냉각부 수용부(28) 내에 사행되도록 배치되어 있다. 구체적으로, 냉각 매체 전열관(22)은, 각각이 직선형으로 연장되는 형상을 갖는 복수의 관부와, 각 관부의 단부끼리를 접속하는 만곡부를 가지고 있고, 각 관부가 당해 관부의 축방향과 직교하는 방향(과급 공기가 흐르는 방향)에 따라 배열되도록 냉각부 수용부(28) 내에 배치되어 있다. 이 냉각 매체 전열관(22)에는, 당해 냉각 매체 전열관(22)에 접속된 냉각 매체 공급 유로에 마련된 냉각 매체 펌프(23)에 의해 냉각 매체가 공급된다.
각 냉각부 핀(24)은, 평판형으로 형성되어 있다. 각 냉각부 핀(24)은, 냉각 매체 전열관(22)의 관부 길이 방향을 따라서 서로 이격된 상태에서 당해 관부에 마련되어 있다. 구체적으로, 각 냉각부 핀(24)은, 서로 인접하는 냉각부 핀(24) 사이의 치수 P2가 각 증발부 핀(14) 사이의 치수 P1과 동등해지도록 관부에 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 냉각부 핀(24)은, 냉각 매체 전열관(22) 중 과급 공기가 흐르는 방향(관부의 축방향과 직교하는 방향)에 대해 가장 상류측에 배치된 관부(22u)로부터 가장 하류측에 배치된 관부(22d)에 이르도록 연장되는 플레이트 형상으로 형성되어 있다. 또한, 각 냉각부 핀(24)은, 각 증발부 핀(14)과 동일 평면 상에 위치하도록 배치되어 있다. 냉각부 핀(24)의 수는, 증발부 핀(14)의 수와 동일하게 설정되어 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에서는, 증발부 수용부(18) 내와 냉각부 수용부(28) 내가 서로 연통하고 있음과 함께 각 수용부(18, 28)의 폭 방향에 관한 치수가 동일하고, 또한, 각 증발부 핀(14) 사이의 치수 P1과 각 냉각부 핀(24) 사이의 치수 P2가 서로 동일하므로, 과급 공기가 각 수용부(18, 28) 내를 흐를 때의 저항이 저감된다. 따라서, 엔진(2)에 공급되는 과급 공기에 생기는 압력 손실 증대의 회피와 과급 공기의 열의 유효한 회수가 양립된다.
또한, 각 증발부 핀(14) 및 각 냉각부 핀(24)은, 각각 플레이트 형상으로 형성되어 있으므로, 과급 공기에 생기는 압력 손실이 보다 저감된다.
또한, 각 증발부 핀(14)과 각 냉각부 핀(24)은 각각 동일 평면 상에 마련되어 있기 때문에, 과급 공기에 생기는 압력 손실이 보다 저감된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 열 에너지 회수 장치(1)는, 복수의 연결 부재(15)를 더 갖고 있어도 된다. 각 연결 부재(15)는, 각 증발부 핀(14)과 각 냉각부 핀(24) 중 동일 평면 상에 존재하는 것끼리를 연결한다. 각 연결 부재(15)는, 서로 인접하는 증발부 핀(14) 사이의 공간으로부터 과급 공기의 흐름 방향에 대해 상기 공간의 하류측에 위치하는 냉각부 핀(24) 사이의 공간을 향하는 유로를 당해 유로에 인접하는 유로로부터 차단하는 형상을 가지며, 또한, 열적 절연성을 갖는 재료(세라믹 등)으로 이루어진다. 이 양태에서는, 각 핀(14, 24) 사이에 형성되는하나의 유로가 그 인접한 유로로부터 차단되므로, 과급 공기에 생기는 압력 손실이 더 저감된다. 또한, 각 연결 부재(15)는, 열적 절연성을 갖는 재료로 이루어지므로, 냉각 매체 전열관(22) 내를 흐르는 냉각 매체의 냉열이 냉각부 핀(24), 연결 부재(15) 및 증발부 핀(14)을 통하여 작동 매체 전열관(12) 내를 흐르는 작동 매체에 전해짐으로써 당해 작동 매체가 냉각되는 것, 즉, 동력 회수기(32)에서의 동력 회수량이 저감되는 것이 억제된다.
또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 증발부 핀(14) 및 각 냉각부 핀(24)은, 플레이트 형상이 아니고, 당해 핀(14, 24)이 마련되어 있는 관부에 인접하는 관부에 마련되어 있는 핀(14, 24)으로부터 이격되는 형상이어도 된다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 증발부 수용부(18) 및 냉각부 수용부(28)는, 일체적으로(단일 하우징으로서) 형성되어도 된다. 이 양태에서는, 2개의 수용부(18, 28)끼리를 접속하는 작업이 생략된다.
(제2 실시 형태)
다음에, 도 4 및 도 5를 참조하면서, 본 발명의 제2 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에 대해 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, 냉각 매체 전열관(22)이 2개의 유로를 가지고 있고, 각 유로를 흐르는 냉각 매체의 유량을 조정 가능하게 되어 있다. 구체적으로, 냉각 매체 전열관(22)은, 냉각 매체의 일부가 흐르는 제1 냉각관(22a)과, 냉각 매체의 잔부가 흐르는 제2 냉각관(22b)을 갖고 있다. 제1 냉각관(22a)에는, 당해 제1 냉각관(22a)에 접속된 제1 냉각 매체 공급 유로에 마련된 제1 펌프(23a)에 의해 냉각 매체가 공급된다. 제2 냉각관(22b)에는, 당해 제2 냉각관(22b)에 접속된 제2 냉각 매체 공급 유로에 마련된 제2 펌프(23b)에 의해 냉각 매체가 공급된다.
또한, 각 냉각부 핀(24)은, 제1 냉각관(22a)에 마련된 제1 냉각 핀(24a)과, 제2 냉각관(22b)에 마련된 제2 냉각 핀(24b)을 갖고 있다. 각 제2 냉각 핀(24b)은, 각 제1 냉각 핀(24a)으로부터 이격되고 또한 각 증발부 핀(14)에 접속되어 있다.
그리고, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)는, 각 냉각관(22a, 22b)을 흐르는 냉각 매체의 흐름을 조정하는 조정부(40)를 더 구비하고 있다. 조정부(40)는, 증발부(10)에 있어서의 작동 매체와 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안(정상 운전시)은, 냉각 매체가 제1 냉각관(22a)에만 흐르는 제1 상태로 하고, 증발부(10)에 있어서의 작동 매체와 과급 공기의 열 교환을 정지시키는 것을 나타내는 정지 신호(예를 들어 순환 펌프(36)를 정지시키는 신호)를 수신했을 때, 상기 제1 상태로부터 냉각 매체가 제1 냉각관(22a) 및 제2 냉각관(22b)의 양쪽에 흐르는 제2 상태로 전환한다. 본 실시 형태에서는, 조정부(40)는, 정상 운전 시에는 제1 펌프(23a)만을 구동하고(제2 펌프(23b)를 정지하고), 상기 정지 신호를 받았을 때 제2 펌프(23b)를 구동한다.
이하, 조정부(40)에 의한 제어 내용을, 도 5를 참조하면서 설명한다.
먼저, 조정부(40)는, 엔진(2)이 구동 중인지 여부를 판단한다(스텝 ST11). 이 결과, 엔진(2)이 구동 중이 아닌 경우, 다시 엔진(2)이 구동 중인지 여부를 판단하여, 엔진(2)이 구동 중인 경우, 순환 펌프(36), 제1 펌프(23a) 및 제2 펌프(23b)를 구동한다(스텝 ST12). 이 때문에, 작동 매체 및 냉각 매체에 의한 과급 공기의 냉각이 개시됨과 함께, 동력 회수기(32)에서의 동력의 회수가 개시된다.
다음에, 조정부(40)는, 정상 운전 상태가 되었는지의 여부(예를 들어, 동력 회수기(32)에서의 동력의 회수량이 안정되었는지 여부)를 판단한다(스텝 ST13). 그 결과, 정상 운전 상태가 되어 있지 않으면, 다시 스텝 ST11로 되돌아가는 한편, 정상 운전 상태가 되어 있으면, 조정부(40)는, 제2 펌프(23b)를 정지한다(제1 상태로 함)(스텝 ST13).
이 때문에, 작동 매체 전열관(12)을 흐르는 작동 매체 및 제1 냉각관(22a)을 흐르는 냉각 매체에 의해서만 과급 공기가 냉각된다. 또한, 증발부(10)에 있어서 과급 공기가 충분히 냉각되므로, 제2 펌프(23b)를 정지해도 엔진(2)에 공급되는 과급 공기의 온도는 충분히 저하된다.
그 후, 조정부(40)는, 정지 신호를 수신했는지 여부를 판단한다(스텝 ST15). 그 결과, 정지 신호를 수신하지 않은 경우, 다시 정지 신호를 수신했는지 여부를 판단하는 한편, 정지 신호를 수신한 경우, 순환 펌프(36)를 정지함과 함께 제2 펌프(23b)를 구동한다(제2 상태로 전환함)(스텝 ST16). 이 때문에, 제1 냉각관(22a)을 흐르는 냉각 매체 및 제2 냉각관(22b)을 흐르는 냉각 매체에 의해서만 과급 공기가 냉각된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 열 에너지 회수 장치(1)에서는, 증발부(10)에 있어서의 작동 매체와 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안(정상 운전시)은 작동 매체 전열관(12)을 흐르는 작동 매체와 제1 냉각관(22a)을 흐르는 냉각 매체로 과급 공기가 효과적으로 냉각되고, 상기 열 교환의 정지시(예를 들어 순환 펌프의 정지시)에는, 제1 냉각관(22a)을 흐르는 냉각 매체 및 제2 냉각관(22b)을 흐르는 냉각 매체의 양쪽으로 과급 공기가 유효하게 냉각된다.
또한, 각 제2 냉각 핀(24b)은, 각 제1 냉각 핀(24a)으로부터 이격되고 또한 각 증발부 핀(14)에 접속되어 있으므로, 정상 운전 시에 있어서의 제1 냉각관(22a)에서의 과급 공기의 냉각 중에 냉각 매체의 냉열이 제2 냉각 핀(24b) 및 증발부 핀(14)을 통하여 작동 매체 전열관(12) 내를 흐르는 작동 매체에 전해짐으로써 당해 작동 매체가 냉각되는 것, 즉, 동력 회수기(32)에서의 동력 회수량이 저감되는 것이 억제되고, 또한, 증발부 핀(14)과 제2 냉각 핀(24b)의 제조가 간소화된다.
또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 냉각관(22b)은, 작동 매체 전열관(12)의 각 관부 사이에 내장되어도 된다. 이 경우, 증발부 핀(14)의 일부가 제2 냉각 핀(24b)을 구성한다. 또한, 도 7은, 작동 매체 전열관(12)과 제2 냉각관(22b)의 배치의 일례를 나타내고 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 냉각관(22b)은, 제1 냉각관(22a)으로부터 분기되어 있어도 된다. 이 경우, 조정부(40)는, 제2 냉각관(22b)에 마련된 개폐 밸브 V의 개폐를 전환함으로써 상기 제1 상태와 상기 제2 상태를 전환한다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기 한 실시 형태의 설명이 아니고 특허 청구 범위에 의해 나타내며, 또한 특허 청구 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 증발부 핀(14)의 수와 냉각부 핀(24)의 수는, 서로 상이해도 된다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서, 제2 냉각 핀(24b)은, 증발부 핀(14)으로부터 이격되고 또한 제1 냉각 핀(24a)에 접속되어 있어도 된다.
1: 열 에너지 회수 장치
2: 엔진
3: 과급기
4: 터빈
5: 컴프레서
10: 증발부
12: 작동 매체 전열관
12u: 관부
12d: 관부
14: 증발부 핀
18: 증발부 수용부
20: 냉각부
22: 냉각 매체 전열관
22a: 제1 냉각관
22b: 제2 냉각관
22u: 관부
22d: 관부
24: 냉각부 핀
24a: 제1 냉각 핀
24b: 제2 냉각 핀
28: 냉각부 수용부
30: 팽창기
32: 동력 회수기
34: 응축기
36: 순환 펌프
38: 순환 유로
40: 조정부

Claims (8)

  1. 과급기로부터 토출된 과급 공기를 엔진에 공급하기 위한 급기 라인에 마련되는 증발부이며, 상기 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 것과,
    상기 과급 공기와 상기 증발부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 증발부를 수용하는 증발부 수용부와,
    상기 급기 라인 중 상기 증발부의 하류측의 부위에 마련되는 냉각부이며, 상기 증발부를 통과한 과급 공기와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 상기 과급 공기를 냉각하는 것과,
    상기 증발부를 통과한 과급 공기와 상기 냉각부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 냉각부를 수용하는 냉각부 수용부와,
    상기 증발부로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발부로 보내는 순환 펌프를 구비하고,
    상기 증발부는,
    상기 작동 매체가 흐르는 작동 매체 전열관과,
    상기 작동 매체 전열관의 길이 방향을 따라서 서로 이격된 상태에서 상기 작동 매체 전열관에 마련되어 있으며, 또한, 평판형으로 형성된 복수의 증발부 핀을 갖고,
    상기 냉각부는,
    상기 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 전열관과,
    상기 냉각 매체 전열관의 길이 방향을 따라서 서로 이격된 상태에서 상기 냉각 매체 전열관에 마련되어 있으며, 또한, 평판형으로 형성된 복수의 냉각부 핀을 갖고,
    상기 냉각부 수용부는, 당해 냉각부 수용부 내와 상기 증발부 수용부 내가 서로 연통되도록 상기 증발부 수용부에 접속되어 있고,
    상기 복수의 증발부 핀이 배열하는 방향인 폭 방향에 관한 상기 증발부 수용부의 치수와 상기 폭 방향에 관한 상기 냉각부 수용부의 치수가 서로 동일하고,
    각 증발부 핀 사이의 치수와 각 냉각부 핀 사이의 치수가 서로 동일한, 열 에너지 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작동 매체 전열관은, 상기 증발부 수용부 내에서 사행되도록 배치되어 있고,
    각 증발부 핀은, 상기 작동 매체 전열관 중 상기 과급 공기가 흐르는 방향에 대해 가장 상류측에 배치된 관부로부터 가장 하류측에 배치된 관부에 이르도록 연장하는 플레이트 형상으로 형성되어 있고,
    상기 냉각 매체 전열관은, 상기 냉각부 수용부 내에서 사행되도록 배치되어 있고,
    각 냉각부 핀은, 상기 냉각 매체 전열관 중 상기 과급 공기가 흐르는 방향에 대해 가장 상류측에 배치된 관부로부터 가장 하류측에 배치된 관부에 이르도록 연장하는 플레이트 형상으로 형성되어 있는, 열 에너지 회수 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증발부 핀의 수와 상기 냉각부 핀의 수가 서로 동일하고, 또한, 각 증발부 핀과 각 냉각부 핀은 각각 동일 평면 상에 마련되어 있는, 열 에너지 회수 장치.
  4. 제3항에 있어서, 각 증발부 핀과 각 냉각부 핀 중 동일 평면 상에 존재하는 것끼리를 연결하는 연결 부재를 더 구비하고,
    각 연결 부재는, 서로 인접하는 증발부 핀 사이의 공간으로부터 상기 과급 공기의 흐름 방향에 대해 상기 공간의 하류측에 위치하는 상기 냉각부 핀 사이의 공간을 향하는 유로를 당해 유로에 인접하는 유로로부터 차단하는 형상을 가지며, 또한, 열적 절연성을 갖는 재료를 포함하는, 열 에너지 회수 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발부 수용부 및 상기 냉각부 수용부는, 일체적으로 형성되어 있는, 열 에너지 회수 장치.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 매체의 흐름을 조정하는 조정부를 더 구비하고,
    상기 냉각 매체 전열관은,
    상기 냉각 매체의 일부가 흐르는 제1 냉각관과,
    상기 냉각 매체의 잔부가 흐르는 제2 냉각관을 갖고,
    상기 복수의 냉각부 핀은,
    상기 제1 냉각관에 마련된 복수의 제1 냉각 핀과,
    상기 제2 냉각관에 마련된 복수의 제2 냉각 핀을 갖고,
    상기 조정부는, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안은, 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관에만 흐르는 제1 상태로 하고, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환을 정지시키는 것을 나타내는 정지 신호를 수신했을 때, 상기 제1 상태로부터 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관 및 상기 제2 냉각관의 양쪽에 흐르는 제2 상태로 전환하는, 열 에너지 회수 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 냉각관은, 상기 작동 매체 전열관 중 상기 과급 공기가 흐르는 방향에 대해 서로 인접하는 관부간에 배치되어 있고,
    각 제2 냉각 핀은, 각 제1 냉각 핀으로부터 이격되고 또한 각 증발부 핀에 접속되어 있는, 열 에너지 회수 장치.
  8. 과급기로부터 토출된 과급 공기를 엔진에 공급하기 위한 급기 라인에 마련되는 증발부이며, 상기 과급 공기와 작동 매체를 열 교환시킴으로써 상기 작동 매체를 증발시키는 것과,
    상기 과급 공기와 상기 증발부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 증발부를 수용하는 증발부 수용부와,
    상기 급기 라인 중 상기 증발부의 하류측의 부위에 마련되는 냉각부이며, 상기 증발부를 통과한 과급 공기와 냉각 매체를 열 교환시킴으로써 상기 과급 공기를 냉각하는 것과,
    상기 증발부를 통과한 과급 공기와 상기 냉각부의 열적인 접촉이 가능하게 되도록 상기 냉각부를 수용하는 냉각부 수용부와,
    상기 증발부로부터 유출된 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창기에 접속된 동력 회수기와,
    상기 팽창기로부터 유출된 작동 매체를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기로부터 유출된 작동 매체를 상기 증발부로 보내는 순환 펌프와,
    상기 냉각 매체의 흐름을 조정하는 조정부를 구비하고,
    상기 냉각부는,
    상기 냉각 매체의 일부가 흐르는 제1 냉각관과,
    상기 냉각 매체의 잔부가 흐르는 제2 냉각관을 갖고,
    상기 조정부는, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환이 행해지고 있는 동안은, 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관에만 흐르는 제1 상태로 하고, 상기 증발부에 있어서의 상기 작동 매체와 상기 과급 공기의 열 교환을 정지시키는 것을 나타내는 정지 신호를 수신했을 때, 상기 제1 상태로부터 상기 냉각 매체가 상기 제1 냉각관 및 상기 제2 냉각관의 양쪽으로 흐르는 제2 상태로 전환하는, 열 에너지 회수 장치.
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