KR20200016914A - 열 에너지 회수 장치 - Google Patents

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시게토 아다치
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수함과 함께, 그 배가스를 원활하게 외부로 배출하는 것을 가능하게 하는 열 에너지 회수 장치를 제공한다.
열 에너지 회수 장치(1)는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스가 흐르는 배가스 경로(100)와 열 매체가 흐르는 열 매체 경로(12)에 접속되고, 배가스 경로(100)로부터 유입되는 배가스와 열 매체 경로(12)로부터 유입되는 열 매체 사이에서 열 교환함으로써 열 매체를 가열하는 이코노마이저(11)와, 열 매체 경로(12)에 접속되고, 이코노마이저(11)로 가열된 열 매체의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수부(10)와, 배가스 경로(100)에 배치되고, 배가스 경로(100)를 흐르는 배가스를 승압시키는 송풍 기구(30)를 구비하고 있다.

Description

열 에너지 회수 장치 {THERMAL ENERGY RECOVERY DEVICE}
본 발명은 열 에너지 회수 장치에 관한 것이다.
종래, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수 장치가 알려져 있다. 이 열 에너지 회수 장치는, 가열기, 팽창기, 발전기, 응축기, 순환 펌프 및 이들 기기를 접속하는 배관을 갖고 있고, 이 배관을 통하여 저비점의 작동 매체를 각 기기에 유통시키는 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle: ORC)을 구성하고 있다. 그리고, 배가스 이코노마이저에 있어서 배가스의 열을 이용하여 발생시킨 증기를 가열기에 유입시키고, 가열기에 있어서 증기에 의해 작동 매체를 가열하고, 증발된 작동 매체에 의해 발전기의 로터를 회전시킴으로써, 배가스의 열 에너지가 전기 에너지로서 회수된다.
일본 특허 공개 제2016-200048호 공보
특허문헌 1에서는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스는, 과급기의 터빈 및 배가스 이코노마이저를 순서대로 통과한 후, 외부로 배출된다. 여기서, 배가스 이코노마이저에 있어서 배가스의 열을 이용하여 증기를 발생시킬 수 있는 한편, 배가스 이코노마이저를 통과할 때에 배가스의 압력 손실이 증가되어 버린다. 이 때문에, 배가스를 원활하게 외부로 배출하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수함과 함께, 그 배가스를 원활하게 외부로 배출하는 것을 가능하게 하는 열 에너지 회수 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 관한 열 에너지 회수 장치는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수하는 장치이다. 이 열 에너지 회수 장치는, 상기 배가스가 흐르는 배가스 경로와 열 매체가 흐르는 열 매체 경로에 접속되고, 상기 배가스 경로로부터 유입되는 상기 배가스와 상기 열 매체 경로로부터 유입되는 상기 열 매체 사이에서 열 교환함으로써 상기 열 매체를 가열하는 이코노마이저와, 상기 열 매체 경로에 접속되고, 상기 이코노마이저에서 가열된 상기 열 매체의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수부와, 상기 배가스 경로에 배치되고, 상기 배가스 경로를 흐르는 상기 배가스를 승압시키는 송풍 기구를 구비하고 있다.
이 열 에너지 회수 장치에 의하면, 이코노마이저에 있어서 배가스와의 열 교환에 의해 열 매체를 가열하고, 가열된 열 매체의 열 에너지를 열 에너지 회수부에 있어서 회수함으로써, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수할 수 있다. 여기서, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스가 이코노마이저를 통과할 때, 배가스의 압력 손실이 커지는 경우가 있다. 이에 반하여, 이 열 에너지 회수 장치에서는, 배가스 경로에 배치된 송풍 기구에 의해 배가스를 승압시킬 수 있기 때문에, 이코노마이저의 통과 시에 발생되는 배가스의 압력 손실을 보충할 수 있다. 따라서, 이 열 에너지 회수 장치에 의하면, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수함과 함께, 그 배가스를 원활하게 외부로 배출하는 것이 가능해진다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 열 에너지 회수부는, 상기 이코노마이저에서 가열된 상기 열 매체와 작동 매체 사이에서 열 교환함으로써 상기 작동 매체를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에서 가열된 증기형의 상기 작동 매체의 에너지를 전기 에너지로서 회수하는 회수기를 갖고 있어도 된다. 이 열 에너지 회수 장치는, 상기 송풍 기구의 구동 에너지로서, 상기 회수기에 의해 회수된 전기 에너지가 사용되도록 구성되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 배가스의 열 에너지를 이용하여 발생시킨 전기 에너지를 송풍 기구의 구동에 사용함으로써, 별도의 전원으로부터 송풍 기구에 공급하는 전력을 보다 적게 할 수 있다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 송풍 기구는, 상기 배가스의 흐름 방향에 있어서 상기 이코노마이저보다도 하류측에 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 이코노마이저에서 열 교환에 제공된 후의 배가스가 송풍 기구를 통과하기 때문에, 내연 기관으로부터 배출된 직후의 고온 배가스가 송풍 기구를 통과하는 경우에 비하여, 송풍 기구의 열 손상을 보다 경감할 수 있다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 이코노마이저는, 상기 배가스가 통과하는 공간을 갖는 셸과, 상기 공간에 배치됨과 함께 상기 열 매체가 흐르는 튜브를 갖고 있어도 된다. 상기 이코노마이저는, 상기 공간을 규정하는 상기 셸의 내면이 상기 배가스 경로의 내면과 단차가 없도록 상기 배가스 경로에 접속되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 이코노마이저와 배가스 경로의 접속부에 있어서 배가스를 원활하게 흘릴 수 있기 때문에, 당해 접속부에 있어서의 배가스의 압력 손실을 작게 할 수 있다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 송풍 기구가 복수 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 복수의 송풍 기구를 사용하여 배가스를 승압시킴으로써, 이코노마이저의 통과 시에 발생되는 압력 손실을 보다 확실하게 보충할 수 있다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 복수의 상기 송풍 기구는, 상기 배가스 경로의 폭 방향으로 배열하여 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 배가스 경로의 폭 방향으로 배열되는 복수의 송풍 기구를 사용함으로써, 배가스 경로의 폭이 큰 경우에도, 배가스를 확실하게 승압시킬 수 있다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 이코노마이저는, 상기 배가스의 흐름 방향에 있어서 직렬로 복수 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 복수의 이코노마이저를 사용함으로써, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 고효율로 회수할 수 있다. 게다가, 복수의 이코노마이저를 직렬로 배치함으로써 스페이스 효율의 면에 있어서도 유리하다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 배가스 경로는, 복수의 경로로 분지되어 있어도 된다. 상기 이코노마이저는, 상기 복수의 경로의 각각에 배치되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 복수의 이코노마이저를 병렬로 배치함으로써, 직렬 배치의 경우에 비하여 배가스의 압력 손실을 보다 작게 할 수 있다.
상기 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 배가스는, JIS K 2205에 규정되는 A중유 또는 JIS K 2205에 규정되는 C중유이며 황 성분이 2.0질량％ 이하가 될 때까지 정제된 것을 연료로 하여 상기 내연 기관에서 연소시켰을 때에 배출되는 것이어도 된다. 이 열 에너지 회수 장치에 있어서, 상기 이코노마이저로부터 유출되는 상기 배가스의 온도가 130℃ 미만이 되어도 된다.
황 성분이 2.0질량％ 이하인 A중유 또는 황 성분이 2.0질량％ 이하가 될 때까지 정제된 C중유를 연료로 한 경우에는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 산노점이 낮아진다. 이 때문에, 이코노마이저로부터 유출되는 배가스의 온도를 130℃ 미만까지 저하시켜도, 배가스가 액화하여 배가스 경로의 배관이나 굴뚝이 부식되는 문제를 회피할 수 있다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수함과 함께, 배가스를 원활하게 외부로 배출하는 것을 가능하게 하는 열 에너지 회수 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 열 에너지 회수 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1 중의 영역(II)에 있어서의 이코노마이저와 배가스 경로의 접속부의 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 열 에너지 회수 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 실시 형태 2의 변형예에 있어서의 송풍 기구의 배치를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 열 에너지 회수 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 열 에너지 회수 장치를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 도면에 기초하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 열 에너지 회수 장치에 대해 상세하게 설명한다.
(실시 형태 1)
먼저, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 열 에너지 회수 장치(1)에 대해, 도 1을 주로 참조하여 설명한다. 도 1은, 실시 형태 1에 관한 열 에너지 회수 장치(1)의 구성을 모식적으로 도시하고 있다.
열 에너지 회수 장치(1)는, 예를 들어 선박에 탑재됨으로써, 선박 추진용 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수하는 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선 내에는, 선박 추진용 내연 기관(디젤 엔진)과, 이 내연 기관으로부터 배출되는 배가스가 흐르는 배가스 경로(100)와, 과급기(90)가 배치되어 있다. 내연 기관으로부터 배출되는 배가스는, 배가스 경로(100)를 통하여 선외로 배출된다. 과급기(90)는, 터보 차저이며, 배가스의 흐름을 받아서 회전하는 터빈(92)과, 이 터빈(92)의 회전에 의해 구동하는 압축기(91)를 갖고 있다. 압축기(91)는, 외부로부터 도입된 공기를 압축하여 내연 기관에 보낸다. 본 실시 형태에 있어서, 내연 기관은, A중유(JIS K 2205 1991), 또는 황 성분이 2.0질량％ 이하가 될 때까지 정제된 C중유(JIS K 2205 1991)를 연료로서 연소시킨다. 또한, 본 발명에서는 내연 기관의 연료는 이들에 한정되지 않고, 예를 들어 정제 전의 C중유나 액화 천연 가스(LNG; Liquified Natural Gas)여도 된다.
열 에너지 회수 장치(1)는, 복수의 이코노마이저(11)(제1 이코노마이저(11A), 제2 이코노마이저(11B), 제3 이코노마이저(11C))와, 복수의 열 에너지 회수부(10)(제1 열 에너지 회수부(10A), 제2 열 에너지 회수부(10B), 제3 열 에너지 회수부(10C))와, 송풍 기구(30)를 주로 구비하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 복수의 이코노마이저(11)는, 배가스의 흐름 방향에 있어서(배가스 경로(100)의 상류측에서 하류측을 향해) 직렬로 배치되어 있다. 열 에너지 회수부(10)는, 이코노마이저(11)와 동일 수(본 실시 형태에서는 3개)만큼 설치되어 있다.
선 내에는, 예를 들어 물 등의 열 매체가 흐르는 복수의 열 매체 경로(12)(제1 열 매체 경로(12A), 제2 열 매체 경로(12B), 제3 열 매체 경로(12C))가 설치되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 열 매체 경로(12A)는, 제1 이코노마이저(11A)와 제1 열 에너지 회수부(10A)에 접속되어 있고, 제1 이코노마이저(11A)와 제1 열 에너지 회수부(10A) 사이에서 열 매체를 순환시킨다. 제1 열 매체 경로(12A)는, 제1 이코노마이저(11A)로부터 제1 열 에너지 회수부(10A)에 열 매체를 보내는 이송측 경로(12AA)와, 제1 열 에너지 회수부(10A)로부터 제1 이코노마이저(11A)에 열 매체를 복귀시키는 복귀측 경로(12AB)를 갖고 있다. 동일하게, 제2 열 매체 경로(12B)는, 제2 이코노마이저(11B)와 제2 열 에너지 회수부(10B)에 접속되어 있고, 제2 이코노마이저(11B)와 제2 열 에너지 회수부(10B) 사이에서 열 매체를 순환시킨다. 또한 제3 열 매체 경로(12C)는, 제3 이코노마이저(11C)와 제3 열 에너지 회수부(10C)에 접속되어 있고, 제3 이코노마이저(11C)와 제3 열 에너지 회수부(10C) 사이에서 열 매체를 순환시킨다.
이코노마이저(11)는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스와 물(열 매체) 사이에서 열 교환함으로써 물을 가열하여, 수증기 또는 온수를 발생시키는 열 교환기이다. 이코노마이저(11)는, 배가스 경로(100)와, 열 매체 경로(12)에 접속되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배가스 경로(100)는, 내연 기관으로부터 과급기(90)의 터빈(92)으로 배가스를 유도하는 제1 배가스 경로(101)와, 터빈(92)으로부터 제1 이코노마이저(11A)로 배가스를 유도하는 제2 배가스 경로(102)와, 제1 이코노마이저(11A)로부터 제2 이코노마이저(11B)로 배가스를 유도하는 제3 배가스 경로(103)와, 제2 이코노마이저(11B)로부터 제3 이코노마이저(11C)로 배가스를 유도하는 제4 배가스 경로(104)와, 제3 이코노마이저(11C)로부터 선외로 배가스를 유도하는 제5 배가스 경로(105)를 갖고 있다.
제1 이코노마이저(11A)에는, 그 일단부측에 제2 배가스 경로(102)가 접속됨과 함께, 타단부측에 제3 배가스 경로(103)가 접속되어 있다. 제2 이코노마이저(11B)에는, 그 일단부측에 제3 배가스 경로(103)가 접속됨과 함께, 타단부측에 제4 배가스 경로(104)가 접속되어 있다. 제3 이코노마이저(11C)에는, 그 일단부측에 제4 배가스 경로(104)가 접속됨과 함께, 타단부측에 제5 배가스 경로(105)가 접속되어 있다. 이 때문에, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스를 과급기(90)의 터빈(92)에 통과시킨 후, 제1 내지 제3 이코노마이저(11A, 11B, 11C)를 순서대로 통과시키고, 그 후 선외로 배출할 수 있다. 그리고, 각 이코노마이저(11)에 있어서, 배가스 경로(100)로부터 유입되는 배가스와 열 매체 경로(12)로부터 유입되는 물 사이에서 열 교환을 행할 수 있다.
도 2는, 도 1 중의 영역(II)에 있어서의 이코노마이저(11)와 배가스 경로(100)의 접속부의 구성을 나타내고 있다. 또한, 도 2에서는, 제1 이코노마이저(11A)와 배가스 경로(100)의 접속부가 도시되어 있지 않지만, 제2, 제3 이코노마이저(11B, 11C)와 배가스 경로(100)의 접속부와 동일하게 구성되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제3 배가스 경로(103)는, 배가스(G)가 흐르는 공간(103D)이 설치된 통형의 부재를 포함하고 있다. 동일하게, 제4, 제5 배가스 경로(104, 105), 배가스(G)가 흐르는 공간(104D, 105D)이 설치된 통형의 부재를 포함하고 있다.
제4 배가스 경로(104)의 상단 및 하단에는, 직경 방향 외측으로 펼쳐지는 상단 플랜지(104C) 및 하단 플랜지(104B)가 각각 설치되어 있다. 동일하게, 제3 배가스 경로(103)의 상단에도 직경 방향 외측으로 펼쳐지는 상단 플랜지(103C)가 설치되어 있고, 제5 배가스 경로(105)의 하단에도 직경 방향 외측에 넓어지는 하단 플랜지(105B)가 설치되어 있다. 또한, 제3 배가스 경로(103)의 하단에도 하단 플랜지가 설치되어 있지만, 도 2에서는 생략되어 있다.
제2 이코노마이저(11B)는, 예를 들어 셸 앤드 튜브식 열 교환기이며, 배가스(G)가 통과하는 공간(51D)을 갖는 셸(51)과, 이 공간(51D)에 배치되는 사행형의 튜브(52)(전열관)를 갖고 있다. 셸(51)의 공간(51D)은, 상류측의 제3 배가스 경로(103)의 공간(103D) 및 하류측의 제4 배가스 경로(104)의 공간(104D)에 연통되어 있다. 튜브(52)는, 제2 열 매체 경로(12B)로부터 이송되는 물(열 매체)이 흐르는 것이며, 제2 열 매체 경로(12B)의 복귀측 경로가 접속되는 열 매체 입구(52A)와, 제2 열 매체 경로(12B)의 이송측 경로가 접속되는 열 매체 출구(52B)를 갖는다.
제2 이코노마이저(11B)에 의하면, 제3 배가스 경로(103)로부터 셸(51)의 공간(51D)에 유입되는 배가스와, 제2 열 매체 경로(12B)(복귀측 유로)로부터 튜브(52) 내에 유입되는 물 사이에서 열 교환을 행할 수 있다. 그리고, 배가스와의 열 교환에 의해 발생된 수증기를, 제2 열 매체 경로(12B)의 이송측 유로를 통하여 제2 열 에너지 회수부(10B)에 보낼 수 있다.
제3 이코노마이저(11C)도, 제2 이코노마이저(11B)와 동일한 셸 앤드 튜브식 열 교환기를 포함하고 있으며, 배가스(G)가 통과하는 공간(41D)을 갖는 셸(41)과, 이 공간(41D)에 배치됨과 함께 제3 열 매체 경로(12C)로부터 유입되는 물(열 매체)이 흐르는 튜브(42)를 갖고 있다. 또한 제1 이코노마이저(11A)도, 제2, 제3 이코노마이저(11B, 11C)와 동일한 구성을 갖는 셸 앤드 튜브식 열 교환기를 포함하고 있다.
제2 이코노마이저(11B)의 셸(51)의 상단 및 하단에는, 직경 방향 외측으로 펼쳐지는 상단 플랜지(51B) 및 하단 플랜지(51C)가 설치되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셸(51)은 상단 플랜지(51B)가 제4 배가스 경로(104)의 하단 플랜지(104B)에 접촉함과 함께, 하단 플랜지(51C)가 제3 배가스 경로(103)의 상단 플랜지(103C)에 접촉된 상태로 고정되어 있다. 양 플랜지는, 예를 들어 볼트 등의 체결 부재(도시 생략)를 관통시킴으로써 서로 고정된다.
이와 동일하게, 제3 이코노마이저(11C)의 셸(41)의 상단 및 하단에도, 직경 방향 외측으로 펼쳐지는 상단 플랜지(41B) 및 하단 플랜지(41C)가 설치되어 있다. 그리고, 셸(41)은, 상단 플랜지(41B)가 제5 배가스 경로(105)의 하단 플랜지(105B)에 접촉함과 함께, 하단 플랜지(41C)가 제4 배가스 경로(104)의 상단 플랜지(104C)에 접촉된 상태로 고정되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 이코노마이저(11B)는 공간(51D)을 규정하는 셸(51)의 내면(51A)이 제3, 제4 배가스 경로(103, 104)의 내면(103A, 104A)과 단차가 없도록, 제3, 제4 배가스 경로(103, 104)에 각각 접속되어 있다. 즉, 셸(51)의 내면(51A)과 제3 배가스 경로(103)의 내면(103A)의 접속부에 있어서 단차가 형성되어 있지 않고, 또한 셸(51)의 내면(51A)과 제4 배가스 경로(104)의 내면(104A)의 접속부에 있어서도 단차가 형성되어 있지 않다. 이 때문에, 제2 이코노마이저(11B)와 제3, 제4 배가스 경로(103, 104)의 접속부에 있어서의 배가스(G)의 흐름의 혼란이 억제되어, 그 결과 배가스(G)의 압력 손실을 억제할 수 있다. 이와 동일하게, 제3 이코노마이저(11C)도, 공간(41D)을 규정하는 셸(41)의 내면(41A)이 제4, 제5 배가스 경로(104, 105)의 내면(104A, 105A)과 단차가 없도록, 제4, 제5 배가스 경로(104, 105)에 각각 접속되어 있다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 이코노마이저(11)의 셸 내면과 배가스 경로(100)의 내면이 단차가 없는 경우에 한정되지는 않고, 이코노마이저(11)의 셸 내면과 배가스 경로(100)의 내면의 접속부에 있어서 단차가 형성되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 배가스의 온도는, 과급기(90)의 터빈(92)의 출구에 있어서 2백수십도이며, 제3 이코노마이저(11C)의 출구에 있어서 130℃ 미만(예를 들어 100℃ 정도)으로까지 낮아진다. 여기서, 황 성분이 많은 C중유 등이 내연 기관의 연료로서 사용되는 경우에는, 배가스의 온도가 130℃ 미만까지 저하되면, 배가스의 액화에 의해 배가스 경로(100)를 구성하는 통형의 부재(배관이나 굴뚝 등)의 부식이 문제가 된다. 이에 반하여, 본 실시 형태에서는, A중유 또는 정제된 C중유가 내연 기관의 연료로서 사용되기 때문에, 배가스의 산노점이 더욱 낮아져 있다. 이 때문에, 배가스의 온도를 제3 이코노마이저(11C)의 출구에 있어서 130℃ 미만까지 저하시켰다고 해도, 상술한 바와 같이 부식의 문제를 회피할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열 에너지 회수부(10)는, 열 매체 경로(12)에 접속되어 있고, 이코노마이저(11)로 가열된 열 매체(수증기)의 열 에너지를 회수하는 부분이다. 본 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 열 에너지 회수부(10A, 10B, 10C)는, 각각 동일한 구성을 갖고 있다. 여기에서는, 제1 열 에너지 회수부(10A)의 구성에 대해서만 설명하고, 제2, 제3 열 에너지 회수부(10B, 10C)의 설명에 대해서는 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 열 에너지 회수부(10A)는, 순환 펌프(18)와, 가열기(13)와, 팽창기(15) 및 발전기(16)를 포함하는 발전 장치(14)와, 응축기(17)와, 이들 기기를 순서대로 접속함과 함께 저비점의 작동 매체가 순환하는 순환 경로(20)를 갖고 있다. 이들 구성 요소에 의해, 유기 랭킨 사이클이 구성되어 있다.
순환 경로(20)는, 순환 펌프(18)로부터 토출된 작동 매체를, 가열기(13), 팽창기(15) 및 응축기(17)의 각 기기를 순서대로 거쳐서 다시 순환 펌프(18)에 흡입시키는 것이며, 본 실시 형태에서는 제1 내지 제4 배관(21 내지 24)을 포함하고 있다. 작동 매체로는, 예를 들어 R245fa 등의 프레온계 매체를 사용할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
제1 배관(21)은, 순환 펌프(18)의 토출구와 가열기(13)에 있어서의 작동 매체의 입구를 접속하고 있다. 제2 배관(22)은, 가열기(13)에 있어서의 작동 매체의 출구와 팽창기(15)를 접속하고 있다. 제3 배관(23)은, 팽창기(15)와 응축기(17)에 있어서의 작동 매체의 입구를 접속하고 있다. 제4 배관(24)은, 응축기(17)에 있어서의 작동 매체의 출구와 순환 펌프(18)의 흡입구를 접속하고 있다.
순환 펌프(18)는, 예를 들어 전동 펌프이며, 작동 매체를 가압하고, 가압된 작동 매체를 제1 배관(21)을 통하여 가열기(13)에 공급한다. 순환 펌프(18)의 동작은, 제어부(60)에 의해 컨트롤된다.
가열기(13)는, 제1 이코노마이저(11A)로 가열된 열 매체(수증기)와 순환 펌프(18)에 의해 이송되는 작동 매체 사이에서 열 교환함으로써 작동 매체를 가열한다. 가열기(13)는, 순환 펌프(18)에 의해 이송되는 작동 매체가 흐르는 제1 유로(13A)와, 이송측 경로(12AA)로부터 유입되는 수증기가 흐르는 제2 유로(13B)를 갖고 있다. 가열기(13)는, 제1 유로(13A)를 흐르는 작동 매체와 제2 유로(13B)를 흐르는 수증기 사이에서 열 교환을 행한다. 이 때문에, 작동 매체가 수증기에 의해 가열되어 증발된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 가열기(13)는, 수증기와의 열 교환에 의해 작동 매체를 증발시키는 증발기로서 기능한다. 또한, 가열기(13)에 있어서 작동 매체와 열 교환한 후의 수증기(또는 당해 열 교환에 의해 수증기가 응축하여 발생되는 물)는, 복귀측 경로(12AB)를 통하여 제1 이코노마이저(11A)로 복귀된다.
발전 장치(14)는, 팽창기인 스크루식의 터빈(15)과, 터빈(15)에 접속된 발전기(16)를 포함하고, 이들이 공통된 하우징(도시 생략)에 수용된 구성을 갖고 있다. 터빈(15)은, 제2 배관(22)을 통하여 가열기(13)로부터 유입되는 작동 매체의 압력과 제3 배관(23)을 통하여 응축기(17)를 향하여 유출되는 작동 매체의 압력의 차에 의해 회전 구동한다. 발전기(16)는, 터빈(15)의 회전에 의해 발전함으로써, 가열기(13)로 가열된 증기형의 작동 매체의 에너지를 전기 에너지로서 회수하는 회수기로서 기능한다. 또한, 회수기는, 발전기(16)에 한정되는 것은 아니다. 또한 터빈(15)으로서는, 스크롤식 등의 용적형의 터빈이나 원심형 가스 터빈 등의 비용적형의 터빈을 사용할 수도 있다.
응축기(17)는, 팽창기(15)로부터 이송되는 작동 매체가 흐르는 제1 유로(17A)와, 예를 들어 냉각수 등의 냉각 매체가 흐르는 제2 유로(17B)를 갖고 있다. 제2 유로(17B)에는, 클링타워(도시 생략) 등의 냉각수원으로부터 냉각수 순환 펌프 등에 의해 냉각수가 공급된다. 응축기(17)는, 제1 유로(17A)를 흐르는 작동 매체와 제2 유로(17B)를 흐르는 냉각 매체 사이에서 열 교환을 행한다. 이 때문에, 작동 매체가 냉각 매체에 의해 냉각되어 응축한다.
다음에, 열 에너지 회수 장치(1)에 있어서의 중요한 구성 요소인 송풍 기구(30)에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 송풍 기구(30)는, 제5 배가스 경로(105)에 배치되어 있다. 즉, 송풍 기구(30)는, 배가스의 흐름 방향에 있어서 제3 이코노마이저(11C)(최하류에 위치하는 이코노마이저(11))보다도 하류측에 배치되어 있다. 또한, 송풍 기구(30)의 위치는 이에 한정되지 않고, 제3, 제4 배가스 경로(103, 104)(이코노마이저(11)끼리의 사이)에 배치되어 있어도 되고, 제2 배가스 경로(102)(최상류에 위치하는 제1 이코노마이저(11A)보다도 상류측)에 배치되어 있어도 된다.
송풍 기구(30)는, 예를 들어 축류 팬이며, 모터(31)와, 모터(31)의 회전축(31A)에 접속된 프로펠러(32)를 가지고 있으며, 모터(31)가 회전 구동함으로써 프로펠러(32)가 회전하도록 구성되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송풍 기구(30)는, 회전축(31A)이 배가스의 흐름 방향을 따른 상태에서 제5 배가스 경로(105)의 통 내에 수용되어 있다. 송풍 기구(30)에 의하면, 프로펠러(32)를 회전시킴으로써 제5 배가스 경로(105)를 흐르는 배가스를 상류측에서 흡입함과 함께 승압시키고, 승압시킨 배가스를 하류측으로 토출할 수 있다.
모터(31)는, 외부 전원(도시 생략)으로부터 공급되는 전력 외에도, 열 에너지 회수부(10)의 회수기에 의해 회수된 전기 에너지, 즉 발전기(16)에서 발생시킨 전기 에너지를 보조 전력으로서 구동하도록 구성되어 있다. 즉, 송풍 기구(30)의 구동 에너지로서, 발전기(16)에 있어서 발생시킨 전기 에너지를 이용하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 모터(31)는, 발전기(16)에 있어서 발생시킨 전기 에너지를 이용하지 않고, 외부 전원으로부터 공급되는 전력만으로 구동해도 된다.
열 에너지 회수 장치(1)에 있어서는, 복수의 이코노마이저(11)를 배가스 경로(100)의 도중에 배치함으로써, 배가스의 열을 이용하여 수증기를 발생시킬 수 있지만, 이코노마이저(11)를 통과할 때에 배가스의 압력 손실이 문제가 된다. 도 2에서는, 이코노마이저(11)의 튜브(42, 52)가 간략화하여 도시되어 있지만, 실제로는 셸(41, 51)의 직경 방향 단면의 대부분을 차지하게 튜브(42, 52)가 배치되어 있다. 이 때문에, 각 이코노마이저(11)의 셸(41, 51) 내에 있어서, 튜브(42, 52)의 존재에 의해 배가스의 흐름이 흐트러지는 경우가 있다. 그 결과, 배가스의 압력 손실이 커지고, 배가스를 원활하게 선외로 배출하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 특히, 본 실시 형태와 같이, 복수의 이코노마이저(11)가 배가스의 흐름 방향에 있어서 직렬로 배치되는 경우에는, 이 문제가 현저하다.
이에 반하여, 본 실시 형태에 관한 열 에너지 회수 장치(1)에 의하면, 배가스 경로(100)에 송풍 기구(30)를 배치하고, 이 송풍 기구(30)에 의해 배가스를 승압시킴으로써, 각 이코노마이저(11)의 통과 시에 발생되는 배가스의 압력 손실을 보충할 수 있다. 이 때문에, 각 이코노마이저(11)에 있어서 배가스의 열 에너지를 회수함과 함께, 배가스를 원활하게 선외로 배출하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 송풍 기구의 일례로서, 배가스가 회전축(31A)에 따라 직선적으로 흐르는 축류 송풍기에 대해 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 있어서의 송풍 기구는, 예를 들어 승압된 배가스가 직경 방향 외측을 향하여 토출되는 원심 송풍기(시로코 팬, 터보 팬 등)여도 되고, 배가스가 팬의 회전축에 대해 경사 방향으로 흐르는 사류(斜流) 송풍기여도 된다. 그러나, 원심 송풍기나 사류 송풍기에서는, 배가스 경로(100)의 내면을 향하여 배가스가 토출되는 데 비해, 본 실시 형태에서의 축류 송풍기에 의하면, 배가스 경로(100)가 연장되는 방향을 따라서 배가스를 토출할 수 있기 때문에, 압력 손실을 저감시키는 관점에서 특히 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서의 송풍 기구는, 팬에 한정되지도 않고, 팬보다도 높은 압력으로 배가스를 승압시키는 블로워나 컴프레서를 채용하는 것도 가능하다.
여기서, 상기와 같이 설명한 실시 형태 1에 관한 열 에너지 회수 장치(1)의 특징 및 작용 효과에 대해 열기한다.
열 에너지 회수 장치(1)는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수하는 장치이다. 열 에너지 회수 장치(1)는, 배가스가 흐르는 배가스 경로(100)와 열 매체(물, 수증기)가 흐르는 열 매체 경로(12)에 접속되고, 배가스 경로(100)로부터 유입되는 배가스와 열 매체 경로(12)로부터 유입되는 열 매체(물) 사이에서 열 교환함으로써 열 매체(물)를 가열하는 이코노마이저(11)와, 열 매체 경로(12)에 접속되고, 이코노마이저(11)로 가열된 열 매체(수증기)의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수부(10)와, 배가스 경로(100)에 배치되고, 배가스 경로(100)를 흐르는 배가스를 승압시키는 송풍 기구(30)를 구비하고 있다.
열 에너지 회수 장치(1)에 의하면, 이코노마이저(11)에 있어서 배가스와의 열 교환에 의해 열 매체(물)를 가열하고, 가열된 열 매체(수증기)의 열 에너지를 열 에너지 회수부(10)에서 회수함으로써, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수할 수 있다. 여기서, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스가 이코노마이저(11)를 통과할 때, 배가스의 압력 손실이 커지는 경우가 있다. 이에 반하여, 열 에너지 회수 장치(1)에서는, 배가스 경로(100)에 배치된 송풍 기구(30)에 의해 배가스를 승압시킬 수 있기 때문에, 이코노마이저(11)의 통과 시에 발생되는 배가스의 압력 손실을 보충할 수 있다. 따라서, 열 에너지 회수 장치(1)에 의하면, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수함과 함께, 그 배가스를 원활하게 선외로 배출하는 것이 가능해진다.
열 에너지 회수 장치(1)에 있어서, 열 에너지 회수부(10)는, 이코노마이저(11)로 가열된 열 매체(수증기)와 작동 매체 사이에서 열 교환함으로써 작동 매체를 가열하는 가열기(13)와, 가열기(13)로 가열된 증기형의 작동 매체의 에너지를 전기 에너지로서 회수하는 발전기(16)(회수기)를 갖고 있다. 열 에너지 회수 장치(1)는, 송풍 기구(30)의 구동 에너지로서, 발전기(16)에 있어서 발생된(회수기에 의해 회수된) 전기 에너지가 사용되도록 구성되어 있다. 이 때문에, 배가스의 열 에너지를 이용하여 발생시킨 전기 에너지를 송풍 기구(30)의 구동에 사용함으로써, 외부 전원으로부터 송풍 기구(30)에 공급하는 전력을 보다 적게 할 수 있다.
열 에너지 회수 장치(1)에 있어서, 송풍 기구(30)는, 배가스의 흐름 방향에 있어서 제3 이코노마이저(11C)보다도 하류측에 배치되어 있다. 이 때문에, 제1 내지 제3 이코노마이저(11A, 11B, 11C)에서 열 교환에 제공된 후의 배가스가 송풍 기구(30)를 통과하기 때문에, 내연 기관으로부터 배출된 직후의 고온 배가스가 송풍 기구(30)를 통과하는 경우에 비하여, 송풍 기구(30)의 열 손상을 더욱 경감시킬 수 있다.
열 에너지 회수 장치(1)에 있어서, 이코노마이저(11)는, 배가스가 통과하는 공간(41D, 51D)을 갖는 셸(41, 51)과, 공간(41D, 51D)에 배치됨과 함께 열 매체(물, 수증기)가 흐르는 튜브(42, 52)를 갖고 있다. 이코노마이저(11)는, 공간(41D, 51D)을 규정하는 셸(41, 51)의 내면(41A, 51A)이 배가스 경로(100)의 내면(103A, 104A, 105A)과 단차가 없도록 배가스 경로(100)에 접속되어 있다. 이 때문에, 이코노마이저(11)와 배가스 경로(100)의 접속부에 있어서 배가스를 원활하게 흘릴 수 있기 때문에, 당해 접속부에 있어서의 배가스의 압력 손실을 작게 할 수 있다.
열 에너지 회수 장치(1)에 있어서, 이코노마이저(11)는, 배가스의 흐름 방향에 있어서 직렬로 복수 배치되어 있다. 이 때문에, 복수의 이코노마이저(11)(제1 내지 제3 이코노마이저(11A, 11B, 11C))를 사용함으로써, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 고효율로 회수할 수 있다. 게다가, 복수의 이코노마이저(11)를 직렬로 배치함으로써, 선내의 스페이스 효율의 면에 있어서도 유리하다.
열 에너지 회수 장치(1)에 있어서, 배가스는, A중유 또는 황 성분이 2.0질량％ 이하가 될 때까지 정제된 C중유를 연료로서 내연 기관에서 연소시켰을 때에 배출되는 것이다. 열 에너지 회수 장치(1)에 있어서, 제3 이코노마이저(11C)로부터 유출되는 배가스의 온도가 130℃ 미만이 된다.
황 성분이 2.0질량％ 이하인 A중유 또는 황 성분이 2.0질량％ 이하가 될 때까지 정제된 C중유를 연료로 한 경우에는, 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 산노점이 낮아진다. 이 때문에, 제3 이코노마이저(11C)로부터 유출되는 배가스의 온도를 130℃ 미만까지 저하시켜도, 배가스가 액화하여 배가스 경로(100)가 부식되는 문제를 회피할 수 있다.
(실시 형태 2)
다음에, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 열 에너지 회수 장치(1A)에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다. 실시 형태 2에 관한 열 에너지 회수 장치(1A)는, 기본적으로 실시 형태 1에 관한 열 에너지 회수 장치(1)와 동일한 구성을 구비하고 있지만, 복수의 송풍 기구(30)가 배가스 경로(100)에 배치되어 있는 점에서 실시 형태 1과 상이하다. 이하, 실시 형태 1과 상이한 점에 대해서만 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시 형태 2에 관한 열 에너지 회수 장치(1A)에서는, 복수(2개)의 송풍 기구(30)가 배가스 경로(100)에 배치되어 있다(제1 송풍 기구(30A), 제2 송풍 기구(30B)). 실시 형태 2에 있어서는, 제1 송풍 기구(30A)가 제5 배가스 경로(105)에 배치됨과 함께, 제2 송풍 기구(30B)가 제2 배가스 경로(102)에 배치되어 있다. 즉, 제2 송풍 기구(30B)가 배가스의 흐름 방향에 있어서 제1 이코노마이저(11A)(최상류의 이코노마이저(11))보다도 상류측에 배치됨과 함께, 제1 송풍 기구(30A)가 배가스의 흐름 방향에 있어서 제3 이코노마이저(11C)(최하류의 이코노마이저(11))보다도 하류측에 배치되어 있다. 제1, 제2 송풍 기구(30A, 30B)는, 각각 동일한 구성을 갖는 것이지만, 서로 상이한 구성인 것이어도 된다.
실시 형태 2에 의하면, 복수의 송풍 기구(30)를 사용하여 배가스를 승압시킴으로써, 이코노마이저(11)의 통과 시에 발생되는 배가스의 압력 손실을 보다 확실하게 보충할 수 있다. 또한, 송풍 기구(30)의 위치는, 도 3에 나타내는 위치에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 송풍 기구(30)는, 제3 배가스 경로(103)(제1 이코노마이저(11A)와 제2 이코노마이저(11B) 사이)나 제4 배가스 경로(104)(제2 이코노마이저(11B)와 제3 이코노마이저(11C) 사이)에 배치되어도 된다. 또한 3개 이상의 송풍 기구(30)가 배가스 경로(100)에 배치되어도 된다.
도 4는, 실시 형태 2의 변형예에 있어서의 송풍 기구(30)의 배치를 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 2개의 송풍 기구(30)는, 배가스 경로(100)의 폭 방향(배가스의 흐름 방향에 대해 직교하는 방향)으로 배열하여 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 배가스 경로(100)의 폭이 큰 경우에도, 배가스 경로(100)의 유로 면적의 대부분에 송풍 기구(30)를 배치할 수 있기 때문에, 송풍 기구(30)에 의해 승압되지 않은 채 배가스가 하류측으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배가스를 확실하게 승압시킬 수 있다. 도 4에서는, 제5 배가스 경로(105)에 있어서 복수의 송풍 기구(30)가 폭 방향으로 배열하여 배치되어 있지만, 제2 내지 제4 배가스 경로(102, 103, 104)에 있어서 동일하게 복수의 송풍 기구(30)가 폭 방향으로 배열되어도 된다. 또한 3개 이상의 송풍 기구(30)가 배가스 경로(100)의 폭 방향으로 배열하여 배치되어 있어도 된다.
(실시 형태 3)
다음에, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 열 에너지 회수 장치(1B)에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다. 실시 형태 3에 관한 열 에너지 회수 장치(1B)는, 기본적으로 실시 형태 1에 관한 열 에너지 회수 장치(1)와 동일한 구성을 구비하고 있지만, 복수의 이코노마이저(11)가 병렬로 배치되어 있는 점에서 실시 형태 1과 상이하다. 이하, 실시 형태 1과 상이한 점에 대해서만 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시 형태 3에 있어서, 배가스 경로(100)는, 복수의 경로에 분기하고 있다. 보다 구체적으로는, 배가스 경로(100)는, 제2 배가스 경로(102)에 있어서의 임의의 점(P1)으로부터 분기함과 함께 제2 배가스 경로(102)로부터 유입되는 배가스를 제4 이코노마이저(11D)로 유도하는 제6 배가스 경로(106)와, 제4 이코노마이저(11D)로부터 선외로 배가스를 유도하는 제7 배가스 경로(107)를 갖고 있다. 이와 같이, 실시 형태 3에 있어서는, 배가스 경로(100)는, 제1, 제2, 제5 배가스 경로(101, 102, 105)를 포함하는 경로와, 제6, 제7 배가스 경로(106, 107)를 포함하는 경로에 분기되어 있고, 각 분기 경로에 이코노마이저(11)(제1 이코노마이저(11A), 제4 이코노마이저(11D))가 배치되어 있다. 또한, 제4 이코노마이저(11D)는, 제1 내지 제3 이코노마이저(11A, 11B, 11C)와 동일한 구성을 갖는 것이다. 또한 제4 열 에너지 회수부(10D)는, 제4 열 매체 경로(12D)를 통하여 제4 이코노마이저(11D)에 접속되어 있고, 이것도 제1 내지 제3 열 에너지 회수부(10A, 10B, 10C)와 동일한 구성을 갖는 것이다.
송풍 기구(30)는, 2개의 이코노마이저(11)의 하류측, 즉 제5, 제7 배가스 경로(105, 107)에 각각 배치되어 있다. 또한, 송풍 기구(30)의 위치는, 도 5에 나타내는 위치에 한정되지 않고, 예를 들어 제2 배가스 경로(102)에 있어서의 점(P1)보다도 상류측의 위치(즉 분기점보다도 상류측의 위치)에 배치되어 있어도 된다.
실시 형태 3에 관한 열 에너지 회수 장치(1B)에 의하면, 복수의 이코노마이저(11)를 병렬로 배치함으로써, 복수의 이코노마이저(11)를 직렬로 배치하는 경우에 비하여, 배가스의 압력 손실을 보다 작게 할 수 있다. 게다가, 각 분기 경로에 송풍 기구(30)를 배치함으로써, 배가스를 보다 원활하게 선외로 배출하는 것이 가능해진다.
또한, 배가스 경로(100)는, 3개 이상의 경로로 분지되어 있어도 되고, 그 경우, 3개 이상의 이코노마이저(11)가 각 분기 경로에 각각 배치된다. 또한 도 5의 형태에서는, 각 분기 경로에 1개씩 이코노마이저(11)가 배치되는 경우에 대해 설명했지만, 각 분기 경로에 있어서 복수의 이코노마이저(11)가 직렬로 배치되어 있어도 된다. 즉, 복수의 이코노마이저(11)가 직렬과 병렬을 조합한 형태로 배치되어 있어도 된다.
(그밖의 실시 형태)
마지막으로, 본 발명의 그밖의 실시 형태에 관한 열 에너지 회수 장치에 대해 설명한다.
실시 형태 1에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 이코노마이저(11A, 11B)에서 발생시킨 증기가, 각각 별도의 열 에너지 회수부(제1, 제2 열 에너지 회수부(10A, 10B)로 보내지는 경우에 대해 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 제1 열 에너지 회수부(10A)는, 가열기(13)로서, 증발기(19A)와, 증발기(19A)의 하류측에 배치된 과열기(19)를 갖고 있어도 된다. 그리고, 제1 이코노마이저(11A)로 발생시킨 증기가 제1 열 매체 경로(12A)를 통하여 증발기(19A)에 보내짐과 함께, 제2 이코노마이저(11B)로 발생시킨 증기가 제2 열 매체 경로(12B)를 통하여 과열기(19)에 보내져도 된다. 또한 도 6의 형태에 있어서, 증발기(19A)에는 이코노마이저(11)로 발생시킨 증기 이외의 열원(예를 들어 선내에서 이용하는 수증기)이 공급됨과 함께, 과열기(19)에는 이코노마이저(11)에서 발생시킨 증기가 공급되어도 된다.
실시 형태 1 내지 3에서는, 복수의 이코노마이저(11)가 설치되는 경우에 대해 설명했지만 이에 한정되지 않고, 하나의 이코노마이저(11)만이 설치되어도 된다.
실시 형태 1에서는, 제1 내지 제3 이코노마이저(11A, 11B, 11C)의 모두에 있어서 증기를 발생시키는 경우에 대해 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 제1, 제2 이코노마이저(11A, 11B)에 있어서 배가스의 열에 의해 증기를 발생시키는 한편, 제3 이코노마이저(11C)에 있어서는 배가스의 열에 의해 온수를 발생시켜도 된다.
실시 형태 1에서는, 열 매체의 일례로서 물을 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예를 들어 열매유나 각종 냉매 등의 다른 열 매체를 사용하는 것도 가능하다.
실시 형태 1에서는, 열 에너지 회수부(10)가 수증기에 의해 작동 매체를 증발시키고 전기 에너지를 회수하는 바이너리 발전 장치인 경우에 대해 설명했지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 이코노마이저(11)로 발생시킨 수증기를 선박용 증기 터빈에 공급해도 되고, 예를 들어 수트 블로우 장치 등의 선내 수요처에 그대로 공급하고, 밸러스트 탱크, 적하실 또는 갑판의 세정에 사용해도 된다. 이들도 수증기의 열 에너지 회수의 일 형태가 된다.
실시 형태 1에서는, 선박 추진용 디젤 엔진(내연 기관)으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수하는 경우에 대해 설명했지만 이에 한정되지 않고, 예를 들어 가솔린 엔진으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지 회수에 적용되어도 된다.
금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 설명이 아니고 특허 청구 범위에 의해 나타나며,
특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1, 1A, 1B: 열 에너지 회수 장치
10(10A, 10B, 10C, 10D): 열 에너지 회수부
11(11A, 11B, 11C, 11D): 이코노마이저
12(12A, 12B, 12C, 12D): 열 매체 경로
13: 가열기
16: 발전기(회수기)
19: 과열기(가열기)
19A: 증발기(가열기)
30(30A, 30B): 송풍 기구
41, 51: 셸
41A, 51A: 내면
41D, 51D: 공간
42, 52: 튜브
100: 배가스 경로
103A, 104A, 105A: 내면
G: 배가스

Claims (5)

  1. 선박에 탑재되어, 선박의 내연 기관으로부터 배출되는 배가스의 열 에너지를 회수하는 열 에너지 회수 장치이며,
    상기 배가스가 흐르는 배가스 경로와 열 매체가 흐르는 열 매체 경로에 접속되고, 상기 배가스 경로로부터 유입되는 상기 배가스와 상기 열 매체 경로로부터 유입되는 상기 열 매체 사이에서 열 교환함으로써 상기 열 매체를 가열하는 복수의 이코노마이저와,
    상기 열 매체 경로에 접속되고, 상기 복수의 이코노마이저에서 가열된 상기 열 매체의 열 에너지를 회수하는 적어도 하나의 열 에너지 회수부와,
    상기 배가스 경로에 배치되고, 상기 배가스 경로를 흐르는 상기 배가스를 승압시키는 송풍 기구를 구비하고,
    상기 복수의 이코노마이저가 배가스의 흐름 방향에 있어서 직렬로 배치되며,
    상기 송풍 기구가 상기 배가스의 흐름 방향에 있어서 상기 복수의 이코노마이저보다도 하류측에 배치되고,
    상기 배가스는, JIS K 2205에 규정되는 A중유 또는 JIS K 2205에 규정되는 C중유이며 황 성분이 2.0질량％ 이하가 될 때까지 정제된 것을 연료로 하여 상기 내연 기관에서 연소시켰을 때에 배출되는 것이며,
    상기 내연 기관에서 상기 송풍 기구에 이르는 배가스 경로 상에 배가스를 가열하는 수단이 존재하지 않고,
    상기 복수의 이코노마이저에 의해 상기 배가스의 온도가 130℃ 미만이 되는 것을 특징으로 하는 열 에너지 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 에너지 회수부는,
    상기 복수의 이코노마이저에서 가열된 상기 열 매체와 작동 매체 사이에서 열 교환함으로써 상기 작동 매체를 가열하는 가열기와,
    상기 가열기에서 가열된 증기형의 상기 작동 매체의 에너지를 전기 에너지로서 회수하는 회수기를 갖고 있고,
    상기 송풍 기구의 구동 에너지로서, 상기 회수기에 의해 회수된 전기 에너지가 사용되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 에너지 회수 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 이코노마이저는, 상기 배가스가 통과하는 공간을 갖는 셸과, 상기 공간에 배치됨과 함께 상기 열 매체가 흐르는 튜브를 갖고,
    상기 복수의 이코노마이저는, 상기 공간을 규정하는 상기 셸의 내면이 상기 배가스 경로의 내면과 단차가 없도록 상기 배가스 경로에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 열 에너지 회수 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송풍 기구가 복수 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열 에너지 회수 장치.
  5. 제4항에 있어서, 복수의 상기 송풍 기구는, 상기 배가스 경로의 폭 방향으로 배열하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열 에너지 회수 장치.
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