WO2015063935A1 - エンジンの排熱回収装置 - Google Patents

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WO2015063935A1
WO2015063935A1 PCT/JP2013/079616 JP2013079616W WO2015063935A1 WO 2015063935 A1 WO2015063935 A1 WO 2015063935A1 JP 2013079616 W JP2013079616 W JP 2013079616W WO 2015063935 A1 WO2015063935 A1 WO 2015063935A1
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water
temperature
cooler
engine
heat recovery
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PCT/JP2013/079616
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English (en)
French (fr)
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寿樹 山▲崎▼
晴仁 久保田
幸政 山村
泰孝 和田
圭二 尾山
一郎 内山
Original Assignee
中国電力株式会社
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Priority to EP13896802.9A priority patent/EP3064753A4/en
Priority to JP2014501318A priority patent/JP5563176B1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K5/00—Plants characterised by use of means for storing steam in an alkali to increase steam pressure, e.g. of Honigmann or Koenemann type
    • F01K5/02—Plants characterised by use of means for storing steam in an alkali to increase steam pressure, e.g. of Honigmann or Koenemann type used in regenerative installation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust heat recovery device for an engine.
  • a heat exchanger is provided in each passage of engine coolant and exhaust gas, and the working fluid is cooled by raising the temperature of the working fluid with a heat exchanger for cooling water and then further raising the temperature with a heat exchanger for exhaust gas.
  • An apparatus for recovering heat from water and exhaust gas is known (for example, see Patent Document 1). The recovered heat is used as a heat source for hot water supply facilities and other power generation facilities.
  • the engine heat recovery apparatus as described above has the following problems when the temperature of the cooling water is lower than the temperature of the heat exchanger.
  • the heat exchanger for cooling water does not recover heat from the cooling water.
  • the heat exchanger for cooling water may take heat from the working fluid, which is contrary to the effective use of engine exhaust heat.
  • the heat exchanger for cooling water may take heat from the working fluid and give it to the cooling water.
  • the temperature of the cooling water rises and exceeds the upper limit value, causing the engine to overheat, resulting in damage to the engine and its peripheral devices.
  • the main present invention for solving the above-described problems includes an engine and a first cooling medium for cooling the first cooled mechanism of the engine, and the first temperature water output from the hot water use facility is supplied to the first cooling medium.
  • the first cooler that outputs water having a second temperature higher than the first temperature by exchanging heat with one cooling medium, and the first cooler by exchanging heat with water at the second temperature with exhaust gas of the engine.
  • a heat exchanger that outputs water at a third temperature higher than two temperatures and supplies the water to the hot water utilization facility, and a temperature of the first cooling medium on a side to which the water at the first temperature of the first cooler is supplied
  • a first valve device that supplies water at the first temperature to the heat exchanger when the temperature is lower than the temperature;
  • the exhaust heat of the engine can be used effectively and the engine and its peripheral devices can be protected.
  • An outline of an exhaust heat recovery device of an engine in an embodiment of the present invention is shown.
  • An example of the flow of water in the exhaust heat recovery device when the engine is in steady operation is shown.
  • the other example of the flow of the water of a waste heat recovery apparatus in case the engine is performing steady operation is shown.
  • Another example of the flow of water in the exhaust heat recovery apparatus when the engine is in steady operation will be shown.
  • An example of the flow of water in the exhaust heat recovery device when the engine is started is shown.
  • the other example of the flow of the water of an exhaust-heat recovery apparatus when an engine starts is shown.
  • An example of the flow of water when the exhaust heat recovery device is overheated is shown.
  • the other example of the flow of the water in case the exhaust heat recovery apparatus is overheating is shown.
  • An example of the equipment to which the exhaust heat recovery apparatus in the embodiment of the present invention is connected is shown.
  • the water output from the exhaust gas heat exchanger 2 of the exhaust heat recovery apparatus 1 is used in the binary power generation apparatus 8 and recovered in the water storage tank 6 of the exhaust heat recovery apparatus 1.
  • the engine 71 in the present embodiment is used as a prime mover for the generator 72.
  • the cooling water of the engine 71 is cooled while being circulated between the engine 71 and the cooling water cooler 3 by the pump P3, and the lubricating oil of the engine 71 is cooled between the engine 71 and the lubricating oil cooler 4 by the pump P4. It shall be cooled while being circulated.
  • FIG. 1 is a schematic view of an exhaust heat recovery apparatus in an embodiment of the present invention.
  • the exhaust heat recovery apparatus 1 includes an exhaust gas heat exchanger 2, a cooling water cooler 3, a lubricating oil cooler 4, valves 51 to 55, and a water storage tank 6.
  • the components are connected to each other through, for example, a water pipe.
  • the exhaust heat recovery apparatus 1 water as an operating medium is preheated by a preheating system described later, then heated by the exhaust gas heat exchanger 2, and sent to the binary power generation apparatus 8.
  • the exhaust heat recovery apparatus 1 includes a main preheating system from the water storage tank 6 to the valves 51 and 52 and the cooling water cooler 3 to the exhaust gas heat exchanger 2, and the water storage tank 6 to the valve 51, the lubricating oil cooler 4 and the valve 54. And a sub-preheating system that reaches the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the exhaust heat recovery apparatus 1 has a cooling water supply system that supplies cooling water to the cooling water cooler 3, the lubricating oil cooler 4, and the water storage tank 6 through valves 53 and 55.
  • the main preheating system reaches the exhaust gas heat exchanger 2 from the water storage tank 6 through the valves 51 and 52 and the cooling water cooler 3.
  • the water storage tank 6 is a device for storing water output from the binary power generation device 8 and is connected to the water output port of the binary power generation device 8 through a water pipe.
  • the water storage tank 6 collects water returned from the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 and receives cooling water replenished from the valve 55.
  • the water storage tank 6 stores the water as described above, and then outputs the stored water to the valve 51.
  • the water tank 6 has a water level sensor 61 that measures the water level of the water tank 6.
  • the water level sensor 61 outputs a measurement signal to the control device 59 so that cooling water is replenished via the valve 55 when the measured value falls below a predetermined lower limit.
  • a temperature sensor 62 is provided at the water output port of the water storage tank 6.
  • the temperature sensor 62 measures the temperature T1 of water output from the water storage tank 6 and outputs it to the control device 59.
  • the temperature of the water flowing into the water storage tank 6 from the binary power generation device 8 is, for example, about 80 degrees Celsius.
  • Water output from the water storage tank 6 is sent to the cooling water cooler 3 through the valves 51 and 52 by the pump P1.
  • the valves 51 and 52 will be described later.
  • the cooling water cooler 3 has cooling water as a cooling medium for cooling the periphery of the combustion chamber of the engine 71, and exchanges heat between the cooling water of the engine 71 and the water output from the water storage tank 6, thereby It is a device that cools the cooling water and preheats water from the water storage tank 6 and outputs it to the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the water inlet of the cooling water cooler 3 is connected to the water outlet of the valve 52, and the water outlet of the cooling water cooler 3 is connected to the water inlet of the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the cooling water cooler 3 has a cooling water inlet so that the cooling water is supplied via the valve 53, and is cooled so that the cooling water heated in the cooling water cooler 3 is output to the water storage tank 6. Has water outlet.
  • the cooling water cooler 3 has two temperature sensors 31 and 32.
  • the temperature sensor 31 measures the temperature T 2 of the cooling water cooler 3 and outputs a measurement signal to the control device 59.
  • the temperature sensor 32 is provided at the water output port of the cooling water cooler 3, measures the temperature T 3 of the water output from the cooling water cooler 3, and outputs the temperature T 3 to the control device 59.
  • the cooling water cooler 3 has a flow meter 33.
  • the flow meter 33 measures the flow rate of the water flowing into the cooling water cooler 3, and when the measured value falls below a predetermined lower limit, outputs it to the control device 59 so as to receive the cooling water from the valve 53.
  • the water preheated in the cooling water cooler 3 is output to the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the water output from the binary power generation device 8 has a temperature of about 80 degrees Celsius
  • the water is radiated somewhat in the water tank 6 and is output from the water tank 6 at a temperature of about 70 degrees Celsius.
  • the water having such a temperature is preheated and output in the cooling water cooler 3 whose upper limit is 90 degrees Celsius.
  • the exhaust gas heat exchanger 2 is a device that heats the water preheated by the cooling water cooler 3 by exchanging heat with the exhaust gas of the engine 71.
  • the water output port of the exhaust gas heat exchanger 2 is connected to the water inlet of the binary power generator 8, and the water heated by the exhaust gas heat exchanger 2 is output to the binary power generator 8.
  • the exhaust gas of the engine 71 in the present embodiment is about 500 degrees Celsius, and the temperature of the water after the heat exchange well exceeds 95 degrees Celsius required in the binary power generator 8.
  • the exhaust gas of the engine 71 is released to the atmosphere after the temperature is reduced to 200 to 300 degrees Celsius by heat exchange in the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the auxiliary preheating system reaches the exhaust gas heat exchanger 2 from the water storage tank 6 through the valve 51, the lubricating oil cooler 4, and the valve 54.
  • the lubricating oil cooler 4 has lubricating oil as a cooling medium for cooling the inside of the engine 71, and by exchanging heat between the lubricating oil of the engine 71 and water output from the water storage tank 6, It is a device that cools the lubricating oil of the engine 71 and preheats water from the water storage tank 6 to output it.
  • the water inlet of the lubricating oil cooler 4 is connected to one of the water outlets of the valve 51, and the water outlet of the lubricating oil cooler 4 is connected to the water inlet of the valve 54.
  • One output port of water in the valve 54 is connected to the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the water supplied from the water storage tank 6 to the lubricating oil cooler 4 through the valve 51 is preheated in the lubricating oil cooler 4 and then output to the exhaust gas heat exchanger 2 for heating or will be described later. Thus, it is recovered in the water tank 6 for further preheating.
  • Lubricating oil cooler 4 has two temperature sensors 41 and 42.
  • the temperature sensor 41 measures the temperature T4 of the lubricating oil cooler 4 and outputs it to the control device 59.
  • the temperature sensor 42 is provided at the water output port of the lubricating oil cooler 4, measures the temperature T5 of the water output from the lubricating oil cooler 4, and outputs it to the control device 59.
  • the lubricant cooler 4 has a flow meter 43.
  • the flow meter 43 measures the flow rate of water flowing into the lubricating oil cooler 4, and when the measured value falls below a predetermined lower limit, outputs the flow meter 43 to the control device 59 to receive replenishment of cooling water.
  • the cooling water supply system supplies the cooling water to the cooling water cooler 3, the lubricating oil cooler 4, and the water storage tank 6 through the valves 53 and 55.
  • the cooling water is supplied from a facility different from the binary power generator 8, for example, a water supply.
  • fresh water is used as cooling water from a viewpoint of preventing generation
  • the cooling water inlet of the valve 55 is connected to, for example, the water supply via the pump P2, and one cooling water output port of the valve 55 is connected to the cooling water inlet of the water storage tank 6, and the other cooling water output port is It is connected to the cooling water inlet of the valve 53.
  • One cooling water output port of the valve 53 is connected to the cooling water inlet of the cooling water cooler 3, and the other cooling water output port is connected to the cooling water inlet of the lubricating oil cooler 4.
  • the cooling water is supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 through the valve 53 and to the water storage tank 6 through the valve 55 under the conditions described later.
  • the valves 51, 52, and 54 are devices that adjust the flow of water in the main and auxiliary preheating systems, and the valves 53 and 55 are devices that adjust the flow of cooling water in the cooling water supply system.
  • the valves 51 to 55 operate based on the output of the control device 59.
  • the valve 51 is a device that distributes the water supplied from the water storage tank 6 to the valve 52 and the lubricating oil cooler 4 and outputs it. Therefore, the valve 51 has one inflow port into which water from the water storage tank 6 flows, and two output ports through which water is output to the valve 52 and the lubricating oil cooler 4 side, respectively.
  • the distribution of water output from the valve 51 is changed according to the situation. For example, all of the water may be output to the valve 52 side, or all of the water may be output to the lubricating oil cooler 4 side, 1/2 to the valve 52 side, 1/2 to the lubricating oil cooler 4 side, Alternatively, it may be 1/3 on the valve 52 side and 2/3 on the lubricating oil cooler 4 side.
  • the valve 51 is controlled so that water is output to both the valve 52 side and the lubricating oil cooler 4 side.
  • a temperature sensor 511 is provided at the output port of the valve 51 on the valve 52 side.
  • the temperature sensor 511 measures the temperature T6 of water output from the valve 51 to the valve 52 side and outputs it to the control device 59.
  • the valve 52 is provided in a flow path connecting the valve 51 and the cooling water cooler 3, and when the temperature T2 of the cooling water cooler 3 is lower than the temperature T6 of the water output from the valve 51 to the valve 52, Is supplied to the exhaust gas heat exchanger 2. That is, the valve 52 forms a flow path that supplies water from the water storage tank 6 to the exhaust gas heat exchanger 2 without passing through the cooling water cooler 3 in the above-described case. In other cases, the valve 52 supplies water at the temperature T6 to the cooling water cooler 3.
  • the valve 53 is a device that supplies cooling water to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 when the main and auxiliary preheating systems are overheated. Specifically, the valve 53 operates when the temperature T2 of the cooling water cooler 3 exceeds a predetermined allowable temperature and when the temperature T4 of the lubricating oil cooler 4 exceeds a predetermined allowable temperature. Further, the valve 53 causes the cooling water to be supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 even when the flow rates of water supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 are respectively lower than a predetermined lower limit. . In cases other than these two, the valve 53 is set not to operate, but may be operated according to the situation.
  • the valve 54 is a device that supplies water output from the lubricating oil cooler 4 to either the exhaust gas heat exchanger 2 or the water storage tank 6. That is, when the temperature T5 of water output from the lubricating oil cooler 4 is lower than the temperature T3 of water output from the cooling water cooler 3, the valve 54 stores the water output from the lubricating oil cooler 4 in the water storage tank 6. In other cases, the exhaust gas heat exchanger 2 is supplied.
  • the valve 55 is a device that supplies cooling water to the water tank 6 when the water level of the water tank 6 is below a predetermined lower limit.
  • the control device 59 is a device that controls the valves 51 to 55 based on the measurement signals output from the temperature sensors 31, 32, 41, 42, 62, 511, the flow meters 33, 43, and the water level sensor 61.
  • the control device 59 compares the temperature T4 of the lubricating oil cooler 4 measured by the temperature sensor 41 with the temperature T1 of the water output from the water tank 6 measured by the temperature sensor 62, and the temperature When T4 is higher than the temperature T1, the valve 51 is controlled so that water output from the water storage tank 6 is supplied to the lubricating oil cooler 4 for heat exchange. On the other hand, when the temperature T4 is lower than the temperature T1, the control device 59 controls the valve 51 so that the water from the water storage tank 6 is supplied to the valve 52.
  • control device 59 compares the temperature T2 of the cooling water cooler 3 measured by the temperature sensor 31 with the temperature T6 of water output from the valve 51 to the valve 52 side measured by the temperature sensor 511, When the temperature T2 is lower than the temperature T6, the valve 52 is controlled so that the water supplied from the valve 51 is supplied to the exhaust gas heat exchanger 2 without passing through the cooling water cooler 3. On the other hand, when the temperature T2 is higher than the temperature T6, the control device 59 controls the valve 52 so that the water supplied from the valve 51 is supplied to the cooling water cooler 3.
  • the control device 59 determines that the temperature T4 of the lubricating oil cooler 4 measured by the temperature sensor 41 is the lubricating oil.
  • the valve 53 is controlled so as to supply cooling water from the valve 53 to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4. Further, the control device 59 determines the flow rate of the water flowing through the lubricating oil cooler 4 measured by the flow meter 43 when the flow rate of the water flowing through the cooling water cooler 3 measured by the flow meter 33 is below a predetermined lower limit.
  • the valve 53 is controlled so that the cooling water is supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 even when the value falls below the predetermined lower limit. Except for these two cases, the control device 59 controls the valve 53 so that the cooling water is not supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4. For example, in the case of a power generation engine, the cooling water and lubricating oil of the engine 71 reach a temperature of about 200 to 300 degrees Celsius, but the allowable temperatures of the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 are each about 95 degrees Celsius.
  • control device 59 compares the temperature T3 of water output from the cooling water cooler 3 measured by the temperature sensor 32 with the temperature T5 of water output from the lubricating oil cooler 4 measured by the temperature sensor 42.
  • the valve 54 is controlled so that the water at the temperature T5 output from the lubricating oil cooler 4 is collected in the water tank 6.
  • the control device 59 controls the valve 54 so that water at the temperature T5 output from the lubricating oil cooler 4 is supplied to the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the control device 59 controls the valve 55 so as to supply cooling water to the water tank 6 when the water level of the water tank 6 measured by the water level sensor 61 is below a predetermined lower limit.
  • the water heated in the exhaust heat recovery apparatus 1 is used in the binary power generation apparatus 8. That is, in the present embodiment, a multi-stage power generation system is configured in which power is generated using the engine 71 as a prime mover and at the same time, further power is generated using the exhaust heat of the engine 71.
  • the binary power generator 8 includes an evaporator 81, a turbine 82, a condenser 83, a generator 84, an inverter 85, a converter 86, and a cooling tower 87.
  • An appropriate temperature of the water input to the binary power generator 8 is, for example, about 95 degrees Celsius.
  • the temperature of the hot water output from the binary power generator 8 is, for example, about 83 degrees Celsius.
  • Water output from the exhaust gas heat exchanger 2 of the exhaust heat recovery device 1 is guided to the evaporator 81 of the binary power generation device 8. And after giving heat to the working medium of the binary power generator 8 in the evaporator 81, it is returned to the water storage tank 6 of the exhaust heat recovery apparatus 1.
  • the operating medium of the binary power generator 8 is heated in the evaporator 81 and evaporates.
  • the vaporized working medium is guided to the turbine 82, and after rotating the turbine 82, is liquefied in the condenser 83.
  • the liquefied working medium is sent again to the evaporator 81 by the pump P6.
  • the turbine 82 is a prime mover of the generator 84, and the generator 84 generates power by the rotation of the turbine 82.
  • the electric power generated by the generator 84 is transmitted to the power transmission system via the inverter 85 and the converter 86.
  • FIG. 2 shows the basic flow of water when the engine is in steady operation.
  • the temperatures T2 and T4 of the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 are respectively lower than the allowable temperature and higher than the temperatures T1 and T6 of the water output from the water tank 6 and the valve 51.
  • the temperature T3 of water output from the cooling water cooler 3 is lower than the temperature T5 of water output from the lubricating oil cooler 4.
  • the water level in the water storage tank 6 is above the lower limit, and the flow rates of water flowing into the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 are above the lower limit.
  • control device 59 compares the measurement signals from the temperature sensors 62 and 41 and determines that the temperature T1 is lower than the temperature T4. Then, the control device 59 controls the valve 51 so that the water supplied to the valve 51 flows to both the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4.
  • control device 59 compares the measurement signals from the temperature sensors 511 and 31 and determines that the temperature T6 is lower than the temperature T2. Then, the control device 59 controls the valve 52 so that water supplied to the valve 52 flows to the cooling water cooler 3.
  • control device 59 compares the measurement signals from the temperature sensors 32 and 42 and determines that the temperature T3 is lower than the temperature T5. Then, the control device 59 controls the valve 54 so that water supplied to the valve 54 flows into the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the control device 59 determines that the water level of the water storage tank 6 exceeds the lower limit from the measurement signal of the water level sensor 61, and controls the valve 55 so that the cooling water is not supplied to the water storage tank 6. Further, the control device 59 determines from the measurement signals of the flow meters 33 and 43 that the flow rates of water flowing into the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 are above the lower limits, and the cooling water cooler 3 is lubricated. The valve 53 is controlled so that the cooling water is not supplied to the oil cooler 4.
  • the water is heated by the exhaust gas heat exchanger 2 after flowing through the main preheating system and the sub preheating system. Cooling water does not flow into the cooling water supply system.
  • FIG. 3 shows the flow of water when the temperature T3 of water output from the cooling water cooler 3 is higher than the temperature T5 of water output from the lubricating oil cooler 4 in a state where the engine is in steady operation.
  • the control device 59 compares the measurement signals of the temperature sensors 32 and 42, determines that the temperature T3 is higher than the temperature T5, and causes the valve 54 to flow the water output from the lubricating oil cooler 4 to the water tank 6. Control.
  • the water flowing through the main preheating system is heated in the exhaust gas heat exchanger 2, but the water flowing through the sub preheating system is collected in the water tank 6 for reheating again.
  • the heat is reduced. This is for the effective use of.
  • FIG. 4 shows the flow of water and cooling water when the water level in the water storage tank 6 falls below a predetermined lower limit in a state where the engine is in steady operation.
  • the control device 59 determines that the water level in the water storage tank 6 is below the lower limit, and controls the valve 55 to supply cooling water to the water storage tank 6. As a result, the cooling water is replenished through the valve 55 until the water level in the water storage tank 6 exceeds the lower limit.
  • FIG. 5 shows the basic flow of water when the engine 71 is started.
  • the temperature T2 of the cooling water cooler 3 is lower than the temperature T6 of water output from the valve 51 to the valve 52 side.
  • the control device 59 compares the measurement signals from the temperature sensors 31 and 511, determines that the temperature T2 is lower than the temperature T6, and supplies the water flowing from the valve 51 to the exhaust gas heat exchanger 2 so as to supply the water to the exhaust gas heat exchanger 2. To control.
  • the temperature T4 of the lubricating oil cooler 4 is lower than the temperature T1 of the water output from the water tank 6.
  • the control device 59 compares the measurement signals from the temperature sensors 41 and 62, determines that the temperature T4 is lower than the temperature T1, and controls the valve 51 so that the water flowing in from the water storage tank 6 is supplied to the valve 52. To do.
  • the water output from the water storage tank is supplied to the exhaust gas heat exchanger 2 through the valves 51 and 52.
  • the situation which heats the cooling water of the engine 71 which should be cooled can be avoided.
  • it can avoid that the water from the water tank 6 which should be preheated is deprived of heat with the cooling water cooler 3, and an effective use of heat is achieved.
  • FIG. 6 shows the flow of water and cooling water in a state where the water level in the water storage tank 6 is less than the lower limit when the engine 71 is started.
  • the control device 59 determines that the water level in the water storage tank 6 is less than the lower limit, and controls the valve 55 to supply cooling water to the water storage tank 6. As a result, the cooling water is replenished through the valve 55 until the water level in the water storage tank 6 exceeds the lower limit.
  • FIG. 7 shows a basic flow of water when the main and auxiliary preheating systems of the exhaust heat recovery apparatus 1 are overheated.
  • the temperatures T2 and T4 of the cooler cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 exceed the allowable temperatures of the cooler cooler 3 and the lubricating oil cooler 4, respectively.
  • the control device 59 compares the measurement signals from the temperature sensors 31 and 41 and determines that the temperatures T2 and T4 exceed their allowable temperatures.
  • the control device 59 controls the valve 55 so that the cooling water is supplied to the valve 53 and also controls the valve 53 so that the cooling water is supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4.
  • the temperature T1 of the water output from the water storage tank 6 is higher than the temperature T4 of the lubricating oil cooler 4.
  • the control device 59 compares the measurement results of the temperature sensors 62 and 41, determines that the temperature T1 is higher than the temperature T4, and controls the valve 51 so that the water output from the water storage tank 6 is supplied to the valve 52. To do.
  • the temperature T6 of water output from the valve 51 is higher than the temperature T2 of the cooling water cooler 3.
  • the control device 59 compares the measurement signals of the temperature sensors 511 and 31, determines that the temperature T6 is higher than the temperature T2, and supplies the exhaust gas heat exchanger 2 with water output from the valve 51. 52 is controlled.
  • the water output from the water storage tank is supplied to the exhaust gas heat exchanger 2 through the valves 51 and 52.
  • cooling water is supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 to cool these devices.
  • the cooling water thus supplied is recovered from the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 to the water storage tank 6.
  • the engine 71 By overheating the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4, the engine 71 may be overheated and the engine 71 and peripheral devices may be damaged. Therefore, the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 can be prevented from being overheated. Various devices can be protected.
  • FIG. 8 shows the flow of water when the water level in the water storage tank 6 is below the lower limit in addition to the main and sub preheating systems of the exhaust heat recovery device 1 being overheated. Since the control device 59 controls to open the valve 55 based on the measurement signal of the water level sensor 61, the cooling water is supplied to the water storage tank 6. As a result, the entire overheated main and auxiliary preheating systems are cooled.
  • the cooling water cooler 3 has cooling water as a cooling medium for cooling the periphery of the combustion chamber of the engine 71, and the first temperature water output from the hot water utilization facility is used as the cooling water of the engine 71 and the heat. By exchanging, water having a second temperature higher than the first temperature is output.
  • the exhaust gas heat exchanger 2 exchanges heat of the second temperature water with the exhaust gas of the engine 71 to output water having a third temperature higher than the second temperature and supply the water to the binary power generator 8.
  • the valve 52 supplies the first temperature water to the exhaust gas heat exchanger 2.
  • the water supplied from the hot water utilization facility side is supplied to the exhaust gas heat exchanger 2 through the valve 52. That is, water does not pass through the cooling water cooler 3.
  • the situation which heats the cooling water of the engine 71 which should be cooled can be avoided.
  • the lubricating oil cooler 4 has lubricating oil as a cooling medium for cooling the inside of the engine 71, and the first temperature water output from the hot water utilization facility is heat-exchanged with the lubricating oil to thereby change the first temperature. Water having a fourth temperature higher than the temperature is output and supplied to the exhaust gas heat exchanger 2. Therefore, the exhaust heat recovery apparatus 1 has two preheating applying means, that is, the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4, so that the heat can be effectively used.
  • valve 51 is provided on the side of the valve 52 where the first temperature water flows, and when the temperature of the lubricating oil is lower than the temperature of the lubricating oil cooler 4 on the side where the first temperature water is supplied, The first temperature water supplied to the cooler 4 is supplied to the valve 52.
  • the valve 51 it is possible to avoid a situation where heat is applied to the lubricating oil of the engine 71 to be cooled. This leads to preventing overheating of the engine 71 and accompanying damage to each device when the preheating system of the exhaust heat recovery apparatus 1 is overheated.
  • it can avoid that the water from the hot-water utilization equipment side which should be preheated takes heat with the lubricating oil cooler 4, and an effective use of heat is achieved.
  • the water storage tank 6 is provided on the side of the valve 51 where the first temperature water flows, and stores the first temperature water output from the hot water use facility and then outputs the water to the valve 51. Therefore, the amount of water flowing through the preheating system of the exhaust heat recovery apparatus 1 can be adjusted, and the exhaust heat recovery apparatus 1 can be stably operated.
  • valve 54 has a fourth temperature when the temperature on the side where the water at the fourth temperature of the lubricating oil cooler 4 is output is lower than the temperature on the side where the water at the second temperature of the cooling water cooler 3 is output.
  • Water is supplied to the water tank 6. Therefore, the water output from the cooling water cooler 3 is heated in the exhaust gas heat exchanger 2, but the water output from the lubricating oil cooler 4 is collected in the water storage tank 6 for preheating again.
  • the temperature of the water from the cooling water cooler 3 can be prevented from decreasing. Useful for effective use of heat.
  • valve 53 is output from equipment different from the hot water use equipment such as water supply, and the water of the fifth temperature lower than the temperature of the cooling water and the lubricating oil of the engine 71 is supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4. At least one is supplied. Thereby, the water which flows into the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 can be ensured, and it is useful for the stable operation of the exhaust heat recovery apparatus 1.
  • the valve 53 is supplied with water at the first temperature of the lubricating oil cooler 4 when the temperature on the side of the cooling water cooler 3 to which the first temperature water is supplied is higher than the allowable cooling water temperature of the engine 71.
  • the temperature on the side is higher than the allowable temperature of the lubricating oil, it is preferable to supply water at the fifth temperature to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4.
  • valve 53 also supplies the fifth temperature water to the cooling water cooler 3 and the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 even when the flow rates of the first temperature water supplied to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 are less than the predetermined flow rates, respectively. It is preferable to supply the lubricating oil cooler 4. Thereby, the fixed flow volume of the water which flows into the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 can be ensured, and it is useful for the stable driving
  • valve 55 causes the water at the fifth temperature to be supplied to the water tank 6 when the amount of the water stored in the water tank 6 becomes a predetermined amount or less. Therefore, it is ensured that the water storage tank 6 stores a predetermined amount of water. This means that water is stably supplied from the water storage tank 6 to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4, which leads to stable operation of the exhaust heat recovery apparatus 1.
  • the hot water use facility is a binary power generator. As a result, it is possible to further generate power using the exhaust heat from the engine 71, and the exhaust heat from the engine 71 can be used effectively.
  • first cooler and the second cooler have been described as corresponding to the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4, respectively, the cooling water cooler 3 and the lubricating oil cooler 4 may be interchanged.
  • hot water use facilities is a hot water pool.

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Abstract

【課題】 エンジンの排熱を有効に利用するとともにエンジンとその周辺機器を保護することができる排熱回収装置を提供する。【解決手段】 エンジンの排熱回収装置（１）は、エンジン（７１）を備える。また、前記エンジン（７１）の第１被冷却機構を冷却するための第１冷却媒体を有し、温水利用設備から出力される第１温度の水を前記第１冷却媒体と熱交換することにより、前記第１温度より高い第２温度の水を出力する第１クーラー（３）を備える。また、前記第２温度の水を前記エンジンの排気ガスと熱交換することにより、前記第２温度より高い第３温度の水を出力するとともに前記温水利用設備に供給する熱交換器（２）を備える。また、前記第１冷却媒体の温度が前記第１クーラー（３）の前記第１温度の水が供給される側の温度より低い場合、前記第１温度の水を前記熱交換器（２）に供給させる第１弁装置（５２）を備える。

Description

エンジンの排熱回収装置
　本発明は、エンジンの排熱回収装置に関する。
　例えば、エンジンの冷却水および排気ガスのそれぞれの通路に熱交換器を備え、動作流体を冷却水用の熱交換器で昇温した後に排気ガス用の熱交換器で更に昇温することによって冷却水および排気ガスから熱を回収する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。回収された熱は、給湯設備や他の発電設備の熱源として利用される。
特開平１０－１４１１３７号公報
　しかしながら、上述したようなエンジンの熱の回収装置には、冷却水の温度が熱交換器の温度より低い場合、次のような問題がある。
　つまり、エンジンが始動するとき、冷却水用の熱交換器は冷却水から熱を回収しない。却って、冷却水用の熱交換器は動作流体から熱を奪うおそれがあり、エンジンの排熱の有効利用に反する。
　また、エンジンが定常運転されているとき、冷却水用の熱交換器は、動作流体から熱を奪って冷却水に与えるおそれがある。冷却水の温度が上昇して上限値を超え、エンジンがオーバーヒートし、その結果、エンジンやその周辺機器が損傷するおそれがある。
　前述した課題を解決する主たる本発明は、エンジンと、前記エンジンの第１被冷却機構を冷却するための第１冷却媒体を有し、温水利用設備から出力される第１温度の水を前記第１冷却媒体と熱交換することにより、前記第１温度より高い第２温度の水を出力する第１クーラーと、前記第２温度の水を前記エンジンの排気ガスと熱交換することにより、前記第２温度より高い第３温度の水を出力するとともに前記温水利用設備に供給する熱交換器と、前記第１冷却媒体の温度が前記第１クーラーの前記第１温度の水が供給される側の温度より低い場合、前記第１温度の水を前記熱交換器に供給させる第１弁装置と、を備える。
　本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
　本発明によれば、エンジンの排熱を有効に利用するとともにエンジンとその周辺機器を保護することができる。
本発明の実施形態におけるエンジンの排熱回収装置の概略を示す。 エンジンが定常運転を行っている場合における排熱回収装置の水の流れの一例を示す。 エンジンが定常運転を行っている場合における排熱回収装置の水の流れの他の例を示す。 エンジンが定常運転を行っている場合における排熱回収装置の水の流れの更に他の例を示す。 エンジンが始動した際における排熱回収装置の水の流れの一例を示す。 エンジンが始動した際における排熱回収装置の水の流れの他の例を示す。 排熱回収装置が過熱している場合における水の流れの一例を示す。 排熱回収装置が過熱している場合における水の流れの他の例を示す。 本発明の実施形態における排熱回収装置が接続される設備の一例を示す。
　本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
　図１～図９を参照して、本発明の実施形態における排熱回収装置について説明する。なお、本実施形態において、排熱回収装置１の排気ガス熱交換器２から出力された水は、バイナリー発電装置８で利用され、排熱回収装置１の貯水槽６に回収されるものとする。また、本実施形態におけるエンジン７１は発電機７２の原動機として用いられる。エンジン７１の冷却水は、エンジン７１と冷却水クーラー３との間をポンプＰ３によって循環させられる間に冷却され、エンジン７１の潤滑油は、エンジン７１と潤滑油クーラー４との間をポンプＰ４によって循環させられる間に冷却されるものとする。
＝＝＝構成＝＝＝　
　図１は、本発明の実施形態における排熱回収装置の概略図である。排熱回収装置１は、図１に示されるように、排気ガス熱交換器２、冷却水クーラー３、潤滑油クーラー４、弁５１～５５、および、貯水槽６を備えている。なお、排熱回収装置１の各構成要素は後述するように他の構成要素と繋がっているところ、構成要素同士は、例えば水管を介して繋がっているものとする。
　排熱回収装置１において、動作媒体である水は、後述する予熱系統で予熱された後、排気ガス熱交換器２で加熱されて、バイナリー発電装置８に送られる。排熱回収装置１は、貯水槽６から弁５１，５２、冷却水クーラー３を経て排気ガス熱交換器２に至る主予熱系統と、貯水槽６から弁５１、潤滑油クーラー４、弁５４を経て排気ガス熱交換器２に至る副予熱系統とを有する。また、排熱回収装置１は、弁５３、５５を介して冷却水を冷却水クーラー３、潤滑油クーラー４および貯水槽６に供給する冷却水供給系統を有している。
＜主予熱系統＞　
　主予熱系統は、上述したとおり、貯水槽６から弁５１，５２，冷却水クーラー３を経て排気ガス熱交換器２に至る。
　具体的に述べると、貯水槽６は、バイナリー発電装置８から出力された水を蓄える装置であって、水管を介してバイナリー発電装置８における水の出力口と繋がっている。また、貯水槽６は、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４から戻される水を回収するとともに、弁５５から補給される冷却水を受け入れる。貯水槽６は、上述のようにして水を蓄えた後、蓄えた水を弁５１に出力する。
　貯水槽６は、貯水槽６の水位を測定する水位センサ６１を有している。水位センサ６１は、測定値が所定の下限を下回った場合、弁５５を介して冷却水が補給されるように制御装置５９に測定信号を出力する。
　また、貯水槽６における水の出力口には、温度センサ６２が設けられている。温度センサ６２は、貯水槽６から出力される水の温度Ｔ１を測定し、制御装置５９に出力する。なお、バイナリー発電装置８から貯水槽６に流入する水の温度は、例えば摂氏８０度ほどである。
　貯水槽６から出力された水は、ポンプＰ１によって弁５１、５２を経て冷却水クーラー３に送られる。弁５１，５２については後述する。
　冷却水クーラー３は、エンジン７１の燃焼室周囲を冷却するための冷却媒体として冷却水を有し、エンジン７１の冷却水を貯水槽６から出力された水と熱交換することによって、エンジン７１の冷却水を冷却するとともに、貯水槽６からの水を予熱して排気ガス熱交換器２に出力する装置である。冷却水クーラー３における水の流入口は、弁５２における水の出力口と繋がっており、冷却水クーラー３における水の出力口は、排気ガス熱交換器２における水の流入口に繋がっている。
　また、冷却水クーラー３は、弁５３を介して冷却水が供給されるように冷却水流入口を有するとともに、冷却水クーラー３において昇温された冷却水が貯水槽６に出力されるように冷却水出力口を有する。
　冷却水クーラー３は、２つの温度センサ３１，３２を有している。温度センサ３１は、冷却水クーラー３の温度Ｔ２を測定して、測定信号を制御装置５９に出力する。温度センサ３２は、冷却水クーラー３における水の出力口に設けられ、冷却水クーラー３から出力される水の温度Ｔ３を測定し、制御装置５９に出力する。また、冷却水クーラー３は、流量計３３を有している。流量計３３は、冷却水クーラー３に流入する水の流量を測定し、測定値が所定の下限を下回る場合、弁５３から冷却水の補給を受けるべく制御装置５９に出力する。
　冷却水クーラー３において予熱された水は、排気ガス熱交換器２に出力される。例えば、バイナリー発電装置８から出力された水が約摂氏８０度の温度である場合、水は貯水槽６において多少放熱し、摂氏７０度ほどの温度で貯水槽６から出力される。このような温度の水が、摂氏９０度を上限の温度とする冷却水クーラー３において予熱されて出力される。
　排気ガス熱交換器２は、冷却水クーラー３で予熱された水を、エンジン７１の排気ガスと熱交換することで加熱する装置である。排気ガス熱交換器２における水の出力口はバイナリー発電装置８における水の流入口に繋がっており、排気ガス熱交換器２によって加熱された水は、バイナリー発電装置８に出力される。例えば、本実施形態におけるエンジン７１の排気ガスは摂氏５００度ほどであり、熱交換後の水の温度は、バイナリー発電装置８において必要とされる摂氏９５度を優に超える。エンジン７１の排気ガスは、排気ガス熱交換器２における熱交換によって摂氏２００～３００度まで温度を低下された後、大気に放出される。
＜副予熱系統＞　
　副予熱系統は、上述したとおり、貯水槽６から弁５１、潤滑油クーラー４、弁５４を経て排気ガス熱交換器２に至る。
　具体的には、潤滑油クーラー４は、エンジン７１の内部を冷却するための冷却媒体として潤滑油を有し、エンジン７１の潤滑油を貯水槽６から出力された水と熱交換することによって、エンジン７１の潤滑油を冷却するとともに、貯水槽６からの水を予熱して出力する装置である。潤滑油クーラー４における水の流入口は、弁５１における水の一方の出力口に繋がり、また、潤滑油クーラー４における水の出力口は、弁５４における水の流入口に繋がっている。そして、弁５４における水の一方の出力口は、排気ガス熱交換器２に繋がっている。したがって、貯水槽６から弁５１を介して潤滑油クーラー４に供給された水は、潤滑油クーラー４において予熱された後、加熱のために排気ガス熱交換器２に出力されるか、後述するように、更なる予熱のために貯水槽６に回収される。
　潤滑油クーラー４は、２つの温度センサ４１，４２を有する。温度センサ４１は、潤滑油クーラー４の温度Ｔ４を測定し、制御装置５９に出力する。温度センサ４２は、潤滑油クーラー４における水の出力口に設けられ、潤滑油クーラー４から出力される水の温度Ｔ５を測定して制御装置５９に出力する。また、潤滑油クーラー４は流量計４３を有している。流量計４３は、潤滑油クーラー４に流入する水の流量を測定し、測定値が所定の下限を下回る場合、弁５３から冷却水の補給を受けるべく制御装置５９に出力する。
＜冷却水供給系統＞　
　冷却水供給系統は、上述したとおり、弁５３、５５を介して冷却水を冷却水クーラー３、潤滑油クーラー４および貯水槽６に供給する。冷却水は、バイナリー発電装置８とは異なる設備、例えば上水道から供給される。また、スケールの発生を防止する観点から、冷却水として真水が用いられることが好ましい。
　具体的には、弁５５の冷却水流入口はポンプＰ２を介して例えば上水道に繋がっており、弁５５の一方の冷却水出力口は貯水槽６の冷却水流入口に、他方の冷却水出力口は弁５３の冷却水流入口に繋がっている。弁５３の一方の冷却水出力口は冷却水クーラー３の冷却水流入口に、他方の冷却水出力口は潤滑油クーラー４の冷却水流入口に繋がっている。
　したがって、冷却水は、後述する条件の下、弁５３を介して冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に、また、弁５５を介して貯水槽６に、それぞれ供給される。
＜弁＞　
　弁５１、５２、５４は、主および副予熱系統における水の流れを調節する装置であり、弁５３、５５は、冷却水供給系統における冷却水の流れを調節する装置である。弁５１～５５は制御装置５９の出力に基づいて動作する。
　具体的には、弁５１は、貯水槽６から供給された水を弁５２および潤滑油クーラー４に振り分けて出力する装置である。したがって、弁５１は、貯水槽６からの水が流入する１つの流入口と、水が弁５２および潤滑油クーラー４の側にそれぞれ出力される２つの出力口を有する。
　弁５１から出力される水の配分は、状況に応じて変更される。水は、例えば、弁５２側に全て出力されたり、潤滑油クーラー４側に全て出力されたりしてもよいし、弁５２側に１／２、潤滑油クーラー４側に１／２でもよく、あるいは、弁５２側に１／３、潤滑油クーラー４側に２／３でもよい。排熱回収装置１が通常運転を行っているとき、弁５１は、弁５２側にも潤滑油クーラー４側にも水が出力されるように制御される。
　また、弁５１における弁５２側の出力口には、温度センサ５１１が設けられている。温度センサ５１１は、弁５１から弁５２側に出力される水の温度Ｔ６を測定し、制御装置５９に出力する。
　弁５２は、弁５１と冷却水クーラー３とを繋ぐ流路に設けられ、冷却水クーラー３の温度Ｔ２が弁５１から弁５２側に出力された水の温度Ｔ６より低い場合、温度Ｔ６の水を排気ガス熱交換器２に供給させる装置である。つまり、弁５２は、上述の場合に、貯水槽６からの水を冷却水クーラー３を経ることなく排気ガス熱交換器２に供給するような流路を形成する。それ以外の場合、弁５２は、温度Ｔ６の水を冷却水クーラー３に供給させる。
　弁５３は、主および副予熱系統が過熱したとき、冷却水を冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に供給させる装置である。具体的には、冷却水クーラー３の温度Ｔ２が所定の許容温度を超える場合、かつ、潤滑油クーラー４の温度Ｔ４が所定の許容温度を超える場合に、弁５３は動作する。また、弁５３は、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４のそれぞれに供給される水の流量がそれぞれ所定の下限を下回る場合にも、冷却水を冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に供給させる。これら２つ以外の場合、弁５３は動作しないように設定するが、状況に応じ、動作するようにしてもよい。
　弁５４は、潤滑油クーラー４から出力された水を、排気ガス熱交換器２と貯水槽６のいずれかに供給する装置である。つまり、弁５４は、潤滑油クーラー４から出力される水の温度Ｔ５が、冷却水クーラー３から出力される水の温度Ｔ３よりも低い場合、潤滑油クーラー４から出力された水を貯水槽６に回収させ、それ以外の場合には、排気ガス熱交換器２に供給させる。
　弁５５は、貯水槽６の水位が所定の下限を下回る場合、冷却水を貯水槽６に供給させる装置である。
＜制御装置＞
　制御装置５９は、温度センサ３１、３２、４１、４２、６２、５１１、流量計３３、４３、水位センサ６１から出力される測定信号に基づいて、弁５１～５５を制御する装置である。
　具体的には、制御装置５９は、温度センサ４１によって測定された潤滑油クーラー４の温度Ｔ４と、温度センサ６２によって測定された貯水槽６から出力される水の温度Ｔ１とを比較し、温度Ｔ４が温度Ｔ１よりも高い場合、貯水槽６から出力される水が熱交換のために潤滑油クーラー４に供給されるように弁５１を制御する。一方、温度Ｔ４が温度Ｔ１より低い場合には、制御装置５９は、貯水槽６からの水が弁５２の方に供給されるように弁５１を制御する。
　また、制御装置５９は、温度センサ３１によって測定された冷却水クーラー３の温度Ｔ２と、温度センサ５１１によって測定された、弁５１から弁５２側に出力される水の温度Ｔ６とを比較し、温度Ｔ２が温度Ｔ６よりも低い場合、弁５１から供給される水が冷却水クーラー３を経由することなく排気ガス熱交換器２に供給されるよう弁５２を制御する。一方、温度Ｔ２が温度Ｔ６より高い場合、制御装置５９は、弁５１から供給される水が冷却水クーラー３に供給されるよう弁５２を制御する。
　制御装置５９は、温度センサ３１によって測定された冷却水クーラー３の温度Ｔ２が冷却水クーラー３の許容温度を超える場合、かつ、温度センサ４１によって測定された潤滑油クーラー４の温度Ｔ４が潤滑油クーラー４の許容温度を超える場合、弁５３から冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に冷却水を供給するように弁５３を制御する。また、制御装置５９は、流量計３３によって測定された冷却水クーラー３を流れる水の流量が所定の下限を下回る場合、および、流量計４３によって測定された潤滑油クーラー４を流れる水の流量が所定の下限を下回る場合にも、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に冷却水を供給するように弁５３を制御する。これら２つの場合以外には、制御装置５９は、冷却水を冷却水クーラー３にも潤滑油クーラー４にも供給しないように弁５３を制御する。例えば、発電用エンジンの場合、エンジン７１の冷却水および潤滑油は摂氏２００～３００度ほどの温度に達するが、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４の許容温度はそれぞれ摂氏９５度ほどである。
　さらに、制御装置５９は、温度センサ３２によって測定された冷却水クーラー３から出力される水の温度Ｔ３と、温度センサ４２によって測定された潤滑油クーラー４から出力される水の温度Ｔ５とを比較し、温度Ｔ３が温度Ｔ５より高い場合、潤滑油クーラー４から出力される温度Ｔ５の水が貯水槽６に回収されるように弁５４を制御する。一方、制御装置５９は、温度Ｔ３が温度Ｔ５より低い場合、潤滑油クーラー４から出力される温度Ｔ５の水が排気ガス熱交換器２に供給されるように弁５４を制御する。
　制御装置５９は、水位センサ６１によって測定された貯水槽６の水位が所定の下限を下回る場合、貯水槽６に冷却水を補給するよう弁５５を制御する。
＜バイナリー発電装置＞　
　本実施形態において、排熱回収装置１において加熱された水は、バイナリー発電装置８において利用される。つまり、本実施形態では、エンジン７１を原動機として発電すると同時に、エンジン７１の排熱を利用して更に発電する多段式発電システムが構成されている。
　バイナリー発電装置８は、図９に示されるように、蒸発器８１，タービン８２，凝縮器８３，発電機８４，インバータ８５，コンバータ８６およびクーリングタワー８７を備えている。バイナリー発電装置８に入力される水の適切な温度は、例えば摂氏９５度ほどである。また、バイナリー発電装置８から出力される温水の温度は、例えば摂氏８３度ほどである。
　排熱回収装置１の排気ガス熱交換器２から出力された水は、バイナリー発電装置８の蒸発器８１に導かれる。そして、蒸発器８１においてバイナリー発電装置８の動作媒体に熱を与えた後、排熱回収装置１の貯水槽６に戻される。
　バイナリー発電装置８の動作媒体は、蒸発器８１において加熱されて蒸発する。気化した動作媒体は、タービン８２に導かれ、タービン８２を回転させた後、凝縮器８３において液化される。液化された動作媒体は、ポンプＰ６によって再び蒸発器８１に送られる。
　タービン８２は発電機８４の原動機であり、タービン８２の回転によって発電機８４は発電する。発電機８４によって発電された電力は、インバータ８５およびコンバータ８６を経て送電系統に送電される。
＝＝＝動作＝＝＝　
　図２～図８を参照して、本発明の実施形態における排熱回収装置の動作を説明する。
＜エンジンが定常運転している時＞
　図２～図４は、エンジンが定常運転を行っている状態における予熱系統の水および冷却水供給系統の冷却水の流れを太線で示している。
　図２は、エンジンが定常運転されている状態における水の基本的な流れを示す。この場合、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４の温度Ｔ２，Ｔ４は、それぞれ許容温度より低く、また、貯水槽６および弁５１から出力される水の温度Ｔ１，Ｔ６より高い。また、冷却水クーラー３から出力される水の温度Ｔ３は、潤滑油クーラー４から出力される水の温度Ｔ５より低い。貯水槽６の水位は下限を上回っており、また、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４にそれぞれ流入する水の流量は下限を上回っている。
　このとき、制御装置５９は、温度センサ６２および４１からの測定信号を比較し、温度Ｔ１の方が温度Ｔ４より低いと判定する。そして、制御装置５９は、弁５１に供給される水が冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４の両方に流れるように弁５１を制御する。
　また、制御装置５９は、温度センサ５１１および３１からの測定信号を比較し、温度Ｔ６の方が温度Ｔ２より低いと判定する。そして、制御装置５９は、弁５２に供給される水が冷却水クーラー３に流れるように弁５２を制御する。
　また、制御装置５９は、温度センサ３２および４２からの測定信号を比較し、温度Ｔ３の方が温度Ｔ５より低いと判定する。そして、制御装置５９は、弁５４に供給される水が排気ガス熱交換器２に流れるように弁５４を制御する。
　制御装置５９は、水位センサ６１の測定信号から貯水槽６の水位は下限を上回っていると判定し、貯水槽６に冷却水が供給されないように弁５５を制御する。また、制御装置５９は、流量計３３と４３の測定信号から、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４にそれぞれ流入する水の流量は下限を上回っていると判定し、冷却水クーラー３にも潤滑油クーラー４にも冷却水が供給されないように弁５３を制御する。
　その結果、水は、主予熱系統と副予熱系統とを流れた後に排気ガス熱交換器２で加熱される。冷却水供給系統に冷却水は流れない。
　図３は、エンジンが定常運転されている状態において、冷却水クーラー３から出力される水の温度Ｔ３が、潤滑油クーラー４から出力される水の温度Ｔ５よりも高い場合における水の流れを示す。制御装置５９は、温度センサ３２および４２の測定信号を比較して、温度Ｔ３が温度Ｔ５よりも高いと判定し、潤滑油クーラー４から出力される水を貯水槽６に流すように弁５４を制御する。
　その結果、主予熱系統を流れる水は排気ガス熱交換器２において加熱されるが、副予熱系統を流れる水は、再度の予熱のため貯水槽６に回収される。冷却水クーラー３で予熱された水に、それよりも温度の低い潤滑油クーラー４からの水を合流させることで、冷却水クーラー３からの水の温度を低下させないようにするため、つまり、熱の有効利用のためである。
　図４は、エンジンが定常運転されている状態において、貯水槽６の水位が所定の下限を下回ったときの水および冷却水の流れを示す。制御装置５９は、水位センサ３１からの測定信号に基づいて、貯水槽６の水位が下限を下回っていると判定し、貯水槽６に冷却水を供給するように弁５５を制御する。その結果、貯水槽６の水位が下限を上回るまで、弁５５を介して冷却水が補給される。
＜エンジンが始動する時＞
　図５および図６は、エンジン７１が始動した時における予熱系統の水および冷却水供給系統の冷却水の流れを太線で示している。
　図５は、エンジン７１が始動した時における水の基本的な流れを示す。この場合、冷却水クーラー３の温度Ｔ２は、弁５１から弁５２側に出力される水の温度Ｔ６よりも低い。制御装置５９は、温度センサ３１および５１１からの測定信号を比較し、温度Ｔ２が温度Ｔ６よりも低いと判定し、弁５１から流入した水を排気ガス熱交換器２に供給させるように弁５２を制御する。
　また、潤滑油クーラー４の温度Ｔ４は、貯水槽６から出力される水の温度Ｔ１よりも低い。制御装置５９は、温度センサ４１および６２からの測定信号を比較し、温度Ｔ４が温度Ｔ１よりも低いと判定して、貯水槽６から流入した水を弁５２に供給させるように弁５１を制御する。
　その結果、貯水槽から出力された水は、弁５１，５２を経て排気ガス熱交換器２に供給される。これにより、冷却されるべきエンジン７１の冷却水に熱を与える事態を回避することができる。また、予熱されるべき貯水槽６からの水が冷却水クーラー３で熱を奪われることを回避することができ、熱の有効利用が図られる。
　図６は、エンジン７１が始動した時に、貯水槽６の水位が下限に満たない状態における水および冷却水の流れを示す。制御装置５９は、水位センサ３１からの測定信号に基づいて、貯水槽６の水位が下限に満たないと判定し、貯水槽６に冷却水を供給させるように弁５５を制御する。その結果、貯水槽６の水位が下限を上回るまで、弁５５を介して冷却水が補給される。
＜排熱回収装置の主および副予熱系統が過熱している時＞
　図７および図８は、排熱回収装置１の主および副予熱系統が過熱している時における予熱系統の水および冷却水供給系統の冷却水の流れを太線で示している。
　図７は、排熱回収装置１の主および副予熱系統が過熱している時の、水の基本的な流れを示す。この場合、冷却器クーラー３および潤滑油クーラー４の温度Ｔ２，Ｔ４は、冷却器クーラー３および潤滑油クーラー４のそれぞれの許容温度を超えている。制御装置５９は、温度センサ３１および４１からの測定信号を比較し、温度Ｔ２およびＴ４はそれぞれの許容温度を超えていると判定する。制御装置５９は、弁５３に冷却水が供給されるように弁５５を制御するとともに、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に冷却水が供給されるように弁５３を制御する。
　また、貯水槽６から出力される水の温度Ｔ１は、潤滑油クーラー４の温度Ｔ４より高い。制御装置５９は、温度センサ６２および４１の測定結果を比較し、温度Ｔ１の方が温度Ｔ４より高いと判定し、貯水槽６から出力された水を弁５２に供給させるように弁５１を制御する。
　さらに、弁５１から出力される水の温度Ｔ６は、冷却水クーラー３の温度Ｔ２よりも高い。制御装置５９は、温度センサ５１１および３１の測定信号を比較し、温度Ｔ６の方が温度Ｔ２より高いと判定し、弁５１から出力された水を排気ガス熱交換器２に供給させるように弁５２を制御する。
　その結果、貯水槽から出力された水は、弁５１，５２を経て排気ガス熱交換器２に供給される。また、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に冷却水が供給され、これら機器が冷却される。このようにして供給された冷却水は、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４から貯水槽６に回収される。
　冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４が過熱することによってエンジン７１がオーバーヒートし、エンジン７１とその周辺機器が損傷するおそれがあることから、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４の過熱を防ぐことで各種機器の保護が図られる。
　図８は、排熱回収装置１の主および副予熱系統が過熱していることに加えて、貯水槽６の水位が下限を下回っている時の、水の流れを示す。制御装置５９は水位センサ６１の測定信号に基づいて弁５５を開くよう制御するため、冷却水が貯水槽６に供給される。これにより、過熱している主および副予熱系統の全体が冷却される。
　前述したとおり、冷却水クーラー３は、エンジン７１の燃焼室周囲を冷却するための冷却媒体として冷却水を有し、温水利用設備から出力される第１温度の水をエンジン７１の冷却水と熱交換することにより、第１温度より高い第２温度の水を出力する。排気ガス熱交換器２は、第２温度の水をエンジン７１の排気ガスと熱交換することにより、第２温度より高い第３温度の水を出力するとともにバイナリー発電装置８に供給する。弁５２は、エンジン７１の冷却水の温度が冷却水クーラー３の第１温度の水が供給される側の温度より低い場合、第１温度の水を排気ガス熱交換器２に供給させる。したがって、温水利用設備側から供給された水は、弁５２を経て排気ガス熱交換器２に供給される。つまり、水は冷却水クーラー３を経由しない。これにより、冷却されるべきエンジン７１の冷却水に熱を与える事態を回避することができる。このことは、排熱回収装置１の予熱系統が過熱している場合に、エンジン７１のオーバーヒートおよびそれに伴うエンジン７１とその周辺機器の損傷を防止することに繋がる。また、予熱されるべき温水利用設備側からの水が冷却水クーラー３で熱を奪われることを回避することができ、熱の有効利用が図られる。
　また、潤滑油クーラー４は、エンジン７１の内部を冷却するための冷却媒体として潤滑油を有し、温水利用設備から出力される第１温度の水を潤滑油と熱交換することにより、第１温度より高い第４温度の水を出力するとともに排気ガス熱交換器２に供給する。したがって、排熱回収装置１は、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４という２つの予熱付与手段を有し、熱の有効利用が図られる。
　また、弁５１は、弁５２の第１温度の水が流入する側に設けられ、潤滑油の温度が潤滑油クーラー４の第１温度の水が供給される側の温度より低い場合、潤滑油クーラー４に供給される第１温度の水を弁５２の方に供給させる。これにより、冷却されるべきエンジン７１の潤滑油に熱を与える事態を回避することができる。このことは、排熱回収装置１の予熱系統が過熱している場合に、エンジン７１のオーバーヒートおよびそれに伴う各機器の損傷を防止することに繋がる。また、予熱されるべき温水利用設備側からの水が潤滑油クーラー４で熱を奪われることを回避することができ、熱の有効利用が図られる。
　また、貯水槽６は、弁５１の第１温度の水が流入する側に設けられ、温水利用設備から出力される第１温度の水を蓄えた後に弁５１に出力する。したがって、排熱回収装置１の予熱系統を流れる水の量を調節することができ、排熱回収装置１を安定的に運用することができる。
　また、弁５４は、潤滑油クーラー４の第４温度の水が出力される側の温度が、冷却水クーラー３の第２温度の水が出力される側の温度より低い場合、第４温度の水を貯水槽６に供給させる。したがって、冷却水クーラー３から出力された水は排気ガス熱交換器２において加熱されるが、潤滑油クーラー４から出力された水は、再度の予熱のため貯水槽６に回収される。冷却水クーラー３で予熱された水に、それよりも温度の低い潤滑油クーラー４からの水を合流させることで、冷却水クーラー３からの水の温度が低下することを回避することができ、熱の有効利用に役立つ。
　また、弁５３は、上水道など、温水利用設備とは異なる設備から出力され、エンジン７１の冷却水および潤滑油の温度より低い第５温度の水を、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４のうち少なくとも一方に供給させる。これにより、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に流れこむ水を確保することができ、排熱回収装置１の安定的な運転に役立つ。
　弁５３は、冷却水クーラー３の第１温度の水が供給される側の温度がエンジン７１の冷却水の許容温度より高い場合、かつ、潤滑油クーラー４の第１温度の水が供給される側の温度が潤滑油の許容温度より高い場合に、第５温度の水を冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に供給することが好ましい。これにより、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４の過熱を防ぐことができ、エンジン７１のオーバーヒートおよびそれに伴うエンジン７１とその周辺機器の損傷が回避される。
　また、弁５３は、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に供給される第１温度の水の流量がそれぞれ所定の流量以下になった場合にも、第５温度の水を冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に供給することが好ましい。これにより、冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に流れこむ水の一定の流量を確保することができ、排熱回収装置１の安定的な運転に役立つ。
　また、弁５５は、貯水槽６に蓄えられた水の量が所定量以下になった場合、第５温度の水を貯水槽６に供給させる。したがって、貯水槽６は所定量の水を貯めていることが確保される。このことは、貯水槽６から冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４に水が安定的に供給されることを意味し、排熱回収装置１の安定的な運転に繋がる。
　また、温水利用設備は、バイナリー発電装置であることが好ましい。これにより、エンジン７１からの排熱を利用して更に発電することが可能となり、エンジン７１の排熱の有効利用が図られる。
　なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
　例えば、第１クーラーおよび第２クーラーをそれぞれ冷却水クーラー３および潤滑油クーラー４と対応させて説明したが、冷却水クーラー３と潤滑油クーラー４とは入れ替わってもよい。
　また、温水利用設備の他の例として温水プールが挙げられる。
　１　排熱回収装置
　２　排気ガス熱交換器
　３　冷却水クーラー
　４　潤滑油クーラー
　５１～５５　弁
　６　貯水槽

Claims (12)

  1. 　エンジンと、
    　前記エンジンの第１被冷却機構を冷却するための第１冷却媒体を有し、温水利用設備から出力される第１温度の水を前記第１冷却媒体と熱交換することにより、前記第１温度より高い第２温度の水を出力する第１クーラーと、
    　前記第２温度の水を前記エンジンの排気ガスと熱交換することにより、前記第２温度より高い第３温度の水を出力するとともに前記温水利用設備に供給する熱交換器と、
    　前記第１冷却媒体の温度が前記第１クーラーの前記第１温度の水が供給される側の温度より低い場合、前記第１温度の水を前記熱交換器に供給させる第１弁装置と、
    を備えることを特徴とするエンジンの排熱回収装置。
  2. 　前記エンジンの第２被冷却機構を冷却するための第２冷却媒体を有し、前記温水利用設備から出力される前記第１温度の水を前記第２冷却媒体と熱交換することにより、前記第１温度より高い第４温度の水を出力するとともに前記熱交換器に供給する第２クーラー
    を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排熱回収装置。
  3. 　前記第１弁装置の前記第１温度の水が流入する側に設けられ、前記第２冷却媒体の温度が前記第２クーラーの前記第１温度の水が供給される側の温度より低い場合、前記第２クーラーに供給される前記第１温度の水を前記第１弁装置の方に供給させる第２弁装置
    を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排熱回収装置。
  4. 　前記第２弁装置の前記第１温度の水が流入する側に設けられ、前記温水利用設備から出力される前記第１温度の水を蓄えた後に前記第２弁装置に出力する貯水槽
    を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排熱回収装置。
  5. 　前記第２クーラーの前記第４温度の水が出力される側の温度が、前記第１クーラーの第２温度の水が出力される側の温度より低い場合、前記第４温度の水を前記貯水槽に供給させる第３弁装置
    を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排熱回収装置。
  6. 　前記温水利用設備とは異なる設備から出力され、前記第１および第２冷却媒体の温度より低い第５温度の水を、前記第１および第２クーラーのうち少なくとも一方に供給させる第４弁装置
    を更に備えることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排熱回収装置。
  7. 　前記第４弁装置は、前記第１クーラーの前記第１温度の水が供給される側の温度が前記第１冷却媒体の許容温度より高い場合、かつ、前記第２クーラーの前記第１温度の水が供給される側の温度が前記第２冷却媒体の許容温度より高い場合に、前記第５温度の水を前記第１および第２クーラーに供給することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排熱回収装置。
  8. 　前記第４弁装置は、前記第１および第２クーラーに供給される前記第１温度の水の流量がそれぞれ所定の流量以下になった場合に、前記第５温度の水を前記第１および第２クーラーに供給することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排熱回収装置。
  9. 　前記貯水槽に蓄えられた水の量が所定量以下になった場合、前記第５温度の水を前記貯水槽に供給させる第５弁装置
    を更に備えることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
  10. 　前記第１クーラーは、前記エンジンの冷却水を冷却する冷却水クーラーであることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
  11. 前記第２クーラーは、前記エンジンの潤滑油を冷却する潤滑油クーラーであることを特徴とする請求項２～１０のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
  12. 　前記温水利用設備は、バイナリー発電装置であることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
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