排热回收装置及排热回收方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种排热回收装置及排热回收方法。
【背景技术】
[0002]以往，有一种回收供应给引擎的增压空气的排热的排热回收装置已为公知。例如，在日本专利公开公报特开2013-167241号(以下，简称为“专利文献I”)中公开了一种废热回收装置，该废热回收装置具备通过让加压吸气和工作介质热交换而使工作介质蒸发的热交换器、使从热交换器流出的工作介质膨胀的膨胀器、与膨胀器连接的发电机、使从膨胀器流出的工作介质冷凝的冷凝器、将从冷凝器流出的工作介质向热交换器输送的泵浦、根据热交换器的热负载控制泵浦的转数的控制部。如果所述热负载增大，控制部基于预先存储的信息使泵浦的转数增加。由此，废热的回收量(发电机的发电量)增大。另一方面，如果热负载减小，控制部基于所述信息使泵浦的转数降低。即，使工作介质在热交换器中的气化优先。
[0003]上述专利文献I所示的排热回收装置中，在从热交换器的热负载(原动机的负载)低的状态到高的状态的广范围稳定地进行排热回收很困难。具体而言，如果热交换器的热负载降低，则在热交换器中工作介质可回收的热量变得非常小，因此，即使控制部让泵浦的转数降低，工作介质也有可能在热交换器中不能充分地气化而以气液两相的状态从该热交换器流出并流入冷凝器。为了防止这种事态的发生，必须在热负载降低时使泵浦停止(停止排热的回收)。即，在上述专利文献I所示的排热回收装置中，尤其在热负载低的状态时无法稳定地回收排热。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种在从引擎负载低的状态到高的状态的广范围能够稳定地进行排热回收的排热回收装置和排热回收方法。
[0005]本发明的一个方面涉及排热回收装置，其包括:通过让供应给引擎的增压空气和工作介质热交换而使该工作介质蒸发的加热器；通过让从所述加热器流出的工作介质和加热介质热交换来加热该工作介质的热交换器；使从所述热交换器流出的工作介质膨胀的膨胀机；与所述膨胀机连接的动力回收机；使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝的冷凝器；将从所述冷凝器流出的工作介质向所述加热器输送的泵浦。
[0006]此外，本发明的另一个方面涉及排热回收方法，该排热回收方法是回收供应给引擎的增压空气的排热的方法，该排热回收方法包括:通过向加热器供应所述增压空气，由该加热器使工作介质蒸发的蒸发工序；通过由热交换器让从所述加热器流出的工作介质和加热介质热交换来加热该工作介质的加热工序；通过由膨胀机使从所述热交换器流出的工作介质膨胀而从该工作介质回收动力的动力回收工序；由冷凝器使从所述膨胀机流出的工作介质冷凝的冷凝工序；由泵浦将从所述冷凝器流出的工作介质向所述加热器输送的泵浦驱动工序。在所述泵浦驱动工序中，基于流入所述加热器前的增压空气的压力和从所述加热器流出后的增压空气的压力的压差的增减而使所述泵浦的转数增减。
[0007]根据本发明，能够在从引擎负载低的状态到高的状态的广范围稳定地回收排热。
【附图说明】
[0008]图1是表示本发明的一实施方式所涉及的排热回收装置的结构的概略图。
[0009]图2是表示引擎的负载和增压空气的流量的关系的图。
[0010]图3是表示压差和增压空气的流量的关系的图。
[0011]图4是表示压差和泵浦的转数的关系的图。
[0012]图5是表示增压空气的流量和工作介质的流量的关系、以及增压空气的流量和泵浦的压差的关系的图。
[0013]图6是表示泵浦特性及阻抗曲线的图。
[0014]图7是表示控制部的控制内容的流程图。
[0015]图8是表示控制部的控制内容的流程图。
【具体实施方式】
[0016]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的实施方式是将本发明具体化的一个例子，并不限定本发明的技术范围。
[0017]参照图1对本发明的一实施方式的排热回收装置10进行说明。
[0018]如图1所示，本排热回收装置10包括加热器12、热交换器14、膨胀机16、动力回收机18、冷凝器20、泵浦22、将加热器12、热交换器14、膨胀机16、冷凝器20及泵浦22按照该顺序串联连接的循环通路24、以及进行各种控制的控制部30。本实施方式的排热回收装置10搭载于船舶，回收带有增压器的引擎的排热。
[0019]带有增压器的引擎具有增压器(supercharger)、引擎3、吸气线32、35、排气线37、设置于吸气线的气体冷却器2。增压器具有压缩机I和与该压缩机I连接的涡轮机4。被压缩机I压缩的增压空气通过吸气线供应给气体冷却器2，并在此被冷却。另外，在气体冷却器2中，作为用于冷却增压空气的冷却介质可以使用例如海水。从气体冷却器2流出的增压空气通过吸气线被供应给引擎3。引擎3的排出气体通过排气线37被输送到涡轮机4。涡轮机4通过排出气体的膨胀能而被驱动，压缩机I通过该涡轮机4的驱动力而被驱动。本排热回收装置10通过将加热器12连接在吸气线的压缩机I和气体冷却器2之间的部位，来回收增压空气的排热。
[0020]加热器12通过让被压缩机I压缩过的增压空气与液体状的工作介质热交换而使工作介质蒸发。具体而言，加热器12具有供从压缩机I通过吸气线的第I管32供应的增压空气流动的第I通路12a、以及供工作介质流动的第2通路12b。从加热器12流出的增压空气通过吸气线的第2管35流入气体冷却器2。
[0021]热交换器14被设置在循环通路24的加热器12的下游侧的部位。此外，热交换器14与设置在船舶内的蒸气线连接。热交换器14通过让从加热器12流出的工作介质与在船舶内产生的剩余水蒸气(加热介质)热交换来加热工作介质。具体而言，热交换器14具有供通过蒸气供应管(加热介质供应管)26供应的蒸气流动的第I通路14a、以及供工作介质流动的第2通路14b。在蒸气供应管26设有其打开度可调整的调整阀28和压力传感器29?根据调整阀28的打开度，从蒸气供应管26供应给热交换器14的蒸气的流量和压力变动。在来自热交换器14的蒸气的排出管可以配置疏水管(steam trap) 27ο由于在热交换器14中蒸气冷凝的量确定，因此，通过配置疏水管27，蒸气的流量被自动地调整。另外，作为热交换器14，可以采用壳管式热交换器或平板式热交换器。
[0022]膨胀机16被设置在循环通路24的热交换器14的下游侧的部位。在本实施方式中，作为膨胀机16，采用具有通过从热交换器14流出的气体状的工作介质的膨胀能而被旋转驱动的转子的容积型的螺旋膨胀机。具体而言，该膨胀机16具有内部形成有转子室的箱体和旋转自如地支撑在转子室内的阴阳一对的螺旋转子(a male/female pair of screwrotors) o在膨胀机16中，所述螺旋转子通过从形成在所述箱体的吸气口供应到所述转子室的气体状的工作介质的膨胀能而被旋转驱动。然后，在所述转子室内因膨胀而压力减小的工作介质从形成在所述箱体的排出口被排出到循环通路24。另外，膨胀机16并不限于容积型的螺旋膨胀机，也可以采用离心型或滚动型等的膨胀机。
[0023]动力回收机18与膨胀机16连接。在本实施方式中，使用发电机作为动力回收机18。该动力回收机18具有与膨胀机16的一对螺旋转子的其中之一连接的旋转轴。动力回收机18通过所述旋转轴伴随所述螺旋转子的旋转而旋转，从而产生电力。另外，作为动力回收机18，除了发电机以外，也可以采用压缩机等。
[0024]冷凝器20被设置在循环通路24的膨胀机16的下游侧的部位。冷凝器20通过用冷却介质冷却工作介质使其冷凝(液化)。作为供应给冷凝