專利名稱：廢熱回收發(fā)電裝置及具備該裝置的船舶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對內(nèi)燃機(jī)的廢熱進(jìn)行回收而發(fā)電的廢熱回收發(fā)電裝置及具備該裝置的船舶。
背景技術(shù)：
一直以來，提出了各種對內(nèi)燃機(jī)的廢氣等的廢熱進(jìn)行回收而發(fā)電的技術(shù)。在下述專利文獻(xiàn)I中公開了一種通過以來自柴油發(fā)電機(jī)的廢熱為熱源的有機(jī)蘭肯循環(huán)(OrganicRankine Cycle)進(jìn)行發(fā)電的廢熱回收發(fā)電裝置。在該文獻(xiàn)中主要記載了從柴油發(fā)電機(jī)的廢氣進(jìn)行熱回收的情況，并且公開了在水冷式的柴油發(fā)動機(jī)的情況下，可以利用其發(fā)動機(jī)冷卻水(封套冷卻水)的情況。
在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本實用新案登錄第3044386號公報(
)然而，發(fā)動機(jī)冷卻水的溫度水平最多為80 90°C，作為使有機(jī)蘭肯循環(huán)驅(qū)動的熱源而存在溫度水平低這樣的問題。另一方面，在作為船舶用主機(jī)而使用的柴油發(fā)動機(jī)中，作為廢氣的熱回收而討論了蒸氣渦輪或動力渦輪(燃?xì)鉁u輪)，也有已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)定的效率的實際成績。因此，使用船舶用主機(jī)的廢氣作為有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源的情況在實現(xiàn)高效率的熱回收方面，并不能說是良策。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這種情況而作出，其目的在于提供一種能夠?qū)囟人奖葍?nèi)燃機(jī)的廢氣低的以往利用價值低的發(fā)動機(jī)冷卻水的廢熱作為有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源的廢熱回收發(fā)電裝置及具備該裝置的船舶。為了解決上述課題，本發(fā)明的廢熱回收發(fā)電裝置及具備該裝置的船舶采用以下的方法。即，本發(fā)明的第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置的特征在于，具備從對內(nèi)燃機(jī)主體進(jìn)行冷卻的發(fā)動機(jī)冷卻水、及對由該內(nèi)燃機(jī)的增壓器噴出的壓縮空氣進(jìn)行冷卻的空氣冷卻器，來進(jìn)行熱回收的廢熱回收路徑；利用由該廢熱回收路徑回收的回收熱使有機(jī)流體蒸發(fā)的蒸發(fā)器；借助由該蒸發(fā)器蒸發(fā)的所述有機(jī)流體來驅(qū)動的渦輪；通過該渦輪的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)；使通過了渦輪的所述有機(jī)流體冷凝的冷凝器。有機(jī)流體進(jìn)行在由蒸發(fā)器蒸發(fā)之后，通過渦輪而膨脹，通過冷凝器而冷凝的循環(huán)即有機(jī)蘭肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle)。在本發(fā)明中，作為有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源,使用從發(fā)動機(jī)冷卻水和空氣冷卻器進(jìn)行了熱回收的熱量。如此，可以不使用例如250°C以上的溫度水平高的內(nèi)燃機(jī)的廢氣，而使用比廢氣的溫度水平低的未被有效利用的發(fā)動機(jī)冷卻水(例如80 90°C )及空氣冷卻器(例如130 140°C )。尤其是作為驅(qū)動有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源的溫度水平，僅為發(fā)動機(jī)冷卻水的話比較低，因此也從空氣冷卻器進(jìn)行熱回收，從而提高基于有機(jī)蘭肯循環(huán)的發(fā)電的實現(xiàn)性。作為內(nèi)燃機(jī)，典型地列舉出船舶用柴油發(fā)動機(jī)(主機(jī))。但是，不局限于船舶用，也可以是例如在發(fā)電等中使用的陸用的內(nèi)燃機(jī)。來自空氣冷卻器的廢熱回收優(yōu)選從壓縮空氣的上游側(cè)(高溫側(cè))進(jìn)行。作為發(fā)動機(jī)冷卻水，典型地列舉出在內(nèi)燃機(jī)主體的汽缸套中流通的封套冷卻水。而且，在所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置中，其特征在于，所述廢熱回收路徑具備與所述發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換的第一廢熱回收器；作為所述空氣冷卻器的第二廢熱回收器，在所述第一廢熱回收器及所述第二廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的廢熱回收介質(zhì)在所述蒸發(fā)器中與所述有機(jī)流體進(jìn)行熱交換。 在廢熱回收路徑中流動的廢熱回收介質(zhì)(例如水)在第一廢熱回收器中從發(fā)動機(jī)冷卻水回收廢熱，而且在第二廢熱回收器中從壓縮空氣回收了廢熱之后，在蒸發(fā)器中使有機(jī)流體蒸發(fā)。如此，從發(fā)動機(jī)冷卻水及壓縮空氣進(jìn)行了熱回收的廢熱回收介質(zhì)不經(jīng)由其他的載熱體而直接向蒸發(fā)器引導(dǎo)，因此能夠以少的熱損失將回收熱向蒸發(fā)器引導(dǎo)。此外，在所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置中，其特征在于，所述廢熱回收路徑具備將所述發(fā)動機(jī)冷卻水作為廢熱回收介質(zhì)，并進(jìn)行該發(fā)動機(jī)冷卻水與所述壓縮空氣的熱交換的作為所述空氣冷卻器的第三廢熱回收器，在該第三廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的所述發(fā)動機(jī)冷卻水在所述蒸發(fā)器中與所述有機(jī)流體進(jìn)行熱交換。在廢熱回收路徑中流動的發(fā)動機(jī)冷卻水在第三廢熱回收器中從空氣冷卻器回收了廢熱之后，在蒸發(fā)器中使有機(jī)流體蒸發(fā)。如此，將在廢熱回收路徑中流動的發(fā)動機(jī)冷卻水使用作為廢熱回收介質(zhì)，因此可以省略與發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換的熱交換器(上述發(fā)明 的第一廢熱回收器)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡化的結(jié)構(gòu)。而且，從空氣冷卻器進(jìn)行了熱回收的發(fā)動機(jī)冷卻水不經(jīng)由其他的載熱體而直接向蒸發(fā)器引導(dǎo)，因此能夠以少的熱損失將回收熱向蒸發(fā)器引導(dǎo)。此外，在所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置中，其特征在于，具備使載熱體循環(huán)并在所述蒸發(fā)器中使該載熱體與有機(jī)流體進(jìn)行熱交換的載熱體循環(huán)路徑，所述廢熱回收路徑具備與所述發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換的第一廢熱回收器和作為所述空氣冷卻器的第二廢熱回收器，在所述第一廢熱回收器及所述第二廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的廢熱回收介質(zhì)與所述載熱體循環(huán)路徑的載熱體進(jìn)行熱交換。 在廢熱回收路徑中流動的廢熱回收介質(zhì)在第一廢熱回收器中從發(fā)動機(jī)冷卻水回收廢熱，而且在第二廢熱回收器中從空氣冷卻器回收了廢熱之后，與載熱體循環(huán)路徑的載熱體(例如水或載熱油)進(jìn)行熱交換。并且，通過接受了回收熱的載熱體，使有機(jī)流體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)。如此，可以經(jīng)由載熱體循環(huán)路徑將回收熱向有機(jī)流體引導(dǎo)。此外，在所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置中，其特征在于，具備使載熱體循環(huán)并在所述蒸發(fā)器中使該載熱體與有機(jī)流體進(jìn)行熱交換的載熱體循環(huán)路徑，所述廢熱回收路徑具備將所述發(fā)動機(jī)冷卻水作為廢熱回收介質(zhì)，并進(jìn)行該發(fā)動機(jī)冷卻水與所述壓縮空氣的熱交換的作為所述空氣冷卻器的第三廢熱回收器，在該第三廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的所述發(fā)動機(jī)冷卻水與所述載熱體循環(huán)路徑的載熱體進(jìn)行熱交換。在廢熱回收路徑中流動的發(fā)動機(jī)冷卻水在第三廢熱回收器中從空氣冷卻器回收了廢熱之后，與載熱體循環(huán)路徑的載熱體(例如水或載熱油)進(jìn)行熱交換。并且，通過接受了回收熱的載熱體，使有機(jī)流體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)。如此，可以經(jīng)由載熱體循環(huán)路徑將回收熱向有機(jī)流體引導(dǎo)。另外，將在廢熱回收路徑中流動的發(fā)動機(jī)冷卻水使用作為廢熱回收介質(zhì)，因此可以省略與發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換的熱交換器(上述發(fā)明的第一廢熱回收器)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡化的結(jié)構(gòu)。此外，所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置具備蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)，該蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)借助在與所述內(nèi)燃機(jī)的廢氣進(jìn)行熱交換的廢氣熱交換器中生成的蒸氣來驅(qū)動。利用例如對于250°C以上的溫度水平高的內(nèi)燃機(jī)的廢氣而能夠期待高效率的蒸氣渦輪進(jìn)行發(fā)電。由此，對于大溫度范圍，能夠高效率地進(jìn)行廢熱回收發(fā)電。此外，在所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置中，其特征在于，所述廢氣熱交換器具備使供水蒸發(fā)的蒸發(fā)部和使在該蒸發(fā)部中生成的蒸氣過熱的過熱部，所述廢熱回收路徑具備與在所述蒸發(fā)部中得到的蒸氣進(jìn)行熱交換的第四廢熱回收器。 在第四廢熱回收器中，使在廢氣熱交換器(廢氣節(jié)能器)的蒸發(fā)部中得到的蒸氣與廢熱回收介質(zhì)進(jìn)行熱交換，因此能夠更有效地進(jìn)行廢熱回收。此外，所述第一形態(tài)的廢熱回收發(fā)電裝置的特征在于，具備借助所述內(nèi)燃機(jī)的廢氣來驅(qū)動的燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)。利用例如對于250°C以上的溫度水平高的內(nèi)燃機(jī)的廢氣而能夠期待高效率的燃?xì)鉁u輪(動力渦輪)進(jìn)行發(fā)電。由此，對于大溫度范圍，能夠高效率地進(jìn)行廢熱回收發(fā)電。另外，通過與蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)組合，能夠形成為更高效率。另外，本發(fā)明的第二形態(tài)的船舶的特征在于，具備上述任一種廢熱回收發(fā)電裝置。所述第二形態(tài)的船舶由于具備上述任一種廢熱回收發(fā)電裝置，從而能夠提供一種能夠有效地進(jìn)行廢熱回收的高節(jié)能性的船舶。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，作為驅(qū)動有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源，使用了從發(fā)動機(jī)冷卻水和空氣冷卻器回收的熱量。由此，能夠有效利用以往利用價值低的發(fā)動機(jī)冷卻水的廢熱進(jìn)行發(fā)電。


圖I是簡要表示本發(fā)明的第一實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置的圖。圖2是簡要表示本發(fā)明的第二實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置的圖。圖3是簡要表示本發(fā)明的第三實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置的圖。圖4是簡要表示本發(fā)明的第四實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置的圖。圖5是簡要表示本發(fā)明的第五實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置的圖。圖6是簡要表示本發(fā)明的第六實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置的圖。
具體實施例方式以下，關(guān)于本發(fā)明的各實施方式，參照附圖，說明廢熱回收發(fā)電裝置設(shè)置作為船舶的推進(jìn)用主機(jī)(柴油發(fā)動機(jī)；內(nèi)燃機(jī))的廢熱回收的例子。[第一實施方式]
在圖I中，簡要表示本發(fā)明的第一實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置。
廢熱回收發(fā)電裝置具備從封套冷卻水(發(fā)動機(jī)冷卻水)進(jìn)行熱回收的預(yù)熱器(第一廢熱回收器)1，其中該封套冷卻水在對柴油發(fā)動機(jī)的汽缸體等進(jìn)行冷卻的汽缸套2內(nèi)流動；對從柴油發(fā)動機(jī)的增壓器噴出的壓縮空氣進(jìn)行冷卻并進(jìn)行熱回收的第一空氣冷卻器(第二廢熱回收器)5 ;從所述預(yù)熱器I及第一空氣冷卻器5接受廢熱的載熱水(廢熱回收介質(zhì))所循環(huán)的廢熱回收路徑7 ;從廢熱回收路徑7的載熱水接受熱量，而構(gòu)成有機(jī)蘭肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle)的有機(jī)流體路徑9。需要說明的是，在圖I中，由雙點劃線包圍的區(qū)域表示有機(jī)蘭肯循環(huán)用發(fā)電裝置10。例如，通過將該有機(jī)蘭肯循環(huán)用發(fā)電裝置10設(shè)置于已存的船舶，而能夠更簡便地追加廢熱回收。在汽缸套2內(nèi)流動的封套冷卻水借助封套冷卻水泵12而在封套冷卻水循環(huán)流路14內(nèi)循環(huán)。該封套冷卻水循環(huán)流路14以使封套冷卻水依次流過汽缸套2、預(yù)熱器I、溫度調(diào)整用三通閥16、封套冷卻水泵12的方式形成。在封套冷卻水循環(huán)流路14上設(shè)有使封套冷卻水繞過預(yù)熱器I的旁通流路23。利用未圖示的旁通閥對在該旁通流路23中流動的流量進(jìn)行調(diào)整，由此能夠調(diào)整向預(yù)熱器I流動的封套冷卻水的流量。溫度調(diào)整用三通閥16進(jìn)行動作，以使向汽缸套2流入的封套冷卻水成為希望的入口溫度。具體而言，在封套冷卻水向汽 缸套2流入的入口溫度比設(shè)定值高時，溫度調(diào)整用三通閥16進(jìn)行動作，以使從第二空氣冷卻器18導(dǎo)出的約30°C左右的清水較多地向封套冷卻水循環(huán)流路14流動。在溫度調(diào)整用三通閥16的上游側(cè)設(shè)有向清水泵20分支的分支流路22。在封套冷卻水循環(huán)流路14內(nèi)流動的封套冷卻水從該分支流路22向清水泵20側(cè)排出，由此能夠保持在封套冷卻水循環(huán)流路14內(nèi)流動的循環(huán)流量的質(zhì)量平衡。第二空氣冷卻器18相對于從增壓器噴出的壓縮空氣的流動，設(shè)置在第一空氣冷卻器5的下游側(cè)。因此，第一空氣冷卻器5設(shè)置得比第二空氣冷卻器18的溫度水平高。在第二空氣冷卻器18內(nèi)流動的清水在由未圖示的中央冷卻器冷卻之后被引導(dǎo)。利用第二空氣冷卻器18對壓縮空氣進(jìn)行了冷卻后的清水中，一部分被導(dǎo)向溫度調(diào)整用三通閥16，其余部分由清水泵20再次向中央冷卻器回送。接下來，對廢熱回收路徑7進(jìn)行說明。廢熱回收路徑7為閉回路，設(shè)有用于使載熱水循環(huán)的廢熱回收用泵24。通過該廢熱回收用泵24，載熱水進(jìn)行循環(huán)，從而與預(yù)熱器I、第一空氣冷卻器5及蒸發(fā)器30進(jìn)行熱交換。蒸發(fā)器30的載熱水入口溫度為例如約130 140°C。在該蒸發(fā)器30中，通過載熱水而使有機(jī)流體蒸發(fā)。接下來，對有機(jī)流體路徑9進(jìn)行說明。作為在有機(jī)流體路徑9中流動的有機(jī)流體，可以使用異戊烷、丁烷、丙烷等的低分子烴或作為制冷劑而使用的R134a、R245fa等。有機(jī)流體路徑9為閉回路，設(shè)有用于使有機(jī)流體循環(huán)的有機(jī)流體用泵31。有機(jī)流體以通過蒸發(fā)器30、動力渦輪32、節(jié)能器34、冷凝器36的方式邊反復(fù)進(jìn)行相變化邊循環(huán)。
動力渦輪32由通過蒸發(fā)器30蒸發(fā)的有機(jī)流體的熱落差(焓落差)驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。動力渦輪32的旋轉(zhuǎn)動力向發(fā)電機(jī)38傳遞，利用發(fā)電機(jī)38能得到電力。由發(fā)電機(jī)38得到的電力經(jīng)由未圖示的電力線向船內(nèi)系統(tǒng)供給。在動力渦輪38中完成了作功的有機(jī)流體(氣相)在節(jié)能器34中對從有機(jī)流體用泵31送來的有機(jī)流體(液相)進(jìn)行預(yù)熱。通過了節(jié)能器34的有機(jī)流體在冷凝器36中由海水冷卻而發(fā)生冷凝液化。冷凝液化后的有機(jī)流體由有機(jī)流體用泵31向節(jié)能器34及蒸發(fā)器30傳送。如此，有機(jī)流體路徑9與蒸發(fā)器30、動力渦輪32、節(jié)能器34及冷凝器36 —起構(gòu)成有機(jī)蘭肯循環(huán)。接下來，使用圖1，說明上述結(jié)構(gòu)的廢熱回收發(fā)電裝置的動作。
由封套冷卻水泵12導(dǎo)向汽缸套2的封套冷卻水由于在汽缸套2中對汽缸體等進(jìn)行冷卻而升溫之后，被導(dǎo)向預(yù)熱器I。在預(yù)熱器I中，在廢熱回收路徑7中流動的載熱水與封套冷卻水之間進(jìn)行熱交換，封套冷卻水的顯熱由廢熱回收路徑7的載熱水回收。從封套冷卻水進(jìn)行了熱回收后的載熱水溫度例如為80 90°C。由柴油發(fā)動機(jī)的增壓器壓縮后的空氣借助第一空氣冷卻器5來冷卻。此時在第一空氣冷卻器5內(nèi)流動的廢熱回收路徑7的載熱水因壓縮空氣而升溫，從壓縮空氣回收熱量。由第一空氣冷卻器5進(jìn)行了熱回收后的載熱水溫度例如為130 140°C。由預(yù)熱器I回收廢熱、再由第一空氣冷卻器5回收廢熱而成為高溫的載熱水被導(dǎo)向蒸發(fā)器30，與在有機(jī)流體路徑9中循環(huán)的有機(jī)流體進(jìn)行熱交換。有機(jī)流體在蒸發(fā)器30中由載熱水的顯熱來加熱而發(fā)生蒸發(fā)氣化。蒸發(fā)氣化而成為高焓的有機(jī)流體被導(dǎo)向動力渦輪32，通過其熱落差來驅(qū)動動力渦輪32旋轉(zhuǎn)。得到動力渦輪32的旋轉(zhuǎn)輸出，利用發(fā)電機(jī)38進(jìn)行發(fā)電。在動力渦輪32中完成了作功的有機(jī)流體(氣相)在節(jié)能器34中對向蒸發(fā)器30流入前的有機(jī)流體(液相)施加了預(yù)熱后，被導(dǎo)向冷凝器36，由海水等冷卻水冷卻而發(fā)生冷凝液化。如以上所述，根據(jù)本實施方式，起到以下的作用效果。作為有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源，使用由封套冷卻水(發(fā)動機(jī)冷卻水)和第一空氣冷卻器5熱回收的熱量。如此，不是使用例如250°C以上的溫度水平高的柴油發(fā)動機(jī)的廢氣，而可以使用比廢氣的溫度水平低的未被有效利用的封套冷卻水(例如80 90°C )及第一空氣冷卻器(例如130 140°C )。尤其是作為驅(qū)動有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源的溫度水平，僅封套冷卻水的話比較低，因此也從第一空氣冷卻器5進(jìn)行熱回收，從而提高有機(jī)蘭肯循環(huán)的發(fā)電的實現(xiàn)性。另外，在廢熱回收路徑7中流動的載熱水從封套冷卻水回收廢熱，進(jìn)而利用第一空氣冷卻器5回收了廢熱之后，利用蒸發(fā)器30使有機(jī)流體蒸發(fā)。如此，從封套冷卻水及第一空氣冷卻器5進(jìn)行了熱回收后的載熱水不經(jīng)由其他的載熱體而直接向蒸發(fā)器30引導(dǎo)，因此能夠以少的熱損失將回收熱向蒸發(fā)器30引導(dǎo)。[第二實施方式]接下來，使用圖2，說明本發(fā)明的第二實施方式。本實施方式對于將第一實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置適用于船舶的廢熱回收系統(tǒng)的情況的結(jié)構(gòu)，表示了含有電力系統(tǒng)的狀態(tài)。因此，對于與第一實施方式同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。如圖2所示，對汽缸套2進(jìn)行冷卻而升溫后的封套冷卻水向預(yù)熱器I流動，與借助廢熱回收用泵24而在廢熱回收系統(tǒng)7中循環(huán)的載熱水進(jìn)行熱交換。由預(yù)熱器I進(jìn)行了廢熱回收后的載熱水被導(dǎo)向第一空氣冷卻器5，從由增壓器40噴出的壓縮空氣除去壓縮熱而升溫之后，被導(dǎo)向蒸發(fā)器30。在蒸發(fā)器30中由載熱水加熱而蒸發(fā)的有機(jī)流體對動力渦輪32進(jìn)行驅(qū)動，由此利用發(fā)電機(jī)38進(jìn)行發(fā)電。利用發(fā)電機(jī)38發(fā)電的電力在由逆變裝置42調(diào)整了頻率之后，被導(dǎo)向船內(nèi)系統(tǒng)44。作為推進(jìn)用主機(jī)的柴油發(fā)動機(jī)的廢氣被導(dǎo)向廢氣節(jié)能器(廢氣熱交換器)46。在廢氣節(jié)能器46中，對廢氣的顯熱進(jìn)行回收而在過熱器48中生成過熱蒸氣，來驅(qū)動蒸氣渦輪50。在蒸氣渦輪50上經(jīng)由離合器52而連接有廢氣動力渦輪(燃?xì)鉁u輪)54。廢氣動力渦輪54由從柴油發(fā)動機(jī)的排氣岐管56導(dǎo)出的廢氣來驅(qū)動。通過所述蒸氣渦輪50及動力渦輪54而得到的旋轉(zhuǎn)輸出經(jīng)由減速器58向發(fā)電機(jī)60傳遞，并利用該發(fā)電機(jī)60進(jìn)行發(fā)電。由發(fā)電機(jī)60發(fā)出的電力向船內(nèi)系統(tǒng)44輸出。 在船內(nèi)系統(tǒng)44中并聯(lián)連接有多個(在圖2中為3臺)發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)62及發(fā)電機(jī)64。所述發(fā)電用柴油發(fā)動機(jī)62根據(jù)船內(nèi)需要電力而進(jìn)行起動及停止。而且，在船內(nèi)系統(tǒng)44上連接有軸發(fā)電機(jī)電動機(jī)66。軸發(fā)電機(jī)電動機(jī)66從船內(nèi)系統(tǒng)44得到電力而能夠?qū)Υ巴七M(jìn)用螺旋槳68進(jìn)行助力，另一方面，回收來自船舶推進(jìn)用螺旋槳68的動力進(jìn)行發(fā)電，從而能夠向船內(nèi)系統(tǒng)44供電。根據(jù)本實施方式，起到以下的作用效果。除了在130 140°C下工作的基于有機(jī)蘭肯循環(huán)的廢熱回收發(fā)電裝置之外，例如利用對于250°C以上這樣的溫度水平高的船舶推進(jìn)用柴油發(fā)動機(jī)的廢氣能夠期待高效率的蒸氣渦輪50進(jìn)行發(fā)電。由此，對于大的溫度范圍，能夠高效率地進(jìn)行廢熱回收發(fā)電。另外，由于還具備由廢氣驅(qū)動的廢氣動力渦輪54來進(jìn)行發(fā)電，因此能夠以更高效率來實現(xiàn)廢熱回收發(fā)電。需要說明的是，在本實施方式中，使用蒸氣渦輪50及廢氣動力渦輪54這兩者進(jìn)行發(fā)電，但本發(fā)明并未限定于此，也可以僅使用蒸氣渦輪50或僅使用廢氣動力渦輪54。[第三實施方式]接下來，使用圖3，說明本發(fā)明的第三實施方式。本實施方式以第一實施方式及第二實施方式為基礎(chǔ)，使用通過廢氣節(jié)能器46得到的蒸氣作為有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源的點與各上述實施方式不同。因此，對與第一實施方式及第二實施方式同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。在廢氣節(jié)能器46設(shè)有位于比過熱器48靠低溫側(cè)(廢氣流動下游側(cè))的蒸發(fā)器49。由蒸發(fā)器49蒸發(fā)的蒸氣被導(dǎo)向蒸氣筒72。滯留在該蒸氣筒72的上方的蒸氣被導(dǎo)向加熱器(第四廢熱回收器)70。在加熱器70中，在廢熱回收系統(tǒng)7中流動的載熱水被加熱，而被導(dǎo)向蒸發(fā)器30。如此，在本實施方式中，由第一空氣冷卻器5加熱后的載熱水在加熱器70中被再次加熱，因此能夠提高蒸發(fā)器30中的有機(jī)制冷劑的加熱溫度。由此，能夠使基于有機(jī)蘭肯循環(huán)的發(fā)電為高效率。而且，能夠有效利用由廢氣節(jié)能器46得到的蒸氣，因此能夠使廢熱回收發(fā)電為更高效率。
需要說明的是，在圖3中，符號3表示船舶推進(jìn)用柴油發(fā)動機(jī)，在其側(cè)方示意性地表示了汽缸套2。而且，符號74表示與蒸氣渦輪50的下游側(cè)連接的蒸氣渦輪冷凝器，符號76表凝水泵，符號78表汽封冷凝器，符號80表大氣壓冷凝器，符號82表不供水泵。而且，符號84表不將蒸氣筒72內(nèi)的水向蒸發(fā)器49傳送的鍋筒水循環(huán)泵,符號86表不對蒸氣筒72內(nèi)的水位進(jìn)行調(diào)整的蒸氣筒水平控制閥。[第四實施方式]接下來，使用圖4，說明本發(fā)明的第四實施方式。本實施方式相對于第一實施方式，廢熱回收路徑7’的結(jié)構(gòu)不同。因此，對于與第一實施方式同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。
如圖4所示，本實施方式直接使用封套冷卻水作為廢熱回收路徑7’的載熱水。即，從汽缸套2流出的封套冷卻水向第一空氣冷卻器(第三廢熱回收器)5流動。在第一空氣冷卻器5中對壓縮空氣進(jìn)行冷卻而升溫的封套冷卻水在蒸發(fā)器30中使有機(jī)流體蒸發(fā)之后，向封套冷卻水泵12返回。如此，根據(jù)本實施方式，由于使用封套冷卻水作為廢熱回收用的載熱體，因此可以省略與封套冷卻水進(jìn)行熱交換的預(yù)熱器I (參照圖I)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)簡化的結(jié)構(gòu)。而且，從第一空氣冷卻器5進(jìn)行了熱回收后的封套冷卻水不經(jīng)由其他的載熱體而直接向蒸發(fā)器30引導(dǎo)，因此能夠以少的熱損失將回收熱向蒸發(fā)器30引導(dǎo)。[第五實施方式]接下來，使用圖5，說明本發(fā)明的第五實施方式。本實施方式相對于第一實施方式，在廢熱回收路徑7與有機(jī)流體路徑9之間設(shè)置載熱體循環(huán)路徑8的點不同。因此，對于與第一實施方式同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。如圖5所示，在廢熱回收路徑7與有機(jī)流體路徑9之間設(shè)置載熱體循環(huán)路徑8。該載熱體循環(huán)路徑8為閉回路，設(shè)有用于使載熱體循環(huán)的載熱循環(huán)泵11。通過該載熱循環(huán)泵11，載熱體通過廢熱回收熱交換器13及蒸發(fā)器30而循環(huán)。在廢熱回收熱交換器13中，以從廢熱回收路徑7的載熱水進(jìn)行熱回收的方式進(jìn)行熱交換。在載熱體循環(huán)路徑8中流動的載熱體使用比廢熱回收路徑7的載熱水的沸點高的例如載熱油等。作為載熱油，例如，使用從松村石油株式會社能夠獲得的BARREL THERM(注冊商標(biāo))。如此，也可以不是像第一實施方式那樣將載熱體路徑7的載熱水向蒸發(fā)器30引導(dǎo)，而將經(jīng)由載熱體循環(huán)路徑8回收的廢熱向蒸發(fā)器30引導(dǎo)。由于在廢熱回收路徑7中使用水，因此需要對廢熱收路徑7內(nèi)進(jìn)行加壓，以免水沸騰而成為蒸氣，第一空氣冷卻器5的入口空氣溫度逐漸成為高壓規(guī)格。因此，若像本實施方式那樣設(shè)置載熱體循環(huán)路徑8，并主要使用比水的沸點高的載熱油等，則能夠在大氣壓下使用載熱體循環(huán)路徑8的壓力，從而能夠作為從廢熱回收路徑7分離的低壓線路。另外，當(dāng)存在無法將有機(jī)蘭肯循環(huán)用發(fā)電裝置10設(shè)置在具有廢熱回收路徑7的柴油發(fā)動機(jī)附近這樣配置上的制約時，通過導(dǎo)入載熱體循環(huán)路徑8，而能夠避免廢熱回收路徑7的線路成為遠(yuǎn)距離，而且能夠使用載熱體循環(huán)路徑8的低壓線路向有機(jī)蘭肯循環(huán)用發(fā)電裝置10引導(dǎo)廢熱。[第六實施方式]
接下來，使用圖6，說明本發(fā)明的第六實施方式。本實施方式相對于第四實施方式，在廢熱回收路徑7’與有機(jī)流體路徑9之間設(shè)有與第五實施方式同樣的載熱體循環(huán)路徑8 (參照圖5)的點不同。因此，對于與第四實施方式同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)注同一符號，省略其說明。如圖6所示，在廢熱回收路徑V與有機(jī)流體路徑9之間設(shè)置載熱體循環(huán)路徑8。該載熱體循環(huán)路徑8為閉回路，設(shè)有用于使載熱體循環(huán)的載熱循環(huán)泵11。通過該載熱循環(huán)泵11，載熱體通過廢熱回收熱交換器13及蒸發(fā)器30進(jìn)行循環(huán)。在廢熱回收13中，以從廢熱回收路徑7’的封套冷卻水進(jìn)行熱回收的方式進(jìn)行熱交換。在載熱體循環(huán)路徑8中流動的載熱體使用比廢熱回收路徑7的載熱水的沸點高的例如載熱油等。作為載熱油，例如，使用從松村石油株式會社能夠獲得的BARREL THERM(注冊商標(biāo))。如此，也可以不是像第四實施方式那樣將載熱體路徑7’的封套冷卻水向蒸發(fā)器 30引導(dǎo)，而將經(jīng)由載熱體循環(huán)路徑8回收的廢熱向蒸發(fā)器30引導(dǎo)。本實施方式也與第五實施方式同樣地，通過導(dǎo)入載熱體循環(huán)路徑8，能夠避免廢熱回收路徑7的線路成為遠(yuǎn)距離，而且能夠使用載熱體循環(huán)路徑8的低壓線路。需要說明的是，以向船舶適用的情況為例說明了上述的各實施方式的廢熱回收發(fā)電裝置，但本發(fā)明并未限定于此，例如也可以適用于在發(fā)電等中使用的陸用的內(nèi)燃機(jī)。符號說明I預(yù)熱器(第一廢熱回收器)5第一空氣冷卻器(第二廢熱回收器、第三廢熱回收器)7、7’廢熱回收路徑8載熱體循環(huán)路徑9有機(jī)流體路徑10廢熱回收發(fā)電裝置30蒸發(fā)器31有機(jī)流體用泵32動力渦輪(渦輪)36冷凝器38發(fā)電機(jī)70加熱器(第四廢熱回收器)
權(quán)利要求
1.一種廢熱回收發(fā)電裝置，其中，具備 從對內(nèi)燃機(jī)主體進(jìn)行冷卻的發(fā)動機(jī)冷卻水、及對由該內(nèi)燃機(jī)的增壓器噴出的壓縮空氣進(jìn)行冷卻的空氣冷卻器，來進(jìn)行熱回收的廢熱回收路徑； 利用由該廢熱回收路徑回收的回收熱使有機(jī)流體蒸發(fā)的蒸發(fā)器； 借助由該蒸發(fā)器蒸發(fā)的所述有機(jī)流體來驅(qū)動的渦輪； 通過該渦輪的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)； 使通過了渦輪的所述有機(jī)流體冷凝的冷凝器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中， 所述廢熱回收路徑具備 與所述發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換的第一廢熱回收器； 作為所述空氣冷卻器的第二廢熱回收器， 在所述第一廢熱回收器及所述第二廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的廢熱回收介質(zhì)在所述蒸發(fā)器中與所述有機(jī)流體進(jìn)行熱交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中， 所述廢熱回收路徑具備將所述發(fā)動機(jī)冷卻水作為廢熱回收介質(zhì)，并進(jìn)行該發(fā)動機(jī)冷卻水與所述壓縮空氣的熱交換的作為所述空氣冷卻器的第三廢熱回收器， 在該第三廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的所述發(fā)動機(jī)冷卻水在所述蒸發(fā)器中與所述有機(jī)流體進(jìn)行熱交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中， 具備使載熱體循環(huán)并在所述蒸發(fā)器中使該載熱體與有機(jī)流體進(jìn)行熱交換的載熱體循環(huán)路徑， 所述廢熱回收路徑具備 與所述發(fā)動機(jī)冷卻水進(jìn)行熱交換的第一廢熱回收器； 作為所述空氣冷卻器的第二廢熱回收器， 在所述第一廢熱回收器及所述第二廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的廢熱回收介質(zhì)與所述載熱體循環(huán)路徑的載熱體進(jìn)行熱交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中， 具備使載熱體循環(huán)并在所述蒸發(fā)器中使該載熱體與有機(jī)流體進(jìn)行熱交換的載熱體循環(huán)路徑， 所述廢熱回收路徑具備將所述發(fā)動機(jī)冷卻水作為廢熱回收介質(zhì)，并進(jìn)行該發(fā)動機(jī)冷卻水與所述壓縮空氣的熱交換的作為所述空氣冷卻器的第三廢熱回收器， 在該第三廢熱回收器中進(jìn)行了熱回收的所述發(fā)動機(jī)冷卻水與所述載熱體循環(huán)路徑的載熱體進(jìn)行熱交換。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中， 具備蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)，該蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)借助在與所述內(nèi)燃機(jī)的廢氣進(jìn)行熱交換的廢氣熱交換器中生成的蒸氣來驅(qū)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中， 所述廢氣熱交換器具備使供水蒸發(fā)的蒸發(fā)部和使在該蒸發(fā)部中生成的蒸氣過熱的過熱部，所述廢熱回收路徑具備與在所述蒸發(fā)部中得到的蒸氣進(jìn)行熱交換的第四廢熱回收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 7中任一項所述的廢熱回收發(fā)電裝置，其中，具備借助所述內(nèi)燃機(jī)的廢氣來驅(qū)動的燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)。
9.ー種船舶，其中，具備權(quán)利要求I 8中任一項所述的廢熱回收發(fā)電裝置。
全文摘要
提供一種能夠?qū)囟人奖葍?nèi)燃機(jī)的廢氣低的以往利用價值低的發(fā)動機(jī)冷卻水的廢熱作為有機(jī)蘭肯循環(huán)的熱源的廢熱回收發(fā)電裝置。具備從對柴油發(fā)動機(jī)的汽缸套(2)進(jìn)行冷卻的封套冷卻水、及對由柴油發(fā)動機(jī)的增壓器噴出的壓縮空氣進(jìn)行冷卻的第一空氣冷卻器(5)進(jìn)行熱回收的廢熱回收路徑(7)；利用由廢熱回收路徑(7)回收的回收熱使有機(jī)流體蒸發(fā)的蒸發(fā)器(30)；借助由蒸發(fā)器(30)蒸發(fā)的有機(jī)流體來驅(qū)動的動力渦輪(32)；通過動力渦輪(32)的旋轉(zhuǎn)輸出進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電機(jī)(38)；使通過了動力渦輪(32)的有機(jī)流體冷凝的冷凝器(36)。
文檔編號F01K23/06GK102834591SQ20118001689
公開日2012年12月19日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者川見雅幸, 市來芳弘, 渡邊昌彥 申請人:三菱重工業(yè)株式會社