排熱回收裝置及排熱回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種排熱回收裝置及排熱回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，有一種回收供應(yīng)給引擎的增壓空氣的排熱的排熱回收裝置已為公知。例如，在日本專利公開公報(bào)特開2013-167241號(hào)(以下，簡稱為“專利文獻(xiàn)I”)中公開了一種廢熱回收裝置，該廢熱回收裝置具備通過讓加壓吸氣和工作介質(zhì)熱交換而使工作介質(zhì)蒸發(fā)的熱交換器、使從熱交換器流出的工作介質(zhì)膨脹的膨脹器、與膨脹器連接的發(fā)電機(jī)、使從膨脹器流出的工作介質(zhì)冷凝的冷凝器、將從冷凝器流出的工作介質(zhì)向熱交換器輸送的泵浦、根據(jù)熱交換器的熱負(fù)載控制泵浦的轉(zhuǎn)數(shù)的控制部。如果所述熱負(fù)載增大，控制部基于預(yù)先存儲(chǔ)的信息使泵浦的轉(zhuǎn)數(shù)增加。由此，廢熱的回收量(發(fā)電機(jī)的發(fā)電量)增大。另一方面，如果熱負(fù)載減小，控制部基于所述信息使泵浦的轉(zhuǎn)數(shù)降低。即，使工作介質(zhì)在熱交換器中的氣化優(yōu)先。
[0003]上述專利文獻(xiàn)I所示的排熱回收裝置中，在從熱交換器的熱負(fù)載(原動(dòng)機(jī)的負(fù)載)低的狀態(tài)到高的狀態(tài)的廣范圍穩(wěn)定地進(jìn)行排熱回收很困難。具體而言，如果熱交換器的熱負(fù)載降低，則在熱交換器中工作介質(zhì)可回收的熱量變得非常小，因此，即使控制部讓泵浦的轉(zhuǎn)數(shù)降低，工作介質(zhì)也有可能在熱交換器中不能充分地氣化而以氣液兩相的狀態(tài)從該熱交換器流出并流入冷凝器。為了防止這種事態(tài)的發(fā)生，必須在熱負(fù)載降低時(shí)使泵浦停止(停止排熱的回收)。即，在上述專利文獻(xiàn)I所示的排熱回收裝置中，尤其在熱負(fù)載低的狀態(tài)時(shí)無法穩(wěn)定地回收排熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種在從引擎負(fù)載低的狀態(tài)到高的狀態(tài)的廣范圍能夠穩(wěn)定地進(jìn)行排熱回收的排熱回收裝置和排熱回收方法。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及排熱回收裝置，其包括:通過讓供應(yīng)給引擎的增壓空氣和工作介質(zhì)熱交換而使該工作介質(zhì)蒸發(fā)的加熱器；通過讓從所述加熱器流出的工作介質(zhì)和加熱介質(zhì)熱交換來加熱該工作介質(zhì)的熱交換器；使從所述熱交換器流出的工作介質(zhì)膨脹的膨脹機(jī)；與所述膨脹機(jī)連接的動(dòng)力回收機(jī)；使從所述膨脹機(jī)流出的工作介質(zhì)冷凝的冷凝器；將從所述冷凝器流出的工作介質(zhì)向所述加熱器輸送的泵浦。
[0006]此外，本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及排熱回收方法，該排熱回收方法是回收供應(yīng)給引擎的增壓空氣的排熱的方法，該排熱回收方法包括:通過向加熱器供應(yīng)所述增壓空氣，由該加熱器使工作介質(zhì)蒸發(fā)的蒸發(fā)工序；通過由熱交換器讓從所述加熱器流出的工作介質(zhì)和加熱介質(zhì)熱交換來加熱該工作介質(zhì)的加熱工序；通過由膨脹機(jī)使從所述熱交換器流出的工作介質(zhì)膨脹而從該工作介質(zhì)回收動(dòng)力的動(dòng)力回收工序；由冷凝器使從所述膨脹機(jī)流出的工作介質(zhì)冷凝的冷凝工序；由泵浦將從所述冷凝器流出的工作介質(zhì)向所述加熱器輸送的泵浦驅(qū)動(dòng)工序。在所述泵浦驅(qū)動(dòng)工序中，基于流入所述加熱器前的增壓空氣的壓力和從所述加熱器流出后的增壓空氣的壓力的壓差的增減而使所述泵浦的轉(zhuǎn)數(shù)增減。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，能夠在從引擎負(fù)載低的狀態(tài)到高的狀態(tài)的廣范圍穩(wěn)定地回收排熱。
【附圖說明】
[0008]圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的排熱回收裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0009]圖2是表示引擎的負(fù)載和增壓空氣的流量的關(guān)系的圖。
[0010]圖3是表示壓差和增壓空氣的流量的關(guān)系的圖。
[0011]圖4是表示壓差和泵浦的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系的圖。
[0012]圖5是表示增壓空氣的流量和工作介質(zhì)的流量的關(guān)系、以及增壓空氣的流量和泵浦的壓差的關(guān)系的圖。
[0013]圖6是表示泵浦特性及阻抗曲線的圖。
[0014]圖7是表示控制部的控制內(nèi)容的流程圖。
[0015]圖8是表示控制部的控制內(nèi)容的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下的實(shí)施方式是將本發(fā)明具體化的一個(gè)例子，并不限定本發(fā)明的技術(shù)范圍。
[0017]參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式的排熱回收裝置10進(jìn)行說明。
[0018]如圖1所示，本排熱回收裝置10包括加熱器12、熱交換器14、膨脹機(jī)16、動(dòng)力回收機(jī)18、冷凝器20、泵浦22、將加熱器12、熱交換器14、膨脹機(jī)16、冷凝器20及泵浦22按照該順序串聯(lián)連接的循環(huán)通路24、以及進(jìn)行各種控制的控制部30。本實(shí)施方式的排熱回收裝置10搭載于船舶，回收帶有增壓器的引擎的排熱。
[0019]帶有增壓器的引擎具有增壓器(supercharger)、引擎3、吸氣線32、35、排氣線37、設(shè)置于吸氣線的氣體冷卻器2。增壓器具有壓縮機(jī)I和與該壓縮機(jī)I連接的渦輪機(jī)4。被壓縮機(jī)I壓縮的增壓空氣通過吸氣線供應(yīng)給氣體冷卻器2，并在此被冷卻。另外，在氣體冷卻器2中，作為用于冷卻增壓空氣的冷卻介質(zhì)可以使用例如海水。從氣體冷卻器2流出的增壓空氣通過吸氣線被供應(yīng)給引擎3。引擎3的排出氣體通過排氣線37被輸送到渦輪機(jī)4。渦輪機(jī)4通過排出氣體的膨脹能而被驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)I通過該渦輪機(jī)4的驅(qū)動(dòng)力而被驅(qū)動(dòng)。本排熱回收裝置10通過將加熱器12連接在吸氣線的壓縮機(jī)I和氣體冷卻器2之間的部位，來回收增壓空氣的排熱。
[0020]加熱器12通過讓被壓縮機(jī)I壓縮過的增壓空氣與液體狀的工作介質(zhì)熱交換而使工作介質(zhì)蒸發(fā)。具體而言，加熱器12具有供從壓縮機(jī)I通過吸氣線的第I管32供應(yīng)的增壓空氣流動(dòng)的第I通路12a、以及供工作介質(zhì)流動(dòng)的第2通路12b。從加熱器12流出的增壓空氣通過吸氣線的第2管35流入氣體冷卻器2。
[0021]熱交換器14被設(shè)置在循環(huán)通路24的加熱器12的下游側(cè)的部位。此外，熱交換器14與設(shè)置在船舶內(nèi)的蒸氣線連接。熱交換器14通過讓從加熱器12流出的工作介質(zhì)與在船舶內(nèi)產(chǎn)生的剩余水蒸氣(加熱介質(zhì))熱交換來加熱工作介質(zhì)。具體而言，熱交換器14具有供通過蒸氣供應(yīng)管(加熱介質(zhì)供應(yīng)管)26供應(yīng)的蒸氣流動(dòng)的第I通路14a、以及供工作介質(zhì)流動(dòng)的第2通路14b。在蒸氣供應(yīng)管26設(shè)有其打開度可調(diào)整的調(diào)整閥28和壓力傳感器29?根據(jù)調(diào)整閥28的打開度，從蒸氣供應(yīng)管26供應(yīng)給熱交換器14的蒸氣的流量和壓力變動(dòng)。在來自熱交換器14的蒸氣的排出管可以配置疏水管(steam trap) 27ο由于在熱交換器14中蒸氣冷凝的量確定，因此，通過配置疏水管27，蒸氣的流量被自動(dòng)地調(diào)整。另外，作為熱交換器14，可以采用殼管式熱交換器或平板式熱交換器。
[0022]膨脹機(jī)16被設(shè)置在循環(huán)通路24的熱交換器14的下游側(cè)的部位。在本實(shí)施方式中，作為膨脹機(jī)16，采用具有通過從熱交換器14流出的氣體狀的工作介質(zhì)的膨脹能而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子的容積型的螺旋膨脹機(jī)。具體而言，該膨脹機(jī)16具有內(nèi)部形成有轉(zhuǎn)子室的箱體和旋轉(zhuǎn)自如地支撐在轉(zhuǎn)子室內(nèi)的陰陽一對(duì)的螺旋轉(zhuǎn)子(a male/female pair of screwrotors) o在膨脹機(jī)16中，所述螺旋轉(zhuǎn)子通過從形成在所述箱體的吸氣口供應(yīng)到所述轉(zhuǎn)子室的氣體狀的工作介質(zhì)的膨脹能而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。然后，在所述轉(zhuǎn)子室內(nèi)因膨脹而壓力減小的工作介質(zhì)從形成在所述箱體的排出口被排出到循環(huán)通路24。另外，膨脹機(jī)16并不限于容積型的螺旋膨脹機(jī)，也可以采用離心型或滾動(dòng)型等的膨脹機(jī)。
[0023]動(dòng)力回收機(jī)18與膨脹機(jī)16連接。在本實(shí)施方式中，使用發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力回收機(jī)18。該動(dòng)力回收機(jī)18具有與膨脹機(jī)16的一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子的其中之一連接的旋轉(zhuǎn)軸。動(dòng)力回收機(jī)18通過所述旋轉(zhuǎn)軸伴隨所述螺旋轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電力。另外，作為動(dòng)力回收機(jī)18，除了發(fā)電機(jī)以外，也可以采用壓縮機(jī)等。
[0024]冷凝器20被設(shè)置在循環(huán)通路24的膨脹機(jī)16的下游側(cè)的部位。冷凝器20通過用冷卻介質(zhì)冷卻工作介質(zhì)使其冷凝(液化)。作為供應(yīng)給冷凝