排熱回收系統(tǒng)及排熱回收方法
【技術領域】
[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】
[0002]以往，有一種回收從增壓器(supercharger)供應給引擎的增壓空氣的排熱的排熱回收系統(tǒng)已為公知。例如，在日本專利公開公報特開2011-149332號(以下，簡稱為“專利文獻I”)中公開了一種排熱回收發(fā)電裝置，該排熱回收發(fā)電裝置具備冷卻從增壓器供應給引擎的壓縮空氣的空氣冷卻器、第2排熱回收器、蒸發(fā)器、渦輪機、與渦輪機連接的發(fā)電機以及冷凝器?？諝饫鋮s器將從增壓器供應給引擎的壓縮空氣用在第2傳熱管內(nèi)流動的冷卻介質(zhì)進行了冷卻后，再用在第I傳熱管內(nèi)流動的冷卻介質(zhì)進行冷卻。第2排熱回收器通過在空氣冷卻器中從壓縮空氣回收的排熱來加熱載熱體。蒸發(fā)器通過讓載熱體和有機流體熱交換而使有機流體蒸發(fā)。渦輪機使從蒸發(fā)器流出來的有機流體膨脹。冷凝器使從渦輪機流出的有機流體冷凝。清水或海水作為用于冷卻壓縮空氣的冷卻介質(zhì)而被供應給空氣冷卻器的第I傳熱管。此外，海水還作為用于冷卻有機流體的冷卻介質(zhì)而被供應給冷凝器。
[0003]在上述專利文獻I所示的排熱回收發(fā)電裝置中，向空氣冷卻器的第I傳熱管的冷卻介質(zhì)(清水或海水)的供應和向冷凝器的冷卻介質(zhì)(海水)的供應分別通過各自的供應線而進行。因此，各供應線分別需要泵浦，從而結(jié)構(gòu)復雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種通過簡單的結(jié)構(gòu)能夠回收供應給引擎的增壓空氣的排熱的排熱回收系統(tǒng)，本發(fā)明的目的還在于提供一種通過簡單的工序能夠回收供應給引擎的增壓空氣的排熱的排熱回收方法。
[0005]本發(fā)明的一個方面涉及排熱回收系統(tǒng)，其包括:通過讓供應給引擎的增壓空氣和工作介質(zhì)熱交換而使所述工作介質(zhì)蒸發(fā)的加熱器；使從所述加熱器流出的工作介質(zhì)膨脹的膨脹機；與所述膨脹機連接的動力回收機；使從所述膨脹機流出的工作介質(zhì)冷凝的冷凝器；用于向冷卻從所述加熱器流出的增壓空氣的空氣冷卻器供應冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)供應管；設置于所述冷卻介質(zhì)供應管，將所述冷卻介質(zhì)向所述空氣冷卻器輸送的冷卻介質(zhì)泵浦；以及將在所述冷卻介質(zhì)供應管中流動的所述冷卻介質(zhì)的一部分分支到所述冷凝器，以便所述工作介質(zhì)通過所述冷卻介質(zhì)而被冷卻的分支管。
[0006]根據(jù)此結(jié)構(gòu)，通過讓供應給空氣冷卻器的冷卻介質(zhì)的一部分分支到冷凝器的簡單的結(jié)構(gòu)，可以回收增壓空氣的排熱。
[0007]此外，本發(fā)明的另一個方面涉及排熱回收方法，該排熱回收方法是回收供應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；通過由空氣冷卻器讓從所述加熱器流出的增壓空氣和冷卻介質(zhì)熱交換來冷卻所述增壓空氣的冷卻工序；通過由膨脹機使從所述加熱器流出的工作介質(zhì)膨脹而從該工作介質(zhì)回收動力的動力回收工序；以及由冷凝器使從所述膨脹機流出的工作介質(zhì)冷凝的冷凝工序，其中，在所述冷凝工序中，通過將在所述冷卻工序中供應給所述空氣冷卻器的冷卻介質(zhì)的一部分分支到所述冷凝器，使所述工作介質(zhì)在所述冷凝器中冷凝，并且調(diào)整向所述冷凝器供應的所述冷卻介質(zhì)的供應量，以便從所述空氣冷卻器流出的增壓空氣的溫度達到設定溫度以下。
[0008]根據(jù)此方法，可以一邊獲得其溫度被空氣冷卻器適當?shù)乩鋮s而達到設定溫度以下的增壓空氣，一邊有效地回收增壓空氣的排熱，即:通過簡單的工序，可以回收增壓空氣的排熱。
【附圖說明】
[0009]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的排熱回收裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0010]圖2是表示控制部的控制內(nèi)容的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。另外，以下的實施方式是將本發(fā)明具體化的一個例子，并不限定本發(fā)明的技術范圍。
[0012]參照圖1和圖2對本發(fā)明的一實施方式的排熱回收系統(tǒng)進行說明。
[0013]如圖1所示，本排熱回收系統(tǒng)包括帶有增壓器的引擎I以及回收帶有增壓器的引擎I的排熱的排熱回收裝置10。在本實施方式中，排熱回收系統(tǒng)搭載于船舶。
[0014]帶有增壓器的引擎I具有增壓器2、船舶用的引擎3、吸氣線4、排氣線5、設置于吸氣線4的空氣冷卻器6、用于供應冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)供應管7以及設置于冷卻介質(zhì)供應管7的冷卻介質(zhì)泵浦8。
[0015]增壓器2具有壓縮機2a和與該壓縮機2a連接的渦輪機2b。被壓縮機2a壓縮的增壓空氣通過吸氣線4被供應給空氣冷卻器6。
[0016]空氣冷卻器6通過讓從壓縮機2a排出的增壓空氣和冷卻介質(zhì)熱交換來冷卻增壓空氣。具體而言，空氣冷卻器6具有供通過吸氣線4供應的增壓空氣流動的第I通路6a、以及供冷卻介質(zhì)流動的第2通路6b。第2通路6b與冷卻介質(zhì)供應管7連接。因此，通過冷卻介質(zhì)供應管7供應的冷卻介質(zhì)在第2通路6b流動。在本實施方式中，使用海水作為冷卻介質(zhì)。從空氣冷卻器6流出的增壓空氣通過吸氣線4被供應給引擎3。
[0017]引擎3的排出氣體通過排氣線5被輸送到渦輪機2b。渦輪機2b通過排出氣體的膨脹能而被驅(qū)動，壓縮機2a通過渦輪機2b的驅(qū)動力而被驅(qū)動。
[0018]排熱回收裝置10包括加熱器12、膨脹機16、動力回收機18、冷凝器20、循環(huán)泵22、以及將加熱器12、膨脹機16、冷凝器20及循環(huán)泵22按照該順序串聯(lián)連接的循環(huán)通路24。
[0019]加熱器12被連接在吸氣線4的壓縮機2a和空氣冷卻器6之間的部位。加熱器12通過讓被壓縮機2a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2a通過吸氣線4供應的增壓空氣流動的第I通路12a、以及供工作介質(zhì)流動的第2通路12b。
[0020]本實施方式中，在循環(huán)通路24的加熱器12的下游側(cè)的部位設有熱交換器14。該熱交換器14與設置在船舶內(nèi)的蒸氣線連接。S卩，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)。另外，該熱交換器14也可以省略。
[0021]膨脹機16被設置于循環(huán)通路24的熱交換器14的下游側(cè)的部位。在本實施方式中，作為膨脹機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)動的轉(zhuǎn)子的容積型的螺旋膨脹機。具體而言，該膨脹機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)的陰陽一對的螺旋轉(zhuǎn)子(a male/female pair of screwrotors) o在膨脹機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。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16并不限于容積型的螺旋膨脹機，也可以采用離心型或滾動型等的膨脹機等。
[0022]動力回收機18與膨脹機16連接。在本實施方式中，使用發(fā)電機作為動力回收機18。該動力回收機18具有與膨脹機16的一對螺旋轉(zhuǎn)子的其中之一連接的旋轉(zhuǎn)軸。動力回收機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，作為動力回收機18，除了發(fā)電機以外，也可以采用壓縮機等。
[0023]冷凝器20被設置于循環(huán)通路24的膨脹機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)。具體而言，冷凝器20具有供冷卻介質(zhì)流動的第I通路20a以及供從膨脹機16流出的工作介質(zhì)流動的第2通路20b。第I通路20a的上游側(cè)的端部與分支管26連接。分支管26讓通過冷卻介質(zhì)泵浦8以經(jīng)過冷卻介質(zhì)供應管7內(nèi)朝向空氣冷卻器6的方式而被供應的冷卻介質(zhì)的一部分分支到所述冷凝器20。S卩，在本實施方式中，向空氣冷卻器6供應的冷卻介質(zhì)(本實施方式中為海水)的一部分作為用于在冷凝器20中冷卻工作介質(zhì)的冷卻介質(zhì)而被利用。此外，第I通路20a的下游側(cè)的端部與排出冷卻介質(zhì)的排出管28連接。
[0024]循環(huán)泵22被設置于循環(huán)通路24的冷凝器20的下游側(cè)的部位(加熱器12和冷凝器20之間的部位)。循環(huán)泵22將被冷凝器20冷凝后的液體狀的工作介質(zhì)加壓至規(guī)定的壓力，向循環(huán)通路24的該循環(huán)泵22的下游側(cè)輸送。作為循環(huán)泵22，可以采用具備葉輪作為轉(zhuǎn)子的離心泵或轉(zhuǎn)子由一對齒輪組成的齒輪泵等。
[0025]如上所述，在本排熱回收系統(tǒng)中，供應給空氣冷卻器6的冷卻介質(zhì)(由冷卻介質(zhì)泵浦8輸送出的冷卻介質(zhì))的一部分通過從冷卻介質(zhì)供應管7分支出的分支管26被引導至冷凝器20。因此，通過利用已經(jīng)存在的用于向空氣冷卻器6供應冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)泵浦8就可以向空氣冷卻器6和冷凝器20兩方供應冷卻介質(zhì)。即，在本系統(tǒng)中，不用設置用于向冷凝器20供應冷卻介質(zhì)的專用的泵浦，可以通過讓供應給空氣冷卻器6的冷卻介質(zhì)的一部分分支到冷凝器20的簡單的結(jié)構(gòu)，來回收增壓空氣的