(57)【要約】【課題】冷媒が冷媒回路から漏洩した場合であっても、比較的速やかに冷媒の漏洩を検知することができる排熱回収装置およびその制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】蒸発器１２によって蒸発させられた冷媒によって回転されるタービン１３を通過した冷媒を冷却水との熱交換によって凝縮させる凝縮器１４を有する冷媒回路１０と、凝縮器１４を通過した冷却水が流通する冷却水配管５２と、冷却水配管５２に設けられ、冷却水配管５２を流通する冷却水に含まれる冷媒を検知する漏洩検知器３０とを備えている排熱回収装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器によって蒸発させられた冷媒によって回転されるタービンを通過した前記冷媒を冷却水との熱交換によって凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路と、
前記凝縮器を通過した前記冷却水が流通する冷却水配管と、
該冷却水配管に設けられ、該冷却水配管を流通する前記冷却水に含まれる前記冷媒を検知する漏洩検知器と、
を備えている排熱回収装置。
【請求項２】
前記漏洩検知器は、前記冷却水配管に対して鉛直方向上方に設けられたガス抜き弁と、該ガス抜き弁から排出された前記冷媒を検知する冷媒検知器と、を備えている請求項１に記載の排熱回収装置。
【請求項３】
前記漏洩検知器は、前記ガス抜き弁に接続されるとともに前記ガス抜き弁から排出された気体が流通する排出配管を備え、
該排出配管の排出口は鉛直方向下方に向かって開口され、前記排出口の鉛直方向下方に前記冷媒検知器が設けられている請求項２に記載の排熱回収装置。
【請求項４】
前記漏洩検知器から前記冷媒の漏洩状態を取得可能な制御部を備え、
前記漏洩検知器によって前記冷媒の漏洩を検知したとき、前記制御部によって運転が停止される請求項１から３のいずれかに記載の排熱回収装置。
【請求項５】
蒸発器によって蒸発させられた冷媒によって回転されるタービンを通過した前記冷媒を冷却水との熱交換によって凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路と、
前記凝縮器を通過した前記冷却水が流通する冷却水配管と、
を備えている排熱回収装置の制御方法であって、
前記冷却水配管を流通する前記冷却水に含まれる前記冷媒を検知する漏洩検知工程と、
前記漏洩検知工程によって前記冷媒を検知したとき前記排熱回収装置を停止する停止工程と、
を含む排熱回収装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶のディーゼルエンジンの排熱を回収して発電を行う排熱回収装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に開示されている排熱回収装置は、ディーゼルエンジンから排出されるジャケット冷却水を蒸発器に導き、ジャケット冷却水との熱交換によって蒸発器で蒸発させられた冷媒をタービンに導く。そして、蒸発させられた冷媒によってタービンが回転し、それに伴ってタービンの回転動力が発電機に伝達される。タービンを通過した冷媒は凝縮器で海水によって凝縮される。一方、冷媒と熱交換したジャケット冷却水はディーゼルエンジンに供給され、ディーゼルエンジンを冷却するために用いられる。
【０００４】
凝縮器では、冷媒と冷却水（特許文献１においては海水）との間で熱交換が行われるが、凝縮器内部のプレートが破損した場合、冷媒が冷媒回路から冷却水側へ漏洩するおそれがある。冷媒の漏洩が継続すると冷媒回路から冷媒が損失してしまう。また、冷媒が損失した冷媒回路は内部の圧力が低下して、凝縮器を流通している冷却水の圧力よりも低くなると、冷却水が冷媒回路に侵入してしまい冷媒回路の腐食の原因となる可能性がある。
【０００５】
しかし、前述のように凝縮器を流通している冷却水が冷媒回路へ侵入した場合であっても、冷媒に含まれる冷却水を検知することが困難な場合がある。
【０００６】
これに対して、冷媒の漏洩を検知する方法として、例えば特許文献２には、ランキンサイクルからの冷媒の漏洩を、ランキンサイクルが有する受液室に貯留された冷媒の液位の変化に基づいて判断することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−２１５１２４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１５００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に開示されているように、ランキンサイクルに充填された冷媒の液量に基づいて漏洩の発生を判断する場合、漏洩の発生を早期に検知できない可能性がある。なぜなら、気液の間で相変化を繰り返す冷媒において、液冷媒はガス冷媒に比べて比体積が小さく、液量の変化には相当時間を要する可能性があるからである。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、冷媒が冷媒回路から漏洩した場合であっても、比較的速やかに冷媒の漏洩を検知することができる排熱回収装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の排熱回収装置およびその制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る排熱回収装置は、蒸発器によって蒸発させられた冷媒によって回転されるタービンを通過した前記冷媒を冷却水との熱交換によって凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路と、前記凝縮器を通過した前記冷却水が流通する冷却水配管と、該冷却水配管に設けられ、該冷却水配管を流通する前記冷却水に含まれる前記冷媒を検知する漏洩検知器とを備えている。
【００１１】
本態様に係る排熱回収装置によれば、凝縮器を通過して冷却水配管を流通している冷却水（凝縮器にて冷媒と熱交換された冷却水）に含まれる冷媒を、漏洩検知器によって検知することができる。このため、例えば凝縮器内部のプレートが破損するなどの現象によって冷媒が冷媒回路から冷却水配管へ漏洩した場合であっても、冷媒の漏洩を検知することができる。これによって、例えば、冷媒の漏洩を検知した場合に排熱回収装置を停止させるように制御することで、冷媒の損失や、冷却水が冷媒回路へ侵入する現象を抑制できる。仮に、冷却水が冷媒回路へ侵入した場合、冷却水による冷媒回路の腐食が懸念される。
また、漏洩検知器は冷却水配管を流通する冷却水に含まれる冷媒（ガス冷媒）を検知するので、例えば、冷媒回路に充填された液冷媒の液量に基づいて漏洩を検知する場合に比べて、わずかな冷媒の漏洩を検知することができる。これは、ガス冷媒の方が液冷媒に比べて比体積が大きいことから明らかである。このため、比較的速やかに冷媒の漏洩を検知することができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る排熱回収装置において、前記漏洩検知器は、前記冷却水配管に対して鉛直方向上方に設けられたガス抜き弁と、該ガス抜き弁から排出された前記冷媒を検知する冷媒検知器とを備えている。
【００１３】
本態様に係る排熱回収装置によれば、冷媒の漏洩が発生している場合、ガス抜き弁によって冷却水配管を流通する冷却水に含まれる冷媒（ガス冷媒）を自動的に排出することができる。また、ガス抜き弁から排出された冷媒は、冷媒検知器によって検知することができる。これによって、冷媒回路からの冷媒の漏洩を検知することができる。このとき、ガス抜き弁は冷却水配管に対して鉛直方向上方に設けられているので、冷却水に含まれる冷媒は、ガス抜き弁に捕集されやすい。ガス抜き弁は、例えば、冷却水配管の頂部など気体が溜まりやすい部分から鉛直方向上方に分岐された配管に設けられる。
なお、ガス抜き弁はガス冷媒に限らず冷却水に含まれる空気のみを排出する場合があるが、この場合は冷媒検知器によって検知されることはない。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る排熱回収装置において、前記漏洩検知器は、前記ガス抜き弁に接続されるとともに前記ガス抜き弁から排出された気体が流通する排出配管を備え、該排出配管の排出口は鉛直方向下方に向かって開口され、前記排出口の鉛直方向下方に前記冷媒検知器が設けられている。
【００１５】
本態様に係る排熱回収装置において、ガス抜き弁には排出された気体が流通する排出配管が接続されている。また、この排出配管の排出口は鉛直方向下方に向かって開口されている。さらに、この排出口の鉛直方向下方に冷媒検知器が設けられている。
漏洩したガス冷媒は空気よりも比重が大きいため、ガス抜き弁から排出された気体にガス冷媒が含まれている場合、鉛直方向下方に向かって開口している排出口の鉛直方向下方に設けられた冷媒検知器によって検知されやすい。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る排熱回収装置は、前記漏洩検知器から前記冷媒の漏洩状態を取得可能な制御部を備え、前記漏洩検知器によって前記冷媒の漏洩を検知したとき、前記制御部によって運転が停止される。
【００１７】
本態様に係る排熱回収装置によれば、漏洩検知器によって冷媒の漏洩が検知されたとき、排熱回収装置の運転を制御部によって停止させることができる。仮に冷媒の漏洩が発生しているにも関わらず排熱回収装置の運転を停止させない場合、冷媒回路からの冷媒の損失、ひいては冷却水が冷媒回路へ侵入してしまう。排熱回収装置の運転を制御部によって停止させることで、冷媒の損失を防止することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る排熱回収装置の制御方法は、蒸発器によって蒸発させられた冷媒によって回転されるタービンを通過した前記冷媒を冷却水との熱交換によって凝縮させる凝縮器を有する冷媒回路と、前記凝縮器を通過した前記冷却水が流通する冷却水配管とを備えている排熱回収装置の制御方法であって、前記冷却水配管を流通する前記冷却水に含まれる前記冷媒を検知する漏洩検知工程と、前記漏洩検知工程によって前記冷媒を検知したとき前記排熱回収装置を停止する停止工程とを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る排熱回収装置およびその制御方法によれば、冷媒が冷媒回路から漏洩した場合であっても、速やかに冷媒の漏洩を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る排熱回収装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る排熱回収装置１について、図面を参照して説明する。
【００２２】
排熱回収装置１は、例えば、船舶の推進力を発生させる主機関であるディーゼルエンジン（図示せず）を冷却するジャケット水の排熱を、熱交換によって冷媒回路１０に充填された有機流体に伝達し、その冷媒によって発電機（図示せず）に接続されたタービン１３を回転させて発電を行うＯＲＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｒａｎｋｉｎｅ  Ｃｙｃｌｅ）に採用される装置である。
【００２３】
図１に示すように、排熱回収装置１は、冷媒回路１０と、冷媒回路１０が有する凝縮器１４に接続された冷却水排出配管５２と、冷却水排出配管５２に設けられた漏洩検知器３０とを備える。
【００２４】
冷媒回路１０は、蒸発器１２と、タービン１３と、凝縮器１４と、ポンプ１５と、を備えており、各機器が冷媒配管２０、冷媒配管２１、冷媒配管２２、冷媒配管２３によって接続されることで回路が構成されている。冷媒回路１０には、有機媒体（例えば、代替フロンなどの冷媒とされる。以下、単に「冷媒」と言う。）が充填されている。
【００２５】
蒸発器１２は、冷媒回路１０に充填された冷媒をディーゼルエンジン（図示せず）の冷却によって高温化したジャケット水と熱交換させて蒸発させる装置である。熱交換は蒸発器１２内部の熱交換器によって行われる。
【００２６】
タービン１３は、蒸発器１２によって蒸発させられた冷媒によって回転させられる装置である。タービン１３は、発電機（図示せず）に回転動力を伝達できるように構成されている。つまり、発電機はタービン１３によって駆動されることで発電を行う。
【００２７】
凝縮器１４は、タービン１３を通過した冷媒を冷却水と熱交換させて凝縮させる装置である。冷却水は例えば海水とされ、凝縮器１４の冷却水入口に接続された冷却水供給配管５０を介して凝縮器１４に供給される。凝縮器１４に供給された冷却水は、凝縮器１４を通過しつつ冷媒回路１０に充填された冷媒と熱交換する。凝縮器１４を通過した冷却水（凝縮器１４にて冷媒と熱交換された冷却水）は、凝縮器１４の冷却水出口に接続された冷却水排出配管５２を介して凝縮器１４の外部に排出される。
【００２８】
ポンプ１５は、凝縮器１４によって凝縮させられ液化した冷媒を、冷媒配管２３を介して蒸発器１２側に送液することで、冷媒回路１０に冷媒の流れを形成させる装置である。
【００２９】
前述の構成によって、蒸発器１２、冷媒配管２０、タービン１３、冷媒配管２１、凝縮器１４、冷媒配管２２、ポンプ１５、冷媒配管２３の順に冷媒の流れが形成された冷媒回路１０が構成される。
【００３０】
本実施形態に係る排熱回収装置１については、凝縮器１４を通過した冷却水が流通する冷却水排出配管５２（以下、単に「冷却水配管５２」と言う。）に漏洩検知器３０が設けられている。
【００３１】
漏洩検知器３０は、冷却水配管５２に流通する冷却水に冷媒が含まれている場合に、その冷媒を検出する装置である。
なお、凝縮器１４の冷却水出口（冷却水の流れ方向において凝縮器１４の下流側）に接続された冷却水配管５２を流通する冷却水の圧力はおよそ大気圧であるため、高圧の冷媒が冷却水配管５２を流通する冷却水に漏洩した場合、圧力の低下に起因して冷媒は気化してガス冷媒となる。したがって、漏洩検知器３０は、主として、冷却水配管５２に流通する冷却水に含まれているガス冷媒を検出する装置である。
【００３２】
以下、漏洩検知器３０について詳細に説明する。
図１に示すように、漏洩検知器３０は、ガス抜き弁３２と、冷媒検知器３４とを備えている。
【００３３】
ガス抜き弁３２は、内部に一定量の気体が溜まると自動的に外部に気体を排出できる弁であり、分岐配管３５に設けられている。
ガス抜き弁３２としては、例えばフロート式の弁が用いられる。フロート式の弁は、弁内の液体に浮いているフロート（浮き）が弁内の液位の変化にともなって上下することで、弁を閉成したり開成したりするものである。詳細には、液体が所定の液位を保って封入されている弁内に気体が集まり気体よりも比重の重い液体が気体によって押し下げられると、液体に浮いているフロートによって弁が開成される。弁の開成によって気体が排出され気体によって押し下げられていた液位が上昇することで元の液位に戻ると、液体に浮いているフロートによって弁が閉成される。
【００３４】
分岐配管３５は、上流側となる基端部が冷却水配管５２と接続されるとともに鉛直方向上方に分岐、延出した配管とされる。このとき、分岐配管３５の基端部が接続されている冷却水配管５２の部分は、冷却水配管５２の頂部など気体が浮力によって集まりやすい部分であることが好ましい。これにより、冷却水配管５２を流通する冷却水に含まれる気体がガス抜き弁３２に捕集されやすくなる。また、ガス抜き弁３２は、分岐配管３５の鉛直方向上方に設けられることが好ましい。これにより、分岐配管３５内の気体がガス抜き弁３２に捕集されやすくなる。
【００３５】
ガス抜き弁３２には、ガス抜き弁３２から排出された気体が流通する排出配管３６が接続されている。
【００３６】
排出配管３６は、ガス抜き弁３２から鉛直方向上向きに延出した後、逆Ｕ字状に屈曲することで排出口３６Ａが鉛直方向下方に向かって開口している。なお、排出口３６Ａは、開放端とされ、周囲は空気雰囲気とされる。
【００３７】
冷媒検知器３４は、排出口３６Ａの鉛直方向下方に設けられている。冷媒検知器３４は、排出口３６Ａから排出された気体中に冷媒が含まれている場合、その冷媒を検知することができる。このとき、例えば、ガス抜き弁３２から排出された気体が空気とガス冷媒との混合気体とされた場合、排出口３６Ａの下方に冷媒検知器３４が設置されていれば、空気よりも比重が重いガス冷媒を空気から分離して冷媒検知器３４に導くことができる。冷媒検知器３４としては、例えば抵抗式のセンサが用いられる。
【００３８】
漏洩検知器３０は、次のように作動する。
すなわち、冷却水配管５２を流通する冷却水に含まれている気体は、分岐配管３５を介してガス抜き弁３２に捕集される。
【００３９】
一定量の気体がガス抜き弁３２内に溜まると、ガス抜き弁３２は気体を外部に自動的に排出する。
【００４０】
排出された気体は、排出配管３６を介して排出口３６Ａから空気中に排出される。
このとき、排出された気体中に冷媒が含まれている場合がある。例えば、凝縮器１４の内部に設置された熱交換用のプレートが破損した場合、冷媒が冷媒回路１０から冷却水側（冷却水配管５２）へ漏洩する。そうすると、漏洩した冷媒は冷却水に混入して冷却水配管５２を流通することになり、結果的に、気体としてガス抜き弁３２に捕集される。
【００４１】
前述のように、排出された気体中に冷媒が含まれている場合、冷媒検知器３４が冷媒を検知する（漏洩検知工程）。なお、冷媒が漏洩していない場合であっても冷却水に空気が混入している場合はガス抜き弁３２から気体が排出されることがある。ただし、空気のみが排出されたのであれば、当然ながら冷媒検知器３４が反応することはない。
【００４２】
冷媒検知器３４が冷媒を検知した場合、冷媒検知器３４はその情報を制御部（図示せず）に送信する。
【００４３】
制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００４４】
制御部は、冷媒検知器３４から冷媒検知の信号を受信した場合、冷媒が冷媒回路１０から冷却水側へ漏洩していると判断する。制御部によって冷媒が漏洩していると判断された場合、排熱回収装置１は制御部によって運転が停止される（停止工程）。
【００４５】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
凝縮器１４内部に設けられた熱交換用のプレートが破損するなどの現象によって、冷媒が冷媒回路１０から冷却水配管５２へ漏洩した場合であっても、漏洩検知器３０によって冷媒の漏洩を検知することができる。冷媒の漏洩を検知した場合、排熱回収装置１を停止させるように制御することで、冷媒回路１０からの冷媒の損失や、冷却水が冷媒回路１０へ侵入する現象を抑制できる。
なお、ＯＲＣ以外の排熱回収装置であって、例えば、純粋と海水との間で熱交換を行う熱交換器であれば、純粋が流通する配管に海水が漏洩した場合、純粋の導電率の変化を検知することで容易に海水の漏洩を検知できる。しかし、ＯＲＣが採用された排熱回収装置の場合、冷媒は非導電性であるため漏洩の検知が困難であり、導電率の変化を利用した検知方法は適さない。また、仮に導電率の変化を利用した検知方法によって冷媒を検知できたとしても、検知した時点で既に相当量の冷媒が漏洩しているものと考えられる。このため、冷媒の損失となるばかりか、外部環境を汚染する可能性もある。
【００４６】
また、漏洩検知器３０は冷却水配管５２を流通する冷却水に含まれるガス冷媒を検知するので、例えば、冷媒回路１０に充填された液冷媒の液量に基づいて漏洩を検知する場合に比べて、わずかな冷媒の漏洩を検知することができる。これは、ガス冷媒の方が液冷媒に比べて比体積が大きいことから明らかである。このため、比較的速やかに冷媒の漏洩を検知することができる。
【００４７】
また、漏洩したガス冷媒は空気よりも比重が大きいため、ガス抜き弁３２から排出された気体にガス冷媒が含まれている場合、鉛直方向下方に向かって開口している排出口３６Ａの鉛直方向下方に設けられた冷媒検知器３４によって検知されやすい。
【符号の説明】
【００４８】
１    排熱回収装置
１０  冷媒回路
１２  蒸発器
１３  タービン
１４  凝縮器
１５  ポンプ
２０，２１，２２，２３  冷媒配管
３０  漏洩検知器
３２  ガス抜き弁
３４  冷媒検知器
３５  分岐配管
３６  排出配管
３６Ａ  排出口
５０  冷却水供給配管
５２  冷却水排出配管（冷却水配管）
【図１】
2020128707.tif 000003