(57)【要約】【課題】加熱器を通過する作動媒体を確実に蒸発させる過給空気冷却ユニットを提供する。【解決手段】過給空気冷却ユニットは、過給機からエンジンへ供給される過給空気によって作動媒体を蒸発させる蒸発器部５ａと、蒸発器部５ａにおいて気化した作動媒体が流入する膨張機と、膨張機の動力を回収する動力回収機と、蒸発器部５ａで冷却された過給空気をさらに冷却するガスクーラ部５ｂと、を備え、蒸発器部５ａにおける過給空気の流路の幅がガスクーラ部５ｂにおける過給空気の流路の幅よりも大きく形成されることにより、蒸発器部５ａにおける過給空気の流路Ｓ２に段差部３２２ｂが形成され、蒸発器部５ａは、段差部３２２ｂによって拡大された第１領域３２２ｃ内を通過する作動媒体の流量が蒸発器部５ａにおける第２領域３２２ｄ内を通過する作動媒体の流量よりも小さくなるように構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機からエンジンへ供給される過給空気と作動媒体との間で熱交換し、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器部と、
前記蒸発器部において気化した前記作動媒体が流入する膨張機と、
前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、
前記蒸発器部で冷却された前記過給空気と冷却媒体との間で熱交換し、前記過給空気をさらに冷却するガスクーラ部と、を備え、
前記蒸発器部における前記過給空気の流路の幅が前記ガスクーラ部における前記過給空気の流路の幅よりも大きく形成されることにより、前記蒸発器部における前記過給空気の流路に段差部が形成され、
前記蒸発器部は、前記段差部によって拡大された領域である第１領域を通過する前記作動媒体の流量が、前記蒸発器部内における前記第１領域以外の領域である第２領域を通過する前記作動媒体の流量よりも小さくなるように、又は、前記第１領域内では前記作動媒体が通過しないように、構成されている過給空気冷却ユニット。
【請求項２】
前記蒸発器部は、前記作動媒体が流れる複数の伝熱管を有し、
前記複数の伝熱管は、前記第２領域に配置される第１伝熱管と、前記第１領域に配置される第２伝熱管と、を有し、
前記第２伝熱管は、前記第１伝熱管よりも細く形成されている請求項１に記載の過給空気冷却ユニット。
【請求項３】
前記蒸発器部は、前記作動媒体が流れる複数の伝熱管を有し、
前記複数の伝熱管は、前記第２領域に配置される第１伝熱管と、前記第１領域に配置される第２伝熱管と、を有し、
前記第２伝熱管には、前記作動媒体の流路を絞る流量調整弁が設けられている請求項１に記載の過給空気冷却ユニット。
【請求項４】
前記過給機から前記エンジンへ前記過給空気を移送するための掃気ラインは、前記過給機から前記蒸発器部へ前記過給空気を移送するための第１シェルと、前記蒸発器部に設けられた第１冷却シェルと、を有し、
前記第１シェルには、当該第１シェルと前記第１冷却シェルとの接続部に向かって徐々に前記過給空気の流路の幅が広がるように傾斜した傾斜部が形成され、
前記第１シェルと前記第１冷却シェルとは、前記接続部において同じ幅になっている請求項１から３のいずれかに記載の過給空気冷却ユニット。
【請求項５】
前記蒸発器部では、前記第２領域に、前記作動媒体の流路が配置され、前記第１領域には、前記作動媒体の流路が配置されていない請求項１に記載の過給空気冷却ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給空気冷却ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶等のエンジンに供給される過給空気を冷却する過給空気冷却ユニットが知られている。このような過給空気冷却ユニットの一例として、特許文献１には、エンジンと過給機とを繋ぐ吸気ラインと、吸気ラインを通過する過給空気の熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、吸気ラインを通過する過給空気を冷却するガスクーラと、を備えたユニットが記載されている。
【０００３】
特許文献１に開示された排熱回収装置は、作動媒体を加熱する加熱器と、加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に繋がる動力回収機と、を有している。加熱器においては、吸気ラインを通過する過給空気と作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、過給空気が冷却されつつ作動媒体が蒸発する。当該蒸発した作動媒体が膨張機に流入することにより、動力回収機において熱エネルギーが回収される。
【０００４】
また、特許文献１では、ガスクーラは、排熱回収装置の加熱器よりも過給空気の流れ方向の下流側に位置している。ガスクーラでは、ガスクーラ内に設けられた吸気ラインを通過する過給空気と冷却媒体との間で熱交換が行われることにより、排熱回収装置で冷却された過給空気がさらに冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２００１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、排熱回収装置の加熱器とガスクーラとによって過給空気を冷却することができるため、加熱器およびガスクーラのいずれか一方に不具合が生じた場合であっても過給空気を冷却することができる。
【０００７】
加熱器で用いられる作動媒体の熱伝達率が、ガスクーラで用いられる冷却媒体（水もしくは海水）の熱伝達率よりも低い場合には、加熱器における伝熱面積を大きくする必要がある。このため、加熱器はガスクーラよりも大きく形成される必要がある。この場合、加熱器内には過給空気の空気だまりができる箇所が存在し、この箇所での過給空気の流れが悪くなってしまう虞がある。その結果、過給空気の空気だまりを通過する作動媒体と過給空気との間での熱交換量が低減し、空気だまりを通過する作動媒体が蒸発しにくいという問題が生ずる虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、加熱器を通過する作動媒体が確実に蒸発できる過給空気冷却ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの面に係る過給空気冷却ユニットは、過給機からエンジンへ供給される過給空気と作動媒体との間で熱交換し、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器部と、前記蒸発器部において気化した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、前記蒸発器部で冷却された前記過給空気と冷却媒体との間で熱交換し、前記過給空気をさらに冷却するガスクーラ部と、を備える。前記蒸発器部における前記過給空気の流路の幅が前記ガスクーラ部における前記過給空気の流路の幅よりも大きく形成されることにより、前記蒸発器部における前記過給空気の流路に段差部が形成されている。前記蒸発器部は、前記段差部によって拡大された領域である第１領域を通過する前記作動媒体の流量が、前記蒸発器部における前記第１領域以外の領域である第２領域を通過する前記作動媒体の流量よりも小さくなるように、又は、前記第１領域内では前記作動媒体が通過しないように、構成されている。
【００１０】
上記の過給空気冷却ユニットにおいては、前記蒸発器部における前記第１領域には前記過給空気の流れが悪い空気だまりが生じるため、前記第１領域を通過する前記作動媒体と前記過給空気との間の熱交換量が低い。しかし、前記第１領域を通過する前記作動媒体の流量が前記第２領域を通過する前記作動媒体の流量よりも小さいので、前記第１領域を通過する前記作動媒体を蒸発させ易くすることができる。または、第１領域内では前記作動媒体が通過しないので、作動媒体が蒸発しないという状況を回避することができる。
【００１１】
上記構成において、前記蒸発器部は、前記作動媒体が流れる複数の伝熱管を有し、前記複数の伝熱管は、前記第２領域に配置される第１伝熱管と、前記第１領域に配置される第２伝熱管と、を有し、前記第２伝熱管は、前記第１伝熱管よりも細く形成されていてもよい。
【００１２】
上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第２伝熱管は、前記第１伝熱管よりも細く形成されているので、作動媒体の流量を絞る手段を伝熱管に設けなくても、前記第２伝熱管を流れる作動媒体の流量を前記第１伝熱管を流れる作動媒体の流量よりも小さくすることができる。そのため、上記の過給空気冷却ユニットでは、簡単な構成で前記段差部を通過する前記作動媒体を蒸発させることができる。
【００１３】
上記構成において、前記蒸発器部は、前記作動媒体が流れる複数の伝熱管を有し、前記複数の伝熱管は、前記第２領域に配置される第１伝熱管と、前記第１領域に配置される第２伝熱管と、を有し、前記第２伝熱管は、前記作動媒体の流路を絞る流量調整弁が設けられてもよい。
【００１４】
上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第２伝熱管は、前記流量調整弁を絞ることにより、前記第２伝熱管を流れる作動媒体の流量が前記第１伝熱管を流れる作動媒体の流量よりも少なくすることができる。そのため、上記の過給空気冷却ユニットは、前記段差部を通過する前記作動媒体をより蒸発させ易くすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記過給機から前記エンジンへ前記過給空気を移送するための掃気ラインを有してもよい。前記掃気ラインは、前記過給機から前記蒸発器部へ前記過給空気を移送するための第１シェルと、前記蒸発器部に設けられた第１冷却シェルと、を有してもよい。前記第１シェルには、前記第１冷却シェルとの接続部に向かって徐々に前記過給空気の流路の幅が広がるように傾斜した傾斜部が形成され、前記第１シェルと前記第１冷却シェルとは、前記接続部において同じ幅になっていてもよい。
【００１６】
上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第１シェルと前記第１冷却シェルとの接続部に過給空気が流れやすくなるので、前記接続部近傍に過給空気の空気だまりが生じにくい。そのため、上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第１冷却部における前記作動媒体と前記過給空気との間での熱交換量が大きくなる。
【００１７】
上記構成において、前記蒸発器部では、前記第２領域に、前記作動媒体の流路が配置され、前記第１領域には、前記作動媒体の流路が配置されていなくてもよい。
【００１８】
上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第１領域以外の第２領域に、前記作動媒体の流路が配置されているので、前記段差部で前記作動媒体が蒸発できないといったこと防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、前記段差部近傍を通過する前記作動媒体と前記過給空気との間での熱交換量が低くても、前記段差部近傍を通過する前記作動媒体が蒸発させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットにおける過給空気の流れを説明するための部分拡大図である。
【図３】第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部近傍における過給空気の流れを説明するための部分拡大図である。
【図４】第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部における伝熱管の配列状態を示す拡大図である。
【図５】第２の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部における伝熱管の配列状態を示す拡大図である。
【図６】第３の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部近傍における過給空気の流れを説明するための拡大図である。
【図７】第４の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部の伝熱管の配列状態を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、各実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１を説明するために必要となる主要な構成要素を簡略化して示したものである。したがって、各実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成要素を備え得る。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１に示すように、第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、過給機１からエンジン２へと供給される過給空気を冷却するためのユニットである。第１の実施形態では、過給空気冷却ユニットＸ１は、エンジン２の動力によって走行する船舶に搭載される。具体的には、第１の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１は、エネルギー回収装置６、冷却装置８、検知センサ９、および制御部１０を備えている。これらの構成要素が過給機１、エンジン２、掃気ライン３、および排気ライン４とともに船舶に搭載されている。
【００２３】
エネルギー回収装置６に設けられた蒸発器部５ａと、冷却装置８に設けられたガスクーラ部５ｂとにより、冷却器５が構成される。蒸発器部５ａでは、過給機１からエンジン２へ供給される過給空気と作動媒体との間で熱交換が行われ、作動媒体が蒸発する。ガスクーラ部５ｂでは、蒸発器部５ａで冷却された前記過給空気と冷却媒体との間で熱交換が行われ、前記過給空気がさらに冷却される。冷却器５の具体的な構成については後述する。
【００２４】
以下では、図１を参照しながら、船舶に搭載された過給機１、エンジン２、掃気ライン３、排気ライン４、エネルギー回収装置６、冷却装置８、検知センサ９、および制御部１０について具体的に説明する。
【００２５】
過給機１は、圧縮機１１およびタービン１２を有している。圧縮機１１とタービン１２とは、軸で互いに連結されている。圧縮機１１は、掃気ライン３を介してエンジン２に繋がっており、タービン１２は、排気ライン４を介してエンジン２に繋がっている。
【００２６】
圧縮機１１に供給された空気は、圧縮機１１において圧縮されることにより過給空気となり、当該過給空気は、掃気ライン３を通じてエンジン２に供給される。これにより、エンジン２が駆動され、当該エンジン２を搭載した船舶が走行する。このとき、エンジン２にて生じた排ガスは、排気ライン４を通じてタービン１２に送られる。タービン１２は、排ガスの膨張エネルギーによって駆動され、このタービン１２の駆動力により圧縮機１１が駆動される。そして、タービン１２を通過した排ガスは、当該タービン１２の外部へと排出される。
【００２７】
ここで、圧縮機１１からエンジン２へ向かって過給空気が流れる掃気ライン３は、第１シェル３１と、第２シェル３２と、第３シェル３３と、を有する。
【００２８】
第１シェル３１は、圧縮機１１から過給空気が流入する部位であって、過給空気の流れ方向における冷却器５の上流側に位置している。第２シェル３２は、第１シェル３１から過給空気が流入する部位であって、冷却器５の筺体を構成する。第２シェル３２は、過給空気の流れ方向における第１シェル３１の下流側部に繋がっている。第３シェル３３は、第２シェル３２から流出した過給空気をエンジン２に流入させる部位であって、過給空気の流れ方向における第２シェル３２の下流側部とエンジン２とを繋いでいる。
【００２９】
過給機１において生成された過給空気は、第１シェル３１、第２シェル３２、第３シェル３３の順に掃気ライン３を通過する途中で冷却器５において所定の温度まで冷却され、エンジン２へと供給される。
【００３０】
エネルギー回収装置６は、作動媒体のランキンサイクルを利用した発電システムである。エネルギー回収装置６に用いられる作動媒体としては、例えば、Ｒ２４５ｆａ等の水よりも低沸点の有機流体が挙げられる。
【００３１】
エネルギー回収装置６は、ポンプ６１、第１冷却部６２、膨張機６３、動力回収機６４、凝縮部６５、および循環配管６６を備えている。ポンプ６１、第１冷却部６２、膨張機６３、凝縮部６５は、作動媒体がこの順番に循環するように循環配管６６によって繋がっている。具体的には、ポンプ６１と第１冷却部６２とは、循環配管６６の第１配管６６ａを介して互いに繋がっている。また、第１冷却部６２と膨張機６３とは、循環配管６６の第２配管６６ｂを介して互いに繋がっている。また、膨張機６３と凝縮部６５とは、循環配管６６の第３配管６６ｃを介して互いに繋がっている。また、凝縮部６５とポンプ６１とは、循環配管６６の第４配管６６ｄを介して互いに繋がっている。
【００３２】
ポンプ６１は、循環配管６６内で作動媒体が循環するように当該作動媒体を加圧する。ポンプ６１は、第１配管６６ａに繋がっており、当該第１配管６６ａを通じて第１冷却部６２に作動媒体が流入するように、当該作動媒体を圧送する。ポンプ６１としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。
【００３３】
第１冷却部６２は、蒸発器部５ａの構成要素である。すなわち、蒸発器部５ａは、過給空気が流れる後述の第１冷却シェル３２ａと、作動媒体が流れる第１冷却部６２と、を有している。第１冷却部６２では、過給機１からエンジン２へと第１冷却シェル３２ａ内を流れる過給空気と、当該第１冷却部６２に流入する作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、過給空気が冷却される一方で、作動媒体が蒸発する。第１冷却部６２は、作動媒体の流れ方向におけるポンプ６１の下流側に位置している。第１配管６６ａは、ポンプ６１により圧送された液相の作動媒体が該第１冷却部６２に流入するように、第１冷却部６２とポンプ６１とを繋いでいる。第１冷却部６２は、掃気ライン３の第２シェル３２を流れる過給空気を冷却する。これにより、過給空気冷却ユニットＸ１では、冷却器５の蒸発器部５ａにおいて、液相の作動媒体と過給空気との間で熱交換が行われ、作動媒体が蒸発するとともに過給空気が冷却される。
【００３４】
膨張機６３は、作動媒体の流れ方向における第１冷却部６２の下流側に位置している。第２配管６６ｂは、第１冷却部６２において蒸発した気相の作動媒体が膨張機６３に流入するように、第１冷却部６２と膨張機６３とを繋いでいる。本実施形態では、膨張機６３としてスクリュ膨張機が用いられている。スクリュ膨張機では、気相の作動媒体の膨張エネルギーによりスクリュであるロータ部が回転駆動される。なお、膨張機６３としては、スクリュ膨張機に限らず、例えば遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。
【００３５】
動力回収機６４は、膨張機６３のロータ部に接続されている。動力回収機６４は、気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されたロータ部を通じて動力を回収する。これにより、エネルギー回収装置６は、過給空気の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。なお、動力回収機６４は、電気エネルギーに変換する構成に限られず、例えば運動エネルギーに変換する構成であってもよい。
【００３６】
凝縮部６５は、作動媒体の流れ方向において膨張機６３の下流側に位置している。第３配管６６ｃは、膨張機６３から流出した気相の作動媒体が凝縮部６５に流入するように、膨張機６３と凝縮部６５とを繋いでいる。
【００３７】
ここで、凝縮部６５は、凝縮器７に設けられている。凝縮器７では、膨張機６３から凝縮部６５に流入した気相の作動媒体と後述する冷却媒体との間で熱交換が行われる。これにより、凝縮部６５を流れる作動媒体が凝縮する。そして、凝縮部６５において凝縮した作動媒体は、第４配管６６ｄを通じてポンプ６１へと流入し、再び第１冷却部６２へと送られることになる。
【００３８】
冷却装置８は、エネルギー回収装置６とは別個に設けられた過給空気を冷却するための装置である。冷却装置８は、作動媒体によって過給空気を冷却するエネルギー回収装置６とは異なり、冷却媒体によって過給空気を冷却する。本実施形態では、過給空気冷却ユニットＸ１が船舶に搭載されているため、冷却媒体としては海水を利用することができる。
【００３９】
冷却装置８は、供給流路８１、第１流路８２、第２流路８３、流量調整部８４、およびポンプ８５，８６を有する。
【００４０】
供給流路８１は、冷却媒体の供給源（図示省略）に繋がっている。
【００４１】
第１流路８２は、流量調整部８４を介して、冷却媒体の流れ方向における供給流路８１の下流端に繋がっている。第１流路８２は、上流部８２ａ、第２冷却部８２ｂ、および下流部８２ｃを含んでいる。
【００４２】
上流部８２ａは、流量調整部８４に接続されており、流量調整部８４を介して供給流路８１と第２冷却部８２ｂとを繋いでいる。上流部８２ａには、ポンプ８５が取り付けられている。供給流路８１から流量調整部８４を介して上流部８２ａに流入した冷却媒体は、ポンプ８５によって第２冷却部８２ｂへと圧送される。
【００４３】
第２冷却部８２ｂでは、過給機１からエンジン２へと供給される過給空気と当該第２冷却部８２ｂに流入する冷却媒体との間で熱交換が行われる。これにより、第２冷却部８２ｂでは、過給空気が冷却される。第２冷却部８２ｂは、上流部８２ａと下流部８２ｃとを繋いでいる。第２冷却部８２ｂは、冷却器５のガスクーラ部５ｂに設けられている。具体的には、ガスクーラ部５ｂは、過給空気が流れる後述の第２冷却シェル３２ｂ（図２参照）と、冷却媒体が流れる第２冷却部８２ｂと、を有している。第２冷却部８２ｂでは、当該第２冷却部８２ｂを流れる冷却媒体によって掃気ライン３の第２シェル３２を流れる過給空気が冷却される。これにより、過給空気冷却ユニットＸ１の冷却器５では、過給空気と作動媒体との熱交換によって当該過給空気を冷却可能であるとともに、過給空気と冷却媒体との熱交換によっても当該過給空気を冷却可能である。
【００４４】
下流部８２ｃは、冷却媒体の流れ方向における第２冷却部８２ｂの下流側に繋がっている。第２冷却部８２ｂから流出した冷却媒体は、下流部８２ｃを通じて冷却装置８の外部へ排出される。
【００４５】
第２流路８３は、第１流路８２とは別個に流量調整部８４を介して冷却媒体の流れ方向における供給流路８１の下流側に繋がっている。第２流路８３は、上流部８３ａ、第３冷却部８３ｂ、および下流部８３ｃを含んでいる。
【００４６】
上流部８３ａは、供給流路８１と第３冷却部８３ｂとを繋いでいる。上流部８３ａには、ポンプ８６が取り付けられている。供給流路８１から流量調整部８４を介して上流部８３ａに流入した冷却媒体は、ポンプ８６によって第３冷却部８３ｂへと圧送される。
【００４７】
第３冷却部８３ｂは、上流部８３ａと下流部８３ｃとを繋いでいる。第３冷却部８３ｂは、エネルギー回収装置６の凝縮部６５と同様に、凝縮器７に設けられている。具体的には、第３冷却部８３ｂは、凝縮部６５を流れる作動媒体を凝縮可能なように、凝縮器７に設けられている。これにより、過給空気冷却ユニットＸ１では、凝縮器７において、作動媒体と冷却媒体との熱交換によって当該作動媒体を凝縮可能である。
【００４８】
下流部８３ｃは、冷却媒体の流れ方向における第３冷却部８３ｂの下流側に繋がっている。第３冷却部８３ｂから流出した冷却媒体は、下流部８３ｃを通じて冷却装置８の外部へ排出される。
【００４９】
流量調整部８４は、第１流路８２に供給される冷却媒体の流量である第１流量Ｆ１と第２流路８３に供給される冷却媒体の流量である第２流量Ｆ２とを調整可能な弁部材である。本実施形態では、流量調整部８４は、３方電磁弁あるいは３方電動弁等の３方弁である。冷却装置８では、各流路８２，８３に対する流量調整部８４の弁開度を調整することによって、供給源から供給流路８１を通じて第１流路８２に供給される第１流量Ｆ１と第２流路８３に供給される第２流量Ｆ２との割合を調整可能である。
【００５０】
検知センサ９は、掃気ライン３の第３シェル３３に取り付けられている。これにより、検知センサ９は、冷却器５において第１冷却部６２または第２冷却部８２ｂによって冷却された後、エンジン２に流入する前の過給空気の温度Ｔを検知可能である。検知センサ９において検知された温度Ｔに応じた信号は、制御部１０に送られる。
【００５１】
制御部１０は、検知センサ９からの温度情報を受け付け、当該温度情報と記憶部に記憶された上限温度値Ｔ１とを比較することにより、冷却器５において冷却された過給空気の温度が上限温度値Ｔ１以上であるか否かを判定する。
【００５２】
ここで、図２〜４を参照しながら、掃気ライン３について具体的に説明する。図２は、掃気ライン３の第１シェル３１から第２シェル３２、第３シェル３３を介してエンジン２へ供給される過給空気の流れを示す図である。図２に示すように、エンジン２は、第１シェル３１、第２シェル３２及び第３シェル３３の側方に配置されている。
【００５３】
第１シェル３１は筒状に形成されている。第１シェル３１の内部は過給空気の流路Ｓ１を構成している。第１シェル３１のエンジン２が配置されている側の側面とは反対側の側面には、第１冷却シェル３２ａに向かって徐々に流路Ｓ１の幅が大きくなるように傾斜した傾斜部３１ａが形成されている。一方、第１シェル３１においてエンジン側の側面は上下に延びている。
【００５４】
図３に示すように、第２シェル３２は、蒸発器部５ａを構成する第１冷却シェル３２ａと、ガスクーラ部５ｂを構成する第２冷却シェル３２ｂと、を有する。第１冷却シェル３２ａは筒状に形成されている。第１冷却シェル３２ａの内部は過給空気の流路Ｓ２を構成している。第１冷却シェル３２ａは第１シェル３１と接続されている。第１冷却シェル３２ａの過給空気の入口の幅は、第１シェル３１の過給空気の出口の幅よりも大きく形成されている。これにより、蒸発器部５ａにおける過給空気の流路Ｓ２に過給空気の流れる断面積が急拡大する段差部３２２ａが形成されている。なお、段差部３２２ａでは、過給空気の流れが少ない空気だまりが形成される。
【００５５】
第２冷却シェル３２ｂは筒状に形成されている。第２冷却シェル３２ｂの内部は過給空気の流路Ｓ３を構成している。第２冷却シェル３２ｂは、第１冷却シェル３２ａの過給空気の流れ方向における下流側に位置し、第１冷却シェル３２ａと接続されている。
【００５６】
第１冷却シェル３２ａの過給空気の出口の幅は、第２冷却シェル３２ｂの過給空気の入口の幅よりも大きく形成されている。これにより、蒸発器部５ａにおける過給空気の流路Ｓ２が急縮小する段差部３２２ｂが形成されている。言い換えると、蒸発器部５ａにおける過給空気の流路の幅が、ガスクーラ部５ｂにおける過給空気の流路の幅よりも大きく形成されることによって、段差部３２２ｂが形成されている。このため、第１冷却シェル３２ａ内の空間には、段差部３２２ｂによって拡大された領域（第１領域）３２２ｃが含まれる。この第１領域３２２ｃは、段差部３２２ｂから第１冷却シェル３２ａの筒軸方向に延びており、上下方向に見て、第２冷却シェル３２ｂの空気入口から側方にはみ出ている。また、第１冷却シェル３２ａ内の空間には、第２冷却シェル３２ｂの過給空気の入口から第１冷却シェル３２ａの筒軸方向に延びる主領域である第２領域３２２ｄが含まれる。したがって、第１冷却シェル３２ａ内の空間は、第２冷却シェル３２ｂの過給空気の入口から真っ直ぐ延びた第２領域３２２ｄと、第２領域３２２ｄの側方に位置する第１領域３２２ｃと、を含む。なお、段差部３２２ｂでは、過給空気の流れが少ない空気だまりが形成される。
【００５７】
第３シェル３３は、第２冷却シェル３２ｂから流出した過給空気の流れ方向をエンジン２側へ変える曲がり部３３ａと、曲がり部３３ａを流れ出た過給空気を上方へ導くストレート管部３３ｂと、ストレート管部３３ｂから流れ出た過給空気をエンジン２へ吸入させる吸入部３３ｃと、を有する。曲がり部３３ａは、第２冷却シェル３２ｂの過給空気の流れ方向における下流側に位置し、第２冷却シェル３２ｂの下端部に接続されている。ストレート管部３３ｂは、曲がり部３３ａと接続され、第２シェル３２とエンジン２との間に配置されている。ストレート管部３３ｂは、エンジン２の上部に位置する吸気口の高さ位置まで過給空気を案内する。
【００５８】
吸入部３３ｃは、第１シェル３１とエンジン２との間に配置され、ストレート管部３３ｂとエンジン２とを接続している。第３シェル３３の内部は過給空気の流路Ｓ４を構成している。
【００５９】
図３に示すように、第１シェル３１から第１冷却シェル３２ａへ流入する過給空気の大部分は流れ方向に直進する。すなわち、過給空気は、第１冷却シェル３２ａ内の第２領域３２２ｄを流れる。このとき、一部の過給空気は、段差部３２２ａの下方の位置を流れる。すなわち、一部の過給空気は、第１領域３２２ｃを流れる。第１領域３２２ｃを流れる過給空気は、段差部３２２ｂの上の位置で第２領域３２２ｄ内に戻り、第２冷却シェル３２ｂへ流入する。
【００６０】
図４は、冷却器５を側面視した概略図であって、本実施形態では、冷却器５は、シェル＆チューブ式の熱交換器である。冷却器５の蒸発器部５ａは、ガスクーラ部５ｂの過給空気の流れ方向における上流側に配置されている。蒸発器部５ａは、過給空気が流れる第１冷却シェル３２ａと、作動媒体が流れる第１冷却部６２と、を有している。第１冷却部６２は、作動媒体流入ヘッダ６２ａと、作動媒体流出ヘッダ６２ｂと、複数の伝熱管６２ｃと、を有している。
【００６１】
作動媒体流入ヘッダ６２ａと作動媒体流出ヘッダ６２ｂとは、過給空気の流路Ｓ２における過給空気の流れ方向に沿って間隔を空けて並んでいる。作動媒体流入ヘッダ６２ａは、過給空気の流れ方向に対して直角方向に延びており、一端が段差部３２２ｂ（第１領域３２２ｃ）に至っている。作動媒体流出ヘッダ６２ｂは、過給空気の流れ方向に対して直角方向に延びており、一端が段差部３２２ａ（第１領域３２２ｃ）に至っている。
【００６２】
複数の伝熱管６２ｃは、第１伝熱管６２２と第２伝熱管６２３とを有する。第１伝熱管６２２及び第２伝熱管６２３は、作動媒体流入ヘッダ６２ａと作動媒体流出ヘッダ６２ｂとを繋いでいる。第１伝熱管６２２と第２伝熱管６２３とは、紙面と垂直な方向に蛇行しながら過給空気の流れ方向に延びている。なお、図４は、便宜上、第１伝熱管６２２と第２伝熱管６２３は左右に蛇行しているように描いている。
【００６３】
第１伝熱管６２２は、第２領域３２２ｄ内に配置されている。すなわち、第１伝熱管６２２は、段差部３２２ａから段差部３２２ｂまで延びる領域以外の領域３２２ｄ内に配置されている。このため、第１伝熱管６２２は、第２冷却シェル３２ｂの過給空気の入口幅の範囲内に収められている。言い換えると、第１伝熱管６２２は、過給空気の流れが直進する位置に配置されている。
【００６４】
第２伝熱管６２３は、第１領域３２２ｃ内に配置されている。すなわち、第２伝熱管６２３は、段差部３２２ａから段差部３２２ｂに至る領域に配置されている。このため、第２伝熱管６２３の一端は、第１領域３２２ｃ内で作動媒体流入ヘッダ６２ａに接続され、第２伝熱管６２３の他端は、第１領域３２２ｃ内で作動媒体流出ヘッダ６２ｂに接続されている。
【００６５】
第２伝熱管６２３は、第１伝熱管６２２よりも細く形成されている。これにより、第２伝熱管６２３を流れる作動媒体の流量は、第１伝熱管６２２を流れる作動媒体の流量よりも少なくなっている。
【００６６】
エネルギー回収装置６のポンプ６１によって圧送された作動媒体は、第１配管６６ａから作動媒体流入ヘッダ６２ａを通じて過給空気の流路Ｓ２内の伝熱管６２ｃに流入する。作動媒体は、当該伝熱管６２ｃを過給空気の流れ方向とは逆向きの方向に対して略平行な方向に流れ、作動媒体流出ヘッダ６２ｂを通じて第２配管６６ｂへと流出する。なお、作動媒体は、伝熱管６２ｃ内を下から上に向かって流れる。
【００６７】
ガスクーラ部５ｂは、過給空気が流れる第２冷却シェル３２ｂと、冷却媒体が流れる第２冷却部８２ｂと、を有している。第２冷却部８２ｂは、冷却媒体流入ヘッダ８２ｄと、冷却媒体流出ヘッダ８２ｅと、複数の伝熱管８２ｆと、を有している。
【００６８】
冷却媒体流入ヘッダ８２ｄと冷却媒体流出ヘッダ８２ｅとは、過給空気の流路Ｓ３における過給空気に流れ方向に沿って間隔を空けて並んでいる。
【００６９】
複数の伝熱管８２ｆのそれぞれは、冷却媒体流入ヘッダ８２ｄと冷却媒体流出ヘッダ８２ｅとを繋いでいる。複数の伝熱管８２ｆのそれぞれは、紙面と垂直な方向に蛇行しながら過給空気の流れ方向に延びている。なお、図４は、便宜上、複数の伝熱管８２ｆを左右に蛇行しているように描いている。
【００７０】
供給流路８１を通じて第１流路８２の上流部８２ａに流入した冷却媒体は、冷却媒体流入ヘッダ８２ｄを通じて流路Ｓ３内の各伝熱管８２ｆに流入し、当該各伝熱管８２ｆを過給空気の流れ方向に略平行な方向に流れ、冷却媒体流出ヘッダ８２ｅを通じて下流部８２ｃへと流出する。
【００７１】
本実施形態の過給空気冷却ユニットＸ１は、第２伝熱管６２３が第１伝熱管６２２よりも細く形成されているので、第２伝熱管６２３を流れる作動媒体の流量が第１伝熱管６２２を流れる作動媒体の流量よりも少ない。そのため、本実施形態の過給空気冷却ユニットＸ１は、過給空気の流路Ｓ２の第１領域３２２ｃにおける過給空気の流れが悪くても、第２伝熱管６２３を流れる作動媒体を蒸発させることができる。
【００７２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１について図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構成部分には第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
図５は、図４と同様に、冷却器５を側面視した部分拡大図である。第２実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、図５に示すように、過給空気の流路Ｓ２の段差部３２２ａ内から段差部３２２ｂ内に至る位置に、第２伝熱管６２３ａが配置されている。すなわち、第２伝熱管６２３ａは、第１領域３２２ｃ内に配置されている。
【００７４】
第２伝熱管６２３ａは、作動媒体の流路幅が第１伝熱管６２２の作動媒体の流路幅と同じ大きさに形成されている。つまり、第２伝熱管６２３ａの管径は、第１伝熱管６２２の管径と同じ管径となっている。第２伝熱管６２３ａには、作動媒体の流路を絞る流量調整弁６２４が設けられている。これにより、第２伝熱管６２３ａを流れる作動媒体の流量は、第１伝熱管６２２を流れる作動媒体の流量よりも少なくすることができる。なお、流量調整弁６２４は、作動媒体の流路を絞ることができるものであれば、いずれのタイプの弁を用いてもよい。
【００７５】
第２実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、第２伝熱管６２３ａに作動媒体の流路を絞る流量調整弁６２４が設けられているので、第２伝熱管６２３ａを流れる作動媒体の流量を第１伝熱管６２２を流れる作動媒体の流量よりも少なくすることができる。そのため、第２実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、第２冷却シェル３２ａ内において、第１領域３２２ｃにおける過給空気の流れが第２領域３２２ｄ内の流れよりも悪くても、第２伝熱管６２３ａを流れる作動媒体を蒸発させることができる。
【００７６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１について図６を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構成部分には第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図６は、過給空気冷却ユニットＸ１の蒸発器部５ａ近傍の過給空気の流れを示す拡大図である。本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、図６に示すように、掃気ライン３の第１シェル３１には、エンジン２が配置されている側の側面に傾斜部３１ｂが形成されている。傾斜部３１ｂは、第１シェル３１と第１冷却シェル３２ａとが接続する接続部に向かって徐々に過給空気の流路の幅が広くなるように傾斜している。このため、第１シェル３１の過給空気の出口と第１冷却シェル３２ａの過給空気の入口は同じ大きさに形成されている。
【００７８】
本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、図６に示すように、第１シェル３１から第１冷却シェル３２ａへ流れる過給空気の一部が傾斜部３１ｂに沿って進行する。このため、第１シェル３１の傾斜部３１ｂと第１冷却シェル３２ａとの接続部においては、過給空気が流れやすくなる。そのため、第１シェル３１の傾斜部３１ｂと第１冷却シェル３２ａとの接続部近傍には、過給空気の空気だまりが生じにくい。そのため、上記の過給空気冷却ユニットＸ１では、蒸発器部５ａにおける作動媒体と過給空気との間での熱交換量が第１実施形態よりも大きくなる。
【００７９】
なお、第１冷却シェル３２ａに配置される第２伝熱管は、第１実施形態の第２伝熱管６２３や第２実施形態の流量調整弁６２４を設けた第２伝熱管６２３ａと同様のものを使用することができる。
【００８０】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１について図７を参照しながら説明する。本実施形態は、第１領域３２２ｃに第２伝熱管が設けられていない点で、他の実施形態と相違するものである。その他の点については、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
本実施形態に係る過給空気冷却ユニットＸ１では、第２領域３２２ｄ内には伝熱管６２２が配置される一方で、第１領域３２２ｃ内には伝熱管が配置されていない。このため、段差部３２２ａ、３２２ｂ間の領域内で作動媒体が蒸発できないといったことが確実に防止される。
【００８２】
以上説明した各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記の各実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８３】
例えば、上記の各実施形態では、過給空気冷却ユニットＸ１が船舶に適用される例について説明したが、これに限らない。過給空気冷却ユニットＸ１は、過給機１からエンジン２へ供給される過給空気を冷却するものであればよく、例えば過給機１およびエンジン２を搭載した車両等に適用されてもよい。過給空気冷却ユニットＸ１が車両等に適用される場合には、冷却装置８における冷却媒体として、海水ではなく、例えば貯留タンクに貯留された冷却水を用いることができる。
【００８４】
また、上記の各実施形態では、冷却器５の蒸発器部５ａ及びガスクーラ部５ｂは、シェル＆チューブ式の熱交換器によって構成されているが、これに限らない。冷却器５の蒸発器部５ａ及びガスクーラ部５ｂは、例えば、複数のプレートが積層されることにより構成されるプレート式の熱交換器であってもよい。この場合、プレートを挟んで隣り合う一方の空間が過給空気の流路となり、他方の空間が作動媒体に流路となる。そして、蒸発器部５ａにおける前記一方の空間の幅が、ガスクーラ部５ｂにおける前記一方の空間の幅よりも大きく形成されることによって、段差部が形成されることになる。
【００８５】
また、上記の各実施形態では、検知センサ９が掃気ライン３の第３シェル３３に取り付けられる例について説明したが、これに限らない。検知センサ９は、冷却器５において冷却された過給空気の温度に関する情報を検知することができればよく、例えば冷却器５に取り付けられてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
Ｘ１          過給空気冷却ユニット
１            過給機
２            エンジン
３            掃気ライン
５ａ          蒸発器部
５ｂ          ガスクーラ部
６            エネルギー回収装置
８            冷却装置
３１          第１シェル
３１ａ        傾斜部
３２          第２シェル
３２ａ        第１冷却シェル
６２ｃ        伝熱管
６３          膨張機
６４          動力回収機
３２２ｂ      段差部
３２２ｃ      第１領域
３２２ｄ      第２領域
６２２        第１伝熱管
６２３        第２伝熱管
６２４        流量調整弁
Ｓ２          流路
Ｓ３          流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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