(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
作動油を含む低油圧配管と、
前記低油圧配管よりも高圧の作動油を含む高油圧配管と、
前記ディーゼルエンジンにより駆動され、前記低油圧配管から前記高油圧配管へ作動油を送出する第１の油圧ポンプと、
ディーゼルエンジンの排気の一部を圧縮した後、前記ディーゼルエンジンの吸気管に供給する排気再循環装置と、
前記排気の熱を回収する排熱回収装置と、
を備える動力装置であって、
前記排気再循環装置は、前記高油圧配管内の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧により駆動される第１の油圧モータと、前記第１の油圧モータにより駆動され前記排気を圧縮する圧縮機とを備え、
前記排熱回収装置は、前記排気の熱により加熱された熱媒体によって回転するタービンと、前記タービンにより駆動され、前記低油圧配管から前記高油圧配管へ作動油を送出する第２の油圧ポンプとを備え、
前記第１の油圧ポンプは前記高油圧配管内の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧が一定の範囲となるように作動油の送出量が調整される、動力装置。
【請求項２】
前記ディーゼルエンジンの排気により駆動され、前記ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する過給機と、
前記過給機と連結される第３の油圧ポンプを備え、
前記第３の油圧ポンプは、前記過給機を駆動する排気のエネルギーが前記空気を圧縮するのに必要とするエネルギーよりも大きいときに前記低油圧配管側から前記高油圧配管へ作動油を送出するポンプとして動作し、
前記排気のエネルギーが前記空気を圧縮するのに必要とするエネルギーよりも小さいときに、前記高油圧配管内の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧により駆動され、前記過給機の駆動を補助する油圧モータとして機能する、請求項１に記載の動力装置。
【請求項３】
前記高油圧配管内の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧により駆動され、燃料タンク内の燃料を加圧して前記ディーゼルエンジンに供給する燃料ポンプを駆動する第２の油圧モータをさらに備える、請求項１又は２に記載の動力装置。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料弁と、
前記燃焼室内の気体を排出する排気弁と、
前記高油圧配管内の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧を利用して、前記燃料弁および前記排気弁の開閉制御を行う油圧制御ユニットと、
を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項５】
前記排熱回収装置は、
前記排気の熱により熱媒体を昇温させる第１の熱交換器と、
昇温された液体の熱媒体を気体の熱媒体中に噴射することにより気液二相流を生成する二相流ノズルと、
前記気液二相流によって駆動される二相流タービンと、
前記二相流タービンを通過した気液二相流中の気相の熱媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記熱交換器、前記二相流ノズル、前記二相流タービン、前記凝縮器の間を環状に接続する冷媒管と、
前記冷媒管の内部で前記熱媒体を循環させる循環ポンプと、
前記高油圧配管内の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧により駆動され、前記循環ポンプを駆動する第３の油圧モータとをさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の動力装置。
【請求項６】
前記排熱回収装置は、前記ディーゼルエンジンに供給される圧縮された空気の熱により前記熱媒体を昇温させる第２の熱交換器をさらに備える、請求項５に記載の動力装置。
【請求項７】
前記ディーゼルエンジンの排気により駆動され、前記ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する過給機と、
前記過給機と連結される第３の油圧ポンプと、
前記ディーゼルエンジンにより駆動され、前記低油圧配管から前記第３の油圧ポンプへ作動油を供給する第４の油圧ポンプと、
前記第３の油圧ポンプの吐出側と前記高油圧配管との間に設けられ、前記高油圧配管から前記第３の油圧ポンプへ作動油が流れることを防ぐ逆止弁と、
前記第３の油圧ポンプと前記逆止弁との間と前記低油圧配管とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管を開閉する開閉弁と、
を備え、
前記過給機を駆動する排気のエネルギーが前記空気を圧縮するのに必要とするエネルギーよりも大きいときに前記開閉弁を閉じることで、前記第３の油圧ポンプを前記低油圧配管側から前記高油圧配管へ作動油を送出させる油圧ポンプとして動作させ、
前記排気のエネルギーが前記空気を圧縮するのに必要とするエネルギーよりも小さいときに、前記開閉弁を開くことで、前記第３の油圧ポンプを、前記第４の油圧ポンプから供給される油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧により駆動され、前記過給機の駆動を補助する油圧モータとして動作させる、請求項１に記載の動力装置。
【請求項８】
前記第４の油圧ポンプは可変容量型のポンプであり、前記開閉弁を開いた状態で、前記第４の油圧ポンプから前記第３の油圧ポンプへ供給される作動油の油圧と前記低油圧配管内の油圧との差圧を調整することで、油圧モータとして駆動するときの前記第３の油圧ポンプの回転を制御する、請求項７に記載の動力装置。
【請求項９】
前記過給機により圧縮された空気と、前記圧縮機により圧縮された排気とが混合された混合気体を貯留し、前記ディーゼルエンジンに供給する吸気マニホールドをさらに備え、
前記第１の油圧モータの回転数は、前記吸気マニホールド内の酸素濃度に応じて調整される、請求項２又は７に記載の動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載されるガス焚きディーゼルエンジンを駆動する動力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際海事機構（ＩＭＯ）で採択され、発効された海洋汚染防止条約（マルポール条約）の２００５年に発効された附属書ＶＩにおいて、出力１３０ｋＷ以上のディーゼルエンジンの大気汚染防止の要件（ＮＯｘ排出量、ＳＯｘ排出量、ＣＯ２排出量等）が定められている。この規約は附属書の発効後５年ごとに強化されることが計画されており、２０１１年からの第２次規制（ＴｉｅｒＩＩ）が、２０１６年からの第３次規制（ＩＭＯ  ＴｉｅｒＩＩＩ）が採択されている。
ＴｉｅｒＩＩＩでは、エンジンの回転数毎に排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が規制されている。その規制値はエンジンの１分間当たりの定格回転数（ｒｐｍ）の関数として定められ、低速回転のエンジンの規制値は高くなる。
【０００３】
一般に、ＮＯｘの排出量は窒素と酸素の反応速度により決定される。反応速度が大きい場合にはＮＯｘ排出量が大きくなる。温度が上昇すると反応速度が増加するため、エンジンの燃焼温度を低下させることでＮＯｘ排出量を削減できる。
このため、エンジンの排気の一部を回収して吸気に取り込んで燃焼室へ供給することで、圧縮空気の比率を低下させ、それにより吸気中の酸素濃度を低下させ、燃焼速度を低下させることによるエンジン運転時のＮＯｘ排出量を低下させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＣＯ２排出量を削減するために、ＣＯ２排出量の少ない天然ガスが低速ディーゼルエンジンの燃料として注目されている。低速ディーゼルエンジンの燃焼室に高圧の天然ガス（燃料ガス）を噴射して燃焼させることで、高熱効率で高出力が得られる。天然ガスを高圧にして低速ディーゼルエンジンの燃焼室に噴射するために、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という）を昇圧してから加熱し、気化させることが考えられる。具体的には、タンクに貯留されたＬＮＧを液体ポンプにより昇圧し、昇圧されたＬＮＧを気化器により加熱し、気化させてから低速ディーゼルエンジンの燃焼室に噴射する（例えば、特許文献２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４７０５６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７７３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンの排気は、燃焼室内での燃焼反応により、吸気よりも高温となっている。この高温の排気の一部をそのまま吸気に取り込むと、燃焼温度が上昇し、ＮＯｘ排出量が増大するおそれがある。このため、回収した排気を冷却した後に吸気に取り込んで燃焼室へ供給する必要がある。この排気の熱エネルギーは、これまで有効に活用できておらず、無駄になっていた。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ディーゼルエンジンの排気のエネルギーを効率的に回収し、回収したエネルギーを有効に利用することができる動力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、
ディーゼルエンジンと、
ディーゼルエンジンに連動して昇圧される作動油を含む油圧配管と、
ディーゼルエンジンの排気の一部を圧縮した後、前記ディーゼルエンジンの吸気管に供給する排気再循環装置と、
前記排気の熱を回収する排熱回収装置と、
を備える動力装置であって、
前記排気再循環装置は、前記作動油の油圧により駆動され、前記排気を圧縮する圧縮機を駆動する第１の油圧モータを備え、
前記排熱回収装置は、前記排気の熱により加熱された熱媒体によって回転するタービンにより駆動され、前記作動油の油圧を高める第１の油圧ポンプを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、排気再循環装置により再循環させるディーゼルエンジンの排気の熱を排熱回収装置で回収し、回収した熱により加熱された熱媒体の蒸気によってタービンを回転させ、第１の油圧ポンプを駆動することで得られる油圧を利用して排気を圧縮するため、排気のエネルギーを有効に活用することができる。また、圧縮前に排気を冷却することで、排気を効率よく圧縮することができる。
【０００９】
前記動力装置は、
前記ディーゼルエンジンの排気により駆動され、前記ディーゼルエンジンに供給する空気を圧縮する過給機と、
前記過給機と連結される第２の油圧ポンプを備え、
前記第２の油圧ポンプは、前記過給機を駆動する排気のエネルギーが前記空気を圧縮するのに必要とするエネルギーよりも大きいときに前記作動油の油圧を高め、
前記排気のエネルギーが前記空気を圧縮するのに必要とするエネルギーよりも小さいときに、前記作動油の油圧により駆動され、前記過給機の駆動を補助する油圧ポンプとなる、ことが好ましい。
【００１０】
ディーゼルエンジンの排気により駆動される過給機と連結される第２の油圧ポンプにより、排気のエネルギーが大きいときには油圧のエネルギーとして活用する一方、エンジン出力が小さく排気のエネルギーが小さいときには第２の油圧ポンプを油圧モータとして過給機の駆動に利用することができる。
【００１１】
前記動力装置は、
前記作動油の油圧により駆動され、燃料タンク内の燃料を加圧して前記ディーゼルエンジンに供給する燃料ポンプを駆動する第１の油圧モータをさらに備えることが好ましい。
【００１２】
ディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料ポンプを第１の油圧モータで駆動することで、第１の油圧ポンプや第２の油圧ポンプで得られた油圧のエネルギーを有効に活用することができる。
【００１３】
前記動力装置は、
前記ディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料弁と、
前記燃焼室内の気体を排出する排気弁と、
前記作動油の油圧を利用して、前記燃料弁および前記排気弁の開閉制御を行う油圧制御ユニットと、
を備えることが好ましい。
【００１４】
ディーゼルエンジンの燃料弁、排気弁の開閉制御を油圧制御ユニットで行うことで、第１の油圧ポンプや第２の油圧ポンプで得られた油圧のエネルギーを有効に活用することができる。
【００１５】
（ＶＰＣの更なる限定）
前記排熱回収装置は、
前記排気の熱を回収し液体の熱媒体を昇温させる熱交換器と、
昇温された液体の熱媒体を気体の熱媒体中に噴射することにより気液二相流を生成する二相流ノズルと、
前記気液二相流によって駆動される二相流タービンと、
前記二相流タービンを通過した気液二相流中の気相の熱媒体を凝縮させる凝縮器と、
前記熱交換器、前記二相流ノズル、前記二相流タービン、前記凝縮器の間を環状に接続する冷媒管と、
前記冷媒管の内部で前記熱媒体を循環させる循環ポンプと、
前記作動油の油圧により駆動され、前記循環ポンプを駆動する第２の油圧モータとをさらに備えることが好ましい。
【００１６】
冷媒管内で熱媒体を循環させる循環ポンプを第２の油圧モータで駆動することにより、第１の油圧ポンプや第２の油圧ポンプで得られた油圧のエネルギーを有効に活用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ディーゼルエンジンの排気のエネルギーを効率的に回収し、回収したエネルギーを有効に利用することができ、ひいてはＣＯ２排出量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の動力制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料ガス供給装置１０のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る主機関部２０のブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る排気再循環装置５０および排熱回収装置６０のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る排気エネルギー回収装置７０Ａのブロック図である。
【図６】本発明の変形例に係る排気エネルギー回収装置７０Ｂのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る動力制御装置について説明する。
図１は本実施形態の動力制御装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る動力制御装置は、燃料ガス供給装置１０、主機関部２０、排気再循環装置５０Ａ、排気エネルギー回収装置７０Ａ等を備える。動力制御装置の構成要素は全て船舶に搭載される。
燃料ガス供給装置１０、主機関部２０、排気再循環装置５０Ａ、排気エネルギー回収装置７０Ａには、共通して、高油圧配管１と、低油圧配管２とが用いられている。
本実施形態においては、ディーゼルエンジンの主軸１００と連動して駆動される油圧ポンプ７５により、高油圧配管１の油圧が低油圧配管２よりも高くなるように調整されている。そして、以下に示すように、高油圧配管１の油圧が燃料ガス供給装置１０、排気再循環装置５０を駆動するのに用いられている。
【００２０】
燃料ガス供給装置１０からは配管１７を通じて主機関部２０へ燃料ガスが供給される。燃料ガス供給装置１０では、主機関部２０へ燃料ガスを供給するのに燃料ポンプを用いており、この燃料ポンプを駆動するのに油圧モータ１３を用いている。油圧モータ１３は、高油圧配管１の油圧により駆動される。
主機関部２０は、主機関としてディーゼルエンジンを有し、圧縮した外気とともに燃料ガスをディーゼルエンジンで燃焼させて主軸１００を回転させる。この際、ディーゼルエンジンに燃料ガスを供給するバルブや排気用のバルブは油圧制御ユニット８により制御される。油圧制御ユニット８は、高油圧配管１の油圧により駆動される。
主機関部２０のディーゼルエンジンから排出される排気の一部は排気循環管５１から排気再循環装置５０に供給され、浄化、圧縮された後に排気循環管５３からディーゼルエンジンに供給される。この排気を圧縮する圧縮機を駆動するのに、油圧モータ５６が用いられている。油圧モータ５６は、高油圧配管１の油圧により駆動される。
【００２１】
一方、排熱回収装置６０、排気エネルギー回収装置７０Ａには、高油圧配管１の油圧を高める油圧ポンプ６５、７３Ａが設けられている。
排熱回収装置６０では、排気の熱やディーゼルエンジンの吸気に供給される圧縮空気の熱を利用してタービンを回転させ、タービンの回転力により油圧ポンプ６５を駆動している。油圧ポンプ６５が駆動されることにより、高油圧配管１内の作動油の油圧が高められる。
排気エネルギー回収装置７０Ａでは、主機関部２０の過給機の回転が回転軸４３により油圧ポンプ７３Ａに伝達され、油圧ポンプ７３Ａが駆動されることにより、高油圧配管１内の作動油の油圧が高められる。なお、過給機の回転力が充分ではない場合、油圧ポンプ７３Ａを油圧モータとして利用して過給機の回転を補助することができる。
【００２２】
このように、主機関部２０のディーゼルエンジンから排出される排気のエネルギーを排熱回収装置６０、排気エネルギー回収装置７０Ａにより回収し、油圧として利用することで、回収したエネルギーを有効に利用することができる。
以下、燃料ガス供給装置１０、主機関部２０、排気再循環装置５０、排熱回収装置６０、排気エネルギー回収装置７０Ａの各構成について詳細に説明する。
【００２３】
〔燃料ガス供給装置〕
図２は燃料ガス供給装置１０を示すブロック図である。燃料ガス供給装置１０は、主機関部２０へ液体燃料を気化させた高圧の燃料ガスを供給する装置である。燃料ガス供給装置１０は、液体燃料タンク１１、燃料ポンプ１２、油圧モータ１３、気化器１４、等を備える。
【００２４】
液体燃料タンク１１は、主機関部２０に供給される燃料ガスが気化される前の液体燃料を貯留する。液体燃料として、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）等を用いることができる。以下の説明では、液体燃料としてＬＮＧを用いる場合を例に挙げて説明する。
液体燃料タンク１１内の圧力は、例えば約０．１ＭＰａ（大気圧）である。液体燃料がＬＮＧである場合、その温度は約−１６０℃である。
液体燃料タンク１１の下端は配管１５により燃料ポンプ１２と接続されている。
【００２５】
燃料ポンプ１２は配管１５により液体燃料タンク１１の下端と接続されているとともに、配管１６により気化器１４と接続されている。燃料ポンプ１２は、油圧モータ１３により駆動され、液体燃料タンク１１内の液体燃料を昇圧して気化器１４へ送出する。
燃料ポンプ１２には、例えば、可動部が往復運動を行う形式の往復ポンプを用いることができる。この場合、燃料ポンプ１２を駆動する油圧モータ１３の回転運動は、例えば図示しないクランク機構等により可動部の往復運動に変換される。
燃料ポンプ１２の回転数は、主機関部２０に供給される燃料ガスの圧力が一定となるように制御される。
【００２６】
気化器１４は、燃料ポンプ１２から送出された液体燃料を加熱し気化させる。気化器１４として、例えば、多管円筒形熱交換器（Shell and tube heat exchanger）を用いることができる。熱源として、温水を用いることができる。気化器１４で気化された燃料ガスは、配管１７を通じて図３に示す主機関部２０へ供給される。なお、燃料ポンプ１２が気化した燃料ガスを圧縮して送出する場合には、気化器１４は不要である。
【００２７】
油圧モータ１３は内部の油圧が相対的に高い高油圧配管１と、高油圧配管１内の油圧よりも内部の油圧が低い低油圧配管２とに接続されている。ここで、高油圧配管１および低油圧配管２は、燃料ガス供給装置１０、主機関部２０、排気再循環装置５０、排熱回収装置６０、排気エネルギー回収装置７０Ａに共通して油圧駆動機構の制御に用いられている。油圧モータ１３は高油圧配管１と低油圧配管２との作動油の油圧の差（差圧）を利用して回転運動し、燃料ポンプ１２を駆動する。油圧モータ１３は可変容量型であり、配管１６内の液体燃料の圧力に応じて油圧モータ１３の回転数が調整される。なお、配管１７には、配管１６内の液体燃料の圧力を計測する図示しない圧力計が設けられており、油圧モータ１３の回転数は圧力計の計測結果に基づいて調整される。
【００２８】
〔主機関部〕
図３は主機関部２０を示すブロック図である。主機関部２０は、内燃機関２１、パイロット燃料弁２２、ガス燃料弁２３、ガス制御部２４、吸気マニホールド２５、排気弁２６、排気レシーバ２７、過給機４０、等を備える。
内燃機関２１には、メタノールや天然ガスのような代替燃料を使用するエンジンであり、例えば２ストロークサイクルのシリンダを有する低速ディーゼルエンジンを用いることができる。内燃機関２１は、船舶の動力源となる主軸１００を回転させる。
パイロット燃料弁２２は、内燃機関２１の起動時に内燃機関２１の燃焼室内にパイロット燃料を噴射する燃料弁である。パイロット燃料弁２２の開閉は油圧制御ユニット８により制御される。
ガス燃料弁２３は燃料ガス供給装置１０から供給される燃料ガスを内燃機関２１の燃焼室内に噴射する燃料弁である。ガス燃料弁２３の開閉は油圧制御ユニット８により制御される。
ガス制御部２４は配管１７を通じて燃料ガス供給装置１０から供給される燃料ガスの元弁を有し、ガス燃料弁２３への燃料ガスの供給を制御する。
【００２９】
吸気マニホールド２５は吸気管３１により過給機４０と接続され、吸気管３２により内燃機関２１の燃焼室と接続され、排気循環管５３により図４に示す排気再循環装置５０と接続されている。吸気マニホールド２５は吸気管３１より供給される圧縮空気と、排気循環管５３より供給される排気とを混合し、得られた混合気体を貯留し、吸気管３２より内燃機関２１の燃焼室に供給する。
【００３０】
排気弁２６は、排気管３３により内燃機関２１の燃焼室と接続され、排気管３４により排気レシーバ２７と接続されている。排気弁２６は内燃機関２１の燃焼室内の気体を排出するための弁である。排気弁２６の開閉は油圧制御ユニット８により制御される。
油圧制御ユニット８は、高油圧配管１と低油圧配管２との差圧を利用して、パイロット燃料弁２２、ガス燃料弁２３、および排気弁２６の開閉制御を行う。
排気レシーバ２７は、排気管３４により排気弁２６と接続され、排気管３５により過給機４０と接続されている。排気レシーバ２７には、排気弁２６を通じて内燃機関２１の燃焼室から排出された排気が貯留される。
排気管３５は、排気再循環装置５０と接続される排気循環管５１と分岐して接続されている。排気レシーバ２７から排出される排気の一部は排気循環管５１から図４に示す排気再循環装置５０に供給される。
排気管３５と吸気管３１との間には、排気管３５と吸気管３１とをバイパスするバイパス管３６が設けられている。バイパス管３６には、バイパス弁３７が設けられている。バイパス弁３７の開度は、吸気マニホールド内の圧力に基づいて調整される。
【００３１】
過給機４０は圧縮機４１、タービン４２、回転軸４３を備える。圧縮機４１は吸気管３１に接続されている。圧縮機４１は外気を吸引し、圧縮する。圧縮機４１で圧縮された外気（圧縮空気）は吸気管３１を介して吸気マニホールド２５に供給される。
タービン４２は排気管３５と接続されている。タービン４２は排気管３５から供給される排気により回転させられる。回転軸４３はタービン４２の回転を圧縮機４１に伝達し、圧縮機４１を駆動する。また、回転軸４３は図５に示す排気エネルギー回収装置７０の油圧ポンプ７２と接続されており、タービン４２の回転を油圧ポンプ７２に伝達する。
【００３２】
〔排気再循環装置〕
図４は排気再循環装置５０および排熱回収装置６０を示すブロック図である。排気再循環装置５０は、集塵器５４、圧縮機５５、油圧モータ５６、等を備える。
集塵器５４は排気循環管５１および排気循環管５２と接続されており、排気循環管５１から供給される排気中の環境汚染物質を除去する。例えば、集塵器５４内では、水酸化ナトリウム混合水により、排気中の硫黄酸化物を中和させて除去する。環境汚染物質が除去された排気は排気循環管５２に排出される。
圧縮機５５は排気循環管５２および排気循環管５３と接続されており、排気循環管５２から供給される排気を圧縮する。圧縮された排気は排気循環管５３を介して図３の吸気マニホールド２５に供給される。
油圧モータ５６は高油圧配管１および低油圧配管２に接続されており、高油圧配管１と低油圧配管２との差圧を利用して回転運動し、圧縮機５５を駆動する。油圧モータ５６は可変容量型であり、吸気マニホールド２５内の酸素濃度に応じて油圧モータ５６の回転数が調整される。なお、吸気マニホールド２５には、吸気マニホールド２５内の酸素濃度を計測する図示しない酸素濃度計が設けられており、油圧モータ５６の回転数は酸素濃度計の計測結果に基づいて調整される。
【００３３】
〔低温排熱回収装置〕
低温排熱回収装置（以下、排熱回収装置６０という）は、熱交換器６１、６２、凝縮器６３、二相流タービン６４、油圧ポンプ６５、冷媒管６６、循環ポンプ６７、二相流ノズル６８等を備える。
熱交換器６１、６２、凝縮器６３、二相流タービン６４は環状の冷媒管６６により接続されている。冷媒管６６の内部には、熱媒体が封入されている。熱媒体として、例えば、水よりも沸点が低い有機熱媒体（例えば代替フロン等）を用いることが好ましい。
循環ポンプ６７は冷媒管６６に設けられている。循環ポンプ６７は、環状の冷媒管６６内で熱媒体を、熱交換器６１、熱交換器６２、二相流タービン６４、凝縮器６３の順に循環させる。冷媒管６６内を循環する液体の熱媒体は熱交換器６１、６２で加熱され、二相流ノズル６８を通じて二相流タービン６４に供給される。
二相流ノズル６８は熱交換器６１、６２で加熱された液体の熱媒体を気相の熱媒体中に噴射する。これにより、気液二相の熱媒体が気液二相流（二相流ジェット）として二相流ノズル６８から二相流タービン６４に噴射される。
二相流タービン６４は二相流ノズル６８から噴射された熱媒体の気液二相流を受けて回転し、油圧ポンプ６５を駆動する。二相流タービン６４の回転は、二相流ノズル６８から噴射される気液二相流の流量により調整される。二相流タービン６４を回転させた熱媒体は凝縮器６３で冷却され液化する。
二相流タービン６４および二相流ノズル６８を用いることで、熱媒体を完全に気化させなくても排熱を利用することができる。このため、低温（７０℃〜２５０℃）の熱源からでも排熱を回収することができる。また、気液分離をする必要がないため、気液分離器、熱媒体を予熱する予熱器が不要である。さらに、二相流ノズル６８から噴射される気液二相流の流量を調整することで二相流タービン６４の回転を制御することができるため、二相流タービン６４と油圧ポンプ６５との間に減速機を設ける必要がない。
循環ポンプ６７の動力として、高油圧配管１と低油圧配管２との差圧により駆動する油圧モータを用いてもよい。排熱回収装置６０で回収される熱エネルギーは、排気再循環装置５０で回収する排気の量に依存するため、循環ポンプ６７の出力は圧縮機５５を駆動する油圧モータ５６の出力に応じて制御される。
【００３４】
熱交換器６１は、冷媒管６６と主機関部２０の吸気管３１との間で熱交換を行う装置である。吸気管３１内を通る圧縮空気は圧縮機４１により断熱圧縮されることで高温となっている。この圧縮空気と冷媒管６６内の熱媒体との間で熱交換が行われることで、吸気管３１内の圧縮空気が冷却され、冷媒管６６内の熱媒体が加熱される。
【００３５】
熱交換器６２は、冷媒管６６と排気再循環装置５０の排気循環管５２との間で熱交換を行う装置である。排気循環管５２内を通る排気は高温であり、この排気と冷媒管６６内の熱媒体との間で熱交換が行われることで、排気循環管５２内の排気が冷却され、冷媒管６６内の熱媒体が加熱される。
熱交換器６１、６２には、例えば、多管円筒形熱交換器（Shell and tube heat exchanger）を用いることができる。
【００３６】
凝縮器６３は、冷媒管６６内の熱媒体を冷却し液化させる熱交換器である。凝縮器６３には、例えば、表面復水器を用いることができる。熱媒体の冷却に用いる低温熱媒体として、例えば海水を用いることができる。
【００３７】
タービン６４には、油圧ポンプ６５が接続されている。気化した熱媒体がタービン６４を回転させることで、油圧ポンプ６５が駆動される。
油圧ポンプ６５はタービン６４の回転により駆動され、高油圧配管１と低油圧配管２とに接続されており、油圧ポンプ６５は低油圧配管２から高油圧配管１へ作動油を送出することで高油圧配管１と低油圧配管２との差圧を高める。油圧ポンプ６５は可変容量型であり、タービン６４の回転数に応じて油圧ポンプ６５の回転数が調整される。なお、タービン６４の車室入口側に設けられた図示しないバルブの開度を調節し、タービン６４の車室に流入する熱媒体の流量を調節することにより、タービン翼の回転数を調節することができる。
【００３８】
〔排気エネルギー回収装置〕
排気エネルギー回収装置７０Ａは、減速機７１、回転軸７２、油圧ポンプ７３Ａ、７４、７５、開閉弁７６、逆止弁７７等を備える。
減速機７１は図３の過給機４０の回転軸４３に取り付けられており、回転軸４３の回転速度を変更して回転軸７２へ伝達する。
【００３９】
油圧ポンプ７３Ａは油圧配管３および油圧配管４と接続されている。油圧ポンプ７３Ａは回転軸７２の回転により駆動され、油圧配管４から油圧配管３へ作動油を送出する。
油圧配管３は高油圧配管１に接続されている。油圧配管３には逆止弁７７が設けられている。また、油圧配管３はバイパス配管６を介して低油圧配管２に接続されている。バイパス配管６には開閉弁７６が設けられている。
【００４０】
油圧ポンプ７４は油圧配管４および油圧配管５と接続されており、かつ主軸１００に設けられた変速機１０１と連結されている。油圧配管５は低油圧配管２に接続されている。油圧ポンプ７４は変速機１０１を介して主軸１００の回転によって駆動され、油圧配管５から油圧配管４へ作動油を送出する。油圧ポンプ７４は可変容量型のポンプである。
【００４１】
油圧ポンプ７５は高油圧配管１と低油圧配管２とを接続する油圧配管７に設けられている。油圧ポンプ７５は変速機１０１を介して主軸１００の回転によって駆動され、油圧配管７を介して低油圧配管２から高油圧配管１へ作動油を送出する。油圧ポンプ７５は可変容量型のポンプであり、低油圧配管２と高油圧配管１との差圧に応じて低油圧配管２から高油圧配管１へ作動油の送出量を調節することで、低油圧配管２と高油圧配管１との差圧を一定の範囲に保つ。
【００４２】
ここで、主機関の負荷が小さく、過給機４０の圧縮機４１が必要とするエネルギーに対してタービン４２から得られるエネルギーが小さい場合には、開閉弁７６を開き、油圧ポンプ７４の油圧で油圧ポンプ７３Ａを油圧モータとして作動させ、過給機４０の回転を補助することができる。このとき、油圧モータとしての油圧ポンプ７３Ａの回転は、油圧ポンプ７４により油圧配管４と低油圧配管２との差圧を調整することで制御される。
なお、油圧配管３に逆止弁７７が設けられているため、開閉弁７６が開いていても、高油圧配管１からバイパス配管６へ作動油が逆流することはない。
【００４３】
＜変形例＞
図６は排気エネルギー回収装置の変形例である排気エネルギー回収装置７０Ｂのブロック図である。排気エネルギー回収装置７０Ｂは、減速機７１、回転軸７２、油圧ポンプ７３Ｂ、７５等を備える。なお、排気エネルギー回収装置７０Ａと同様の構成については、説明を割愛する。
本変形例においては、油圧配管３は高油圧配管１と油圧ポンプ７３Ｂとを接続し、油圧配管４は低油圧配管２と油圧ポンプ７３Ｂとを接続している。
油圧ポンプ７３Ｂは回転軸７２の回転により駆動され、油圧配管４から油圧配管３へ作動油を送出する。油圧ポンプ７３Ｂは可変容量型の油圧ポンプであり、油圧ポンプ７３Ｂの斜板を０〜＋１００％の範囲で制御することで容量を変化させることができる。また、斜板を０〜−１００％の範囲で制御することで、油圧ポンプ７３Ｂを可変容量型の油圧モータとして用いることができる。主機関の負荷が小さく、過給機４０の圧縮機４１が必要とするエネルギーに対してタービン４２から得られるエネルギーが小さい場合には、油圧ポンプ７３Ｂを油圧モータとして用いることで、過給機４０の回転を補助することができる。油圧ポンプ７３Ｂの出力は吸気マニホールド２５内の混合気体の圧力に応じて調整される。
【００４４】
本実施形態によれば、内燃機関２１の排気の一部を回収する排気循環管５２の熱を冷媒管６６に伝導させ、この熱を利用してタービン６４を回転させて油圧ポンプ６５を駆動することで得られる油圧を利用して排気循環管５２内の排気を圧縮するため、排気のエネルギーを有効に活用することができる。また、圧縮前に排気を冷却することで、排気を効率よく圧縮することができる。
【００４５】
また、内燃機関２１の排気でタービン４２を回転させ、このエネルギーで吸気管３１に供給する空気を圧縮し、余剰のエネルギーで油圧ポンプ７３Ａを駆動することで油圧のエネルギーとして活用する一方、エンジン出力が小さく排気のエネルギーが小さいときには油圧ポンプ７３Ａを油圧モータとして圧縮機４１の駆動に利用することができる。
【００４６】
さらに、内燃機関２１に燃料を供給する燃料ポンプ１２を油圧モータ１３で駆動することで、油圧ポンプ６５や油圧ポンプ７３Ａで得られた油圧のエネルギーを有効に活用することができる。
【００４７】
また、内燃機関２１のパイロット燃料弁２２、ガス燃料弁２３、排気弁２６の開閉制御を油圧制御ユニット８で行うことで、油圧ポンプ６５や油圧ポンプ７３Ａで得られた油圧のエネルギーを有効に活用することができる。
【００４８】
また、冷媒管６６内で熱媒体を循環させる循環ポンプ６７を油圧モータで駆動することにより、油圧ポンプ６５や油圧ポンプ７３Ａで得られた油圧のエネルギーを有効に活用することができる。
【００４９】
なお、上記説明においては、液体燃料がＬＮＧである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＬＰＧ等の液体燃料を用いてもよい。また、上記説明における油圧配管やバルブ、ポンプ等は一例であり、本発明はこれに限られるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１  高油圧配管
２  低油圧配管
８  油圧制御ユニット
１０  燃料ガス供給装置
１１  燃料タンク
１２  燃料ポンプ
１３  油圧モータ
１４  気化器
１５、１６、１７  配管
２０  主機関部
２１  内燃機関
２２  パイロット燃料弁
２３  ガス燃料弁
２４  ガス制御部
２５  吸気マニホールド
２６  排気弁
２７  排気レシーバ
３１、３２  吸気管
３３、３４、３５  排気管
３６  バイパス管
３７  バイパス弁
４０  過給機
４１  圧縮機
４２  タービン
４３  回転軸
５０  排気再循環装置
５１、５２、５３  排気循環管
５４  集塵器
５５  圧縮機
５６  油圧モータ
６０  排熱回収装置
６１、６２  熱交換器
６３  凝縮器
６４  二相流タービン
６５  油圧ポンプ
６６  冷媒管
６７  循環ポンプ
６８  二相流ノズル
７０Ａ、７０Ｂ  排気エネルギー回収装置
７１  減速機
７２  回転軸
７３Ａ、７３Ｂ、７４、７５  油圧ポンプ
７６  開閉弁
７７  逆止弁
【要約】
【課題】ディーゼルエンジンの排気のエネルギーを効率的に回収し、回収したエネルギーを有効に利用する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気の一部を回収し、排気の熱で加熱された熱媒体で第１のタービンを回転させて第１の油圧ポンプを駆動することで得られる油圧を利用して、回収した排気を圧縮する圧縮機を駆動することで、排気のエネルギーを有効に活用することができる。
【選択図】図４【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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