(57)【要約】【課題】原動機の運転当初から、二相流タービンと発電機を早期に定格運転できる低温熱回収システムを提供すること【解決手段】特定の油圧機構９と、特定の有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、有機媒体を二相流ノズル５１に移送する正規移送ライン１４に、二相流ノズル５１に移送しないで凝縮器７に移送するバイパスライン１４ｂを設け、二相流タービン５２の起動温度条件を満たす場合には、正規移送ライン１４を介して有機媒体を二相流ノズル５１に移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスライン１４ｂを介して有機媒体を凝縮器７に移送するように構成され、特定の油圧機構９の作動により、第１の熱交換器３における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスライン１４ｂを介して有機媒体を凝縮器７に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。【選択図】図１
2016160868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、
前記油圧機構は、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧駆動源と、前記原動機の軸に連結されて前記軸と共に回転する第２の油圧駆動源と、前記第１の油圧駆動源と前記第２の油圧駆動源との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源と、前記第３の油圧駆動源の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源と共に回転する電気駆動源とを備え、
前記有機媒体低温熱回収機構は、過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと、液相の状態で有機媒体ライン内を圧送される有機媒体との間で、熱交換して、前記廃熱ガスから熱回収する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器の出口から正規移送ラインを介して送られる有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを導入して回転する二相流タービンと、該二相流タービンが回転することにより発電する発電機と、前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、該媒体タンクから前記第１の熱交換器に前記正規移送ラインを介して、該有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記有機媒体を二相流ノズルに移送する正規移送ラインに、該二相流ノズル及び二相流タービンに移送しないで前記凝縮器に移送するバイパスラインを設け、
前記二相流タービンの起動温度条件を満たす場合には、正規移送ラインを介して前記有機媒体を二相流ノズルに移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送するように構成され、
前記油圧機構の作動により、前記第１の熱交換器における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。
【請求項２】
過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、
前記油圧機構は、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧駆動源と、前記原動機の軸に連結されて前記軸と共に回転する第２の油圧駆動源と、前記第１の油圧駆動源と前記第２の油圧駆動源との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源と、前記第３の油圧駆動源の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源と共に回転する電気駆動源とを備え、
前記有機媒体低温熱回収機構は、過給機から圧縮して原動機に供給する加圧掃気と液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して前記加圧掃気から熱回収する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器によって前記加圧掃気から熱回収した前記有機媒体を気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを導入して回転する二相流タービンと、該二相流タービンが回転することにより発電する発電機と、前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、該媒体タンクから前記第２の熱交換器に規移送ラインを介して、該有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記有機媒体を二相流ノズルに移送する正規移送ラインに、該二相流ノズル及び二相流タービンに移送しないで前記凝縮器に移送するバイパスラインを設け、
前記二相流タービンの起動温度条件を満たす場合には、正規移送ラインを介して前記有機媒体を二相流ノズルに移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送するように構成され、
前記油圧機構の作動により、前記第２の熱交換器における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。
【請求項３】
過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、
前記油圧機構は、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧駆動源と、前記原動機の軸に連結されて前記軸と共に回転する第２の油圧駆動源と、前記第１の油圧駆動源と前記第２の油圧駆動源との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源と、前記第３の油圧駆動源の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源と共に回転する電気駆動源とを備え、
前記有機媒体低温熱回収機構は、過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して前記廃熱ガスから熱回収する第１の熱交換器と、過給機から圧縮して原動機に供給する加圧掃気と液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して前記加圧掃気から熱回収する第２の熱交換器と、
前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器によって前記廃熱ガス及び前記加圧掃気から熱回収した前記有機媒体を気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを導入して回転する二相流タービンと、該二相流タービンが回転することにより発電する発電機と、前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、該媒体タンクから前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器に正規移送ラインを介して、該有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記有機媒体を二相流ノズルに移送する正規移送ラインに、該二相流ノズル及び二相流タービンに移送しないで前記凝縮器に移送するバイパスラインを設け、
前記二相流タービンの起動温度条件を満たす場合には、正規移送ラインを介して前記有機媒体を二相流ノズルに移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送するように構成され、
前記油圧機構の作動により、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。
【請求項４】
前記循環ポンプから有機媒体を送液する正規移送ラインに第３の熱交換器をさらに備え、
前記原動機に、該原動機からの発熱を吸収する冷却水を通水する冷却配管を設け、
該冷却配管と前記第３の熱交換器の間を冷却水が通水する冷却水配管を設け、
前記第３の熱交換器で、前記原動機の発熱を吸収して温度上昇した冷却水から、前記有機媒体に、熱移動する構成を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低温熱回収システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の低温熱回収システムであって、船舶用に用いられることを特徴とする低温熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温熱回収システムに関し、詳しくは、船舶用の過給機付き原動機から熱回収する低温熱回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
低温熱回収システムとしては、低沸点有機媒体を気化させてタービンを駆動するＯＲＣ（Organic  Rankine  Cycle）発電システムが代表的なシステムであり、船舶への適用も報告されている。このＯＲＣ発電システム例としては、特許文献１、２の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６７２４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３１６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、熱交換器において原動機の掃気から有機媒体に熱回収し、有機媒体を気化させ、その気体のみを蒸気タービンに導入し、発電機で発電している。この手法では、熱交換器から蒸気タービンに至るまでに気液分離器が必要となり、設備コストの上昇をまねく。
【０００５】
特許文献２では、蒸気タービンへ導入する有機媒体を気体のみとするような手法を明確にしており、蒸気タービンの手前の熱交換器として蒸発器を用いている。しかし、蒸発器を用いると、装置が大型化する。
また有機媒体を気化させる必要がある場合、廃熱温度が低い際には有機媒体が十分に気化されず、蒸気タービンの出力が低下する問題があった。
【０００６】
また、特許文献１、２の技術では、熱交換器において、有機媒体との間で熱交換させているが、原動機から過給機を介して送られてくる廃熱ガスの温度が低い場合には、有機媒体の温度が上昇しないので、蒸気タービンに送ることができない。通常、有機媒体の温度が９０℃を超えた状態で蒸気タービンに送られ、発電を行っている。
【０００７】
しかるに、廃熱ガスの温度が上昇せず、有機媒体が９０℃を超えない場合には、有機媒体を蒸気タービンに送らずに、バイパスラインを介して循環させるようにしていた。そのため電力の発生もないのに、移動させるエネルギーが消費されるだけであり、無駄な動力消費となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、原動機の運転当初から、二相流タービンと発電機を早期に定格運転できる低温熱回収システムを提供することにある。
【０００９】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１１】
１．過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、
前記油圧機構は、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧駆動源と、前記原動機の軸に連結されて前記軸と共に回転する第２の油圧駆動源と、前記第１の油圧駆動源と前記第２の油圧駆動源との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源と、前記第３の油圧駆動源の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源と共に回転する電気駆動源とを備え、
前記有機媒体低温熱回収機構は、過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと、液相の状態で有機媒体ライン内を圧送される有機媒体との間で、熱交換して、前記廃熱ガスから熱回収する第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器の出口から有機媒体ラインを介して送られる有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを導入して回転する二相流タービンと、該二相流タービンが回転することにより発電する発電機と、前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、該媒体タンクから前記第１の熱交換器に、前記有機媒体ラインを介して、該有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記有機媒体を二相流ノズルに移送する正規移送ラインに、該二相流ノズル及び二相流タービンに移送しないで前記凝縮器に移送するバイパスラインを設け、
前記二相流タービンの起動温度条件を満たす場合には、正規移送ラインを介して前記有機媒体を二相流ノズルに移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送するように構成され、
前記油圧機構の作動により、前記第１の熱交換器における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。
【００１２】
２．過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、
前記油圧機構は、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧駆動源と、前記原動機の軸に連結されて前記軸と共に回転する第２の油圧駆動源と、前記第１の油圧駆動源と前記第２の油圧駆動源との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源と、前記第３の油圧駆動源の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源と共に回転する電気駆動源とを備え、
前記有機媒体低温熱回収機構は、過給機から圧縮して原動機に供給する加圧掃気と液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して前記加圧掃気から熱回収する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器によって前記加圧掃気から熱回収した前記有機媒体を気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを導入して回転する二相流タービンと、該二相流タービンが回転することにより発電する発電機と、前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、該媒体タンクから前記第２の熱交換器に、前記有機媒体ラインを介して、該有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記有機媒体を二相流ノズルに移送する正規移送ラインに、該二相流ノズル及び二相流タービンに移送しないで前記凝縮器に移送するバイパスラインを設け、
前記二相流タービンの起動温度条件を満たす場合には、正規移送ラインを介して前記有機媒体を二相流ノズルに移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送するように構成され、
前記油圧機構の作動により、前記第２の熱交換器における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。
【００１３】
３．過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構と、からなる低温熱回収システムであり、
前記油圧機構は、前記過給機の回転軸に連結されて前記過給機と共に回転する第１の油圧駆動源と、前記原動機の軸に連結されて前記軸と共に回転する第２の油圧駆動源と、前記第１の油圧駆動源と前記第２の油圧駆動源との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源と、前記第３の油圧駆動源の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源と共に回転する電気駆動源とを備え、
前記有機媒体低温熱回収機構は、過給機付き原動機から排出される廃熱ガスと液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して前記廃熱ガスから熱回収する第１の熱交換器と、過給機から圧縮して原動機に供給する加圧掃気と液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して前記加圧掃気から熱回収する第２の熱交換器と、
前記第１の熱交換器及び第２の熱交換器によって前記廃熱ガス及び前記加圧掃気から熱回収した前記有機媒体を気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズルと、
該二相流ノズルにより生成する気相と液相の二相流ジェットを導入して回転する二相流タービンと、該二相流タービンが回転することにより発電する発電機と、前記二相流タービンから排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器と、該凝縮器で液化した有機媒体を貯留する媒体タンクと、該媒体タンクから前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器に、前記有機媒体ラインを介して、該有機媒体を送液する循環ポンプとを備え、
前記有機媒体を二相流ノズルに移送する正規移送ラインに、該二相流ノズル及び二相流タービンに移送しないで前記凝縮器に移送するバイパスラインを設け、
前記二相流タービンの起動温度条件を満たす場合には、正規移送ラインを介して前記有機媒体を二相流ノズルに移送し、起動温度条件を満たさない場合には、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送するように構成され、
前記油圧機構の作動により、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器における有機媒体温度の上昇速度を上げて、バイパスラインを介して前記有機媒体を前記凝縮器に移送する回数を減少させる構成を有することを特徴とする低温熱回収システム。
【００１４】
４．前記循環ポンプから有機媒体を送液する正規移送ラインに第３の熱交換器をさらに備え、前記原動機に、該原動機からの発熱を吸収する冷却水を通水する冷却配管を設け、該冷却配管と前記第３の熱交換器の間を冷却水が通水する冷却水配管を設け、前記第３の熱交換器で、前記原動機の発熱を吸収して温度上昇した冷却水から、前記有機媒体に、熱移動する構成を有することを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の低温熱回収システム。
【００１５】
５．前記１〜４のいずれかに記載の低温熱回収システムであって、船舶用に用いられることを特徴とする低温熱回収システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、原動機の運転当初から、二相流タービンと発電機を早期に定格運転できる低温熱回収システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の低温熱回収システムの一例を示す説明図
【図２】本発明の低温熱回収システムが備える油圧機構の一例を示すブロック図
【図３】本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図
【図４】本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図
【図５】本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図
【図６】本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図
【図７】本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１９】
本発明の低温熱回収システムは、過給機付き原動機と、該過給機付き原動機の過給機と原動機とをそれぞれ駆動補助する油圧機構と、有機媒体を用いて前記過給機付き原動機から熱を回収する有機媒体低温熱回収機構とからなる。
【００２０】
図１は、船舶に適用される本発明の低温熱回収システムの一例を示す説明図である。
低温熱回収システムを構成する原動機１と過給機２は、油圧機構９によって連結されている。
【００２１】
１．油圧機構
以下、図２に基づき、油圧機構の一例を説明する。
前記過給機２には、該過給機２の回転（ロータ）軸２３に連結されて前記過給機２と共に回転する第１の油圧駆動源９１が設けられている。図示の例では、第１の油圧駆動源９１は固定容量型の油圧ポンプ又は油圧モータが用いられる。
【００２２】
また前記原動機１には、該原動機１の軸（クランク軸）１１に連結されて前記軸１１と共に回転する第２の油圧駆動源９２が設けられている。図示の例では、第２の油圧駆動源９２は固定容量型の油圧モータが用いられる。
【００２３】
９４は、前記第１の油圧駆動源９１と前記第２の油圧駆動源９２との間を流れる油の流量調整を行う可変容量型の第３の油圧駆動源である。９６は、前記第３の油圧駆動源９４の回転軸に連結されて前記第３の油圧駆動源９４と共に回転する電気駆動源である。
前記第１の油圧駆動源９１、前記第２の油圧駆動源９２及び前記第３の油圧駆動源９４は、油圧回路９３（図２参照）に直接又は間接に連結されている。
【００２４】
本発明において船舶用低温熱回収システムが備える油圧機構の一例を図１及び図２を参酌して説明する。
【００２５】
油圧機構９は、過給機２のロータ軸２３に、直接または変速機を介して接続された第１の油圧駆動源９１と、原動機１のクランク軸１１に、直接または変速機を介して接続された第２の油圧駆動源９２とにより構成されている。第１の油圧駆動源９１と第２の油圧駆動源９２とは、油圧回路９３により接続されている。
【００２６】
原動機１の始動を含む低負荷時から中負荷時までは、原動機１のクランク軸１１に連結された第２の油圧駆動源９２が油圧ポンプとして作動し、油圧を発生させる。一方、第３の油圧駆動源９４は容量を変化させ、電気駆動源９６により第３の油圧駆動源９４が油圧ポンプとして作動し、油圧を発生させる。これにより第１の油圧駆動源９１が回転駆動し、過給機２に対して必要な回転力を加勢する。
【００２７】
すなわち、過給機２に連結された第１の油圧駆動源９１を油圧モータとして駆動して、過給機２に対して回転力の加勢を行わせる。
【００２８】
これにより、過給機２は原動機１からの排気により過給機２の回転力が加勢され、これに加えて、第２の油圧駆動源９２、第３の油圧駆動源９４により発生した油圧により、第１の油圧駆動源９１を油圧モータとして回転駆動させることにより、回転軸２３を介して、過給機２の回転力がさらに増速され、原動機１に対してより多くの過給を行なうことができる。
【００２９】
原動機１の負荷が、中負荷領域を過ぎると、原動機１からの廃熱ガス（排気）が、過給機２に必要とされる排気量に対して余剰が生じ始める。このとき、第３の油圧駆動源９４の容量を変化させて、過給機２の回転力により、該回転力を、回転軸２３を介して、第１の油圧駆動源９１に伝え、第１の油圧駆動源９１は、伝えられた回転力により油圧を発生させ、発生させた油圧により、第２の油圧駆動源９２を回転駆動させる。
【００３０】
一方で、第３の油圧駆動源９４は、常用負荷運転近傍までは、電気駆動源９６により回転駆動され続け、第３の油圧駆動源９４から発生した油圧により第２の油圧駆動源９２の回転をさらに加勢する。
【００３１】
すなわち、第１の油圧駆動源９１は、中負荷領域を超えた段階で、油圧ポンプとして作動し、第１の油圧駆動源９１及び第３の油圧駆動源９４で発生した油圧によって第２の油圧駆動源９２の回転を加勢することになる。
【００３２】
原動機１の負荷が常用負荷運転近傍から高負荷の定格負荷運転までは、原動機１の廃熱ガス（排気）が、過給機２に必要とされる排気量に対して、さらに余剰になる。
【００３３】
このとき、第３の油圧駆動源９４は、容量を変化させて、過給機２の回転力で第１の油圧駆動源９１を油圧ポンプとして作動させ、第１の油圧駆動源９１が発生させた油圧により、第２の油圧駆動源９２及び第３の油圧駆動源９４を回転駆動させる。
【００３４】
すなわち、第１の油圧駆動源９１が発生させた油圧は、第２の油圧駆動源９２を回転駆動させることで、軸１１を介して原動機１を補助駆動させ、さらに、第３の油圧駆動源９４を回転駆動させることにより、第３の油圧駆動源９４は油圧モータとして作動し、電気駆動源９６を発電機として回転駆動させる。
【００３５】
油圧回路９３には、第１の油圧駆動源９１、第２の油圧駆動源９２、第３の油圧駆動源９４が接続され、油圧の相互作用によって、原動機１の始動を含む低負荷時から、中負荷時及び常用負荷運転近傍を介して、高負荷の定格負荷運転を早期に実現し、過給機２から排出される廃熱ガス（排気ガス）の早期高温化を実現できる。
【００３６】
さらに詳細に説明すると、過給機２は、タービン２１と圧縮機２２を有し、これらはロータ軸２３で連結されている。原動機１の排気ガスによりタービン２１が回転駆動され、圧縮機２２が回転する。これにより原動機１の給気密度が高められ、原動機出力が向上する。
【００３７】
過給機２のロータ軸２３には、変速機２４が連結され、変速機２４に固定容量型の第１の油圧駆動源９１が連結されている。原動機１の軸１１には、変速機１３が連結され、変速機１３に固定容量型の第２の油圧駆動源９２が連結されている。
【００３８】
上述の２つの油圧駆動源９１、９２は、油圧回路９３の中に組み込まれる。油圧駆動源９１の出力側と油圧駆動源９２の一方のポートは油路１０１により、油圧駆動源９１の入力側と油圧駆動源９２の他方のポートは油路１０２によりそれぞれ接続されている。
【００３９】
２つの油路１０１、１０２の間に、小型の可変容量型の油圧駆動源９４が油路１０３、１０４により接続されている。油路１０３は油圧駆動源９４と油路１０１とを接続し、油路１０４は油圧駆動源９４と油路１０２とを接続する。このように、油圧駆動源９４は、油圧駆動源９１と油圧駆動源９２とにそれぞれ並列に接続されている。
【００４０】
可変容量型の油圧駆動源９４には、電気駆動源９６が連結される。電気駆動源９６は油圧駆動源９４を電動モータとして回転駆動するほか、油圧駆動源９４により回転駆動されて発電機として作動する。
【００４１】
電動モータ９６は、船舶の中央配電装置９７と電気的に接続されて、後述のように、電気駆動源９６がモータとして作動するときは中央配電装置９７から電力を得ると共に、電気駆動源９６が発電機として作動するときは、過給機２の余剰動力を船舶の電力として利用することができる。
【００４２】
上述の油圧駆動源９４の容量可変部の可変機構としては、例えば、斜板式や斜軸式など様々なものがある。原動機１の燃料噴射量を制御するコントローラ９８が配設され、コントローラ９８は、油圧駆動源９４の可変機構部と電気的に接続されてこれを制御し、油圧駆動源９４の容量を変化させる。
【００４３】
２．有機媒体低温熱回収機構
図１の例は、過給機２付き原動機１から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。
【００４４】
本発明の低温熱回収システムは、過給機２付き原動機１から排出される廃熱ガスと、液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して、前記廃熱ガスから熱回収する第１の熱交換器３を備え、前記第１の熱交換器３によって熱回収した前記有機媒体を、気相と液相の二相流に変換させる二相流ノズル５１を備える。本発明の低温熱回収システムは，船舶用に好ましく適用できる。
【００４５】
そして、本発明の低温熱回収システムは、該二相流ノズル５１により生成する気相と液相の二相流ジェットを二相流タービン５２に導入して、該二相流タービン５２を回転して発電する発電機６を備え、前記二相流タービン５２から排出される有機媒体を冷却して液化する凝縮器７を備え、該凝縮器７で液化した有機媒体を貯留する媒体タンク８と、該媒体タンク８から第１の熱交換器３に有機媒体を送液する循環ポンプ１０を備える。循環ポンプ１０の駆動の際に、昇圧補助機能を発揮するため、ブーストポンプ１０ａを設けてもよいし、また、循環ポンプ１０の容量の都合上、ブーストポンプ１０ａを設けてもよい。
【００４６】
第１の熱交換器３は、廃熱回収用の熱交換器であり、過給機２付き原動機（例えばエンジン）１から排出される廃熱ガスを煙突２０に送る過程で、有機媒体により、廃熱ガスから熱回収する。
【００４７】
過給機２は、原動機１から排出される廃熱ガスにより回転するタービン２１と前記原動機１に供給する掃気を圧縮する圧縮機２２とを備えている。
【００４８】
前記有機媒体は、例えば、中低温熱源との熱交換媒体として、代替フロンであるＲ２４５ｆａ、Ｒ１３４ａなどの低沸点の有機媒体を好ましく用いることができる。
【００４９】
前記第１の熱交換器３を出た有機媒体は、液相のままで、タービンユニット５に供給される。タービンユニット５は少なくとも二相流ノズル５１と二相流タービン５２で構成されている。
【００５０】
二相流ノズル５１は、一部が気化し、気相、液相の混合した二相流を生成する。そして、この二相流を二相流ノズル５１の先端から高速で排出する。
【００５１】
この時、二相流ノズル５１内部では、ノズル先端に向かうに従って、ガスのせん断応力が液相を微小液滴に分割し、ガスの運動量を液滴に伝達する。
【００５２】
気相と液相のち密な連成により微小液摘を十分に加速し、二相流ノズル５１の先端出口でガス流速と液滴の流速をそろえることができる。ノズルからの二相流の流速は、エロージョン限界速度に比べて十分低くすることが望ましい。
【００５３】
有機媒体が有する熱エネルギーを有効に運動エネルギーに変換するためには、液滴を可能な限り均一微細化することが望ましい。
【００５４】
また、二相流ノズル５１の先端は、二相流タービン５２のタービン羽根に向かって所定の向きに配置される。
【００５５】
発電機６は、例えば三相誘導発電機を用いた場合、定格回転数（３６００ｒｐｍ）に達すると、図示しない発電機用遮断器が閉じて発電を開始する。発電機６では、二相流ノズル５１により生成する気相と液相の二相流を二相流タービン５２に導入して、該二相流タービン５２を回転して発電する。
【００５６】
本態様では、過給機２付き原動機１から排出される廃熱ガスの低温廃熱を回収し、発電を行うことができる。
【００５７】
本発明において、過給機付き原動機としては、例えば、過給機を備えたディーゼルエンジンやガスエンジンなどを好ましく例示できる。
【００５８】
凝縮器７では、前記二相流タービン５２から排出される有機媒体を冷却して液化する。
【００５９】
該凝縮器７で液化した有機媒体は、媒体タンク８に貯留される。該媒体タンク８内の液化した有機媒体は、循環ポンプ１０によって第１の熱交換器３に移送され、循環使用される。
【００６０】
上記のように、第１の熱交換器３において有機媒体を気化させないことにより、第１の熱交換器３として液相のみを扱い、相変化を伴わない仕様が可能になる。そのため、従来のように第１の熱交換器３として蒸発器または気化器を必要とせず、熱交換器の構成を簡素にできるだけでなく、設備を小型化できる効果が得られる。
【００６１】
更に、有機媒体の一部気化は、タービンユニット５に内蔵される二相流ノズル５１内で行われるため、第１の熱交換器３から二相流ノズル５１までは液相のみであり、従来のように気液分離器を必要とせず、この点でも設備を小型化できる効果が得られる。
【００６２】
また、第１の熱交換器３から二相流ノズル５１まで、有機媒体を液相のまま移送するため、第１の熱交換器３から二相流ノズル５１までの配管の径を細くでき、コスト低下を実現できる。
【００６３】
具体的には、実施例で示したように、従来のように気相の状態で移送する場合に対して、第１の熱交換器３から二相流ノズル５１までの配管の径を、２サイズダウンできる。このことも、設備の小型化に寄与する。特に船舶内の限られたスペースにおいて、設備の小型化は、優れた効果となる。
【００６４】
また、従来は、廃熱温度が低い際に第１の熱交換器において圧力をさげなければ有機媒体が十分に気化されず、タービン出力が低下する問題があったが、上記のように、第１の熱交換器３において有機媒体を気化させないことにより、タービン出力を安定化できる効果が得られる。これにより、廃熱が比較的低温の場合であっても有効に回収することができるため、過給機付原動機が備える多岐に亘る廃熱源に対して、汎用性高く適用できる。
【００６５】
また更に、二相流ジェットにより二相流タービン５２を駆動することにより、タービンブレードのエロージョンを防止できる効果も得られる。
【００６６】
循環ポンプ１０は、エンジン負荷に応じて第１の熱交換器３内で、蒸発が起きない熱媒体圧力を保持するように、 ＶＦＤ（Variable Frequency Driver）により回転数制御される。起動時は、有機媒体の温度が低いため循環ポンプ１０の回転数はゼロとなるようにして、有機媒体の循環はブーストポンフ１０ａによって行なうようにしてもよい。
【００６７】
システム起動時、タービン遮断弁３３は閉じており、バイパス調節弁３５は開いている状態であり、ブーストポンプ１０ａに引き続き、循環ポンプ１０が自動起動し、有機媒体をバイパスライン１４ｂに通して、タービンバイパス運転を開始する。
【００６８】
原動機１から排出された廃熱ガスが第１の熱交換器３を通過する際の温度は、原動機１の負荷に応じて上昇し、それに伴って有機媒体の温度も上昇する。
【００６９】
ここで、前述のとおり油圧機構９の作用により、原動機の負荷を早期に上昇させることができるので、原動機の負荷の上昇に伴う有機媒体の温度も早期に上昇させることができる。
【００７０】
タービンの起動時、第１の熱交換器３から二相流ノズル５１に至る有機媒体の正規移送ライン１４に設けられているタービン遮断弁３３及びタービン調節弁３４は閉じられた状態にあり、バイパスライン１４ｂに設けられているバイパス調節弁３５は開いている状態にある。
【００７１】
二相流タービン５２は有機媒体温度が９０℃以上であることを起動条件として、起動が行われ、起動信号によりタービン遮断弁３３が全開し、バイパス調節弁３５からタービン調節弁３４へ媒体ラインの切り替えが行われる。
【００７２】
上記切り替えが行われ、二相流タービン５２が駆動することにより、発電機６が駆動すると、発電がおこなわれる。二相流タービン５２に接続された発電機６は、例えば三相誘導発電機を用いた場合、定格回転数（３６００ｒｐｍ）に達すると、図示しない発電機用遮断器が閉じて発電を開始する。
【００７３】
二相流タービン５２の通常停止は、タービン調節弁３４からバイパス調節弁３５への流量切り替えが徐々に行われ、低温熱回収システムはバイパスライン１４ｂへの運転モードに移行する。発電出力がゼロになると、発電機用遮断器が開き、同時にタービン遮断弁３３が閉じる。
【００７４】
本発明の低温熱回収システムは、ＶＰＣ（Variable Phase Cycle）発電システムであり、ＶＰＣは、原動機１の運転状況に関わらず、常時停止することができる。また、図示しない冷却海水ポンプは、船体側と併用している場合、ＶＰＣの停止と関係なく停止することはできないが、ＶＰＣ専用の場合、ＶＰＣの停止後に停止させることができる。
【００７５】
図３は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図である。図中、図１と同符号により示される構成については、図１を参照してした説明を援用することができる。
【００７６】
図示の例は、過給機２に備えられた圧縮機２２で圧縮された加圧掃気から熱回収を行う場合の一例を示している。
【００７７】
この実施形態における船舶用低温熱回収システムは、過給機２に備えられた圧縮機２２で圧縮された加圧掃気と、液相の状態で圧送される有機媒体との間で熱交換して、前記加圧掃気から熱回収する第２の熱交換器１５を備えている。
【００７８】
第２の熱交換器１５は、過給機２に備えられた圧縮機２２で圧縮された加圧掃気から余剰熱を有機媒体により回収する熱交換器であり、過給機２の圧縮機２２で圧縮され、原動機１に供給する加圧掃気を有機媒体により冷却し熱回収する。なお、原動機１から排出される排ガスを、例えば、ボイラー４０を用いて、廃熱ガスを利用することも可能である。
【００７９】
図４は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図である。図中、図１及び図３と同符号により示される構成については、図１及び図３を参照してした説明を援用することができる。
【００８０】
図示の例は、過給機２に備えられた圧縮機２２で圧縮された加圧掃気から熱回収を行い、過給機２付き原動機１から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。
【００８１】
図５は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図である。図中、図１と同符号により示される構成については、図１を参照してした説明を援用することができる。
【００８２】
図示の例は、過給機２付き原動機１を冷却する冷却水から廃熱回収を行い、過給機２付き原動機１から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。
【００８３】
原動機１の周囲には、冷却配管１７が設けられ、原動機１からの廃熱は、冷却配管１７内の冷却水に回収される。
【００８４】
該冷却配管１７と第３の熱交換器１６の間に、冷却水が通水する冷却水配管１８を設け、冷却配管１７内の冷却水が通水するように構成されている。
【００８５】
第３の熱交換器１６は、かかる冷却水から、有機媒体に廃熱を回収する。
【００８６】
なお、第３の熱交換器１６により熱回収され冷却された冷却水は、再び冷却配管１７に導入され、原動機１の冷却に寄与する構成にすることも好ましい。
【００８７】
図６は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図である。図中、図１、図３及び図５と同符号により示される構成については、図１、図３及び図５を参照してした説明を援用することができる。
【００８８】
図示の例は、過給機２付き原動機１を冷却する冷却水から廃熱回収を行い、過給機２に備えられた圧縮機２２で圧縮された加圧掃気から余剰熱回収を行う場合の一例を示している。
【００８９】
図７は、本発明の低温熱回収システムの他の例を示す説明図である。図中、図１、図３及び図５と同符号により示される構成については、図１、図３及び図５を参照してした説明を援用することができる。
【００９０】
図示の例は、過給機２付き原動機１を冷却する冷却水から廃熱回収を行い、過給機２に備えられた圧縮機２２で圧縮された加圧掃気から余剰熱回収を行い、さらに過給機２付き原動機１から排出される廃熱ガスから熱回収する場合の一例を示している。
【００９１】
本発明では、発電機６の負荷遮断などの緊急時に、原則、タービン遮断弁３３で正規移送ライン１４の二相流タービン５２への流路を遮断することにより、有機媒体が流入しないように対応している。
【実施例】
【００９２】
以下に、本発明の実施例により、本発明の効果を例証する。
【００９３】
実験１
第１の熱交換器出口での正規移送ライン１４内の有機媒体の状態が１００％液相である場合に、熱交換器出口の正規移送ライン１４内の有機媒体圧力（ＭＰaＡ）、温度（℃）、密度（ｋｇ／ｍ３）、流量（ｋｇ／ｈ）、流速（ｍ／ｓ）、口径（Ａ）は、表１の通りであった。なお、ＭＰaＡは絶対圧を示している。
【００９４】
比較実験１
第１の熱交換器出口での正規移送ライン１４内の有機媒体の状態が１００％気相である場合に、熱交換器出口の正規移送ライン１４内の有機媒体圧力（ＭＰaＡ）、温度（℃）、密度（ｋｇ／ｍ３）、流量（ｋｇ／ｈ）、流速（ｍ／ｓ）、口径（Ａ）は、表１の通りであった。
【００９５】
【表１】
2016160868.tif 000003
【００９６】
表１より、熱交換器出口配管内で、１００％液相のままの場合、１００％気化させる場合と比較して、配管は１５０Ａ（６インチ）から１００Ａ（４インチ）と、２サイズダウンとなり、経済的であることがわかる。
【００９７】
従って、本発明は、第１の熱交換器３、第２の熱交換器１５及び第３の熱交換器１６のいずれにおいても、有機媒体は、液相のままで（液状で）、熱交換媒体として機能する
【００９８】
従って、本発明は、図１〜図７の実施態様のいずれにおいても、油圧機構９の作用により、原動機１や過給機２の動作を油圧機構９がない状態に比べて負荷をより早くかけることができる。この結果、バイパス運転から通常運転への切替をシステム起動から早期に行うことができる。
【符号の説明】
【００９９】
１：原動機
１１：軸(クランク軸)
１３：変速機
２：過給機
２１：タービン
２２：圧縮機
２３：回転軸（ロータ軸）
２４：変速機
３：第１の熱交換器
５：タービンユニット
５１：二相流ノズル
５２：二相流タービン
６：発電機
７：凝縮器
８：媒体タンク
１０：循環ポンプ
１０ａ：ブーストポンプ
１４：正規移送ライン
１４ｂ：バイパスライン
１５：第２の熱交換器
１６：第３の熱交換器
１７：冷却配管
１８：冷却水配管
２０：煙突
３３：タービン遮断弁
３４：タービン調節弁
３５：バイパス調節弁
４０：ボイラー
９：油圧機構
９１：第１の油圧駆動源
９２：第２の油圧駆動源
９３：油圧回路
９４：第３の油圧駆動源
９６：電気駆動源（電動モータ）
９７：中央配電装置
９８：コントローラ
１０１、１０２、１０３、１０４：油路
【図１】
2016160868.tif 000004
【図２】
2016160868.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016160868.tif 000008
【図６】
2016160868.tif 000009
【図７】
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