(57)【要約】【課題】作動媒体を冷却するために凝縮器に供給される媒体中での細菌の増殖を抑制することが可能な熱エネルギー回収システムを提供すること。【解決手段】熱エネルギー回収システムであって、排熱機関（１０）と、蒸発器（２１）、膨張機（２２）、動力回収機（２３）、凝縮器（２４）及び作動媒体ポンプ（２５）を含む熱エネルギー回収装置（２０）と、排熱機関（１０）と熱エネルギー回収装置（２０）との間を熱媒体が循環するように排熱機関（１０）と熱エネルギー回収装置（２０）とを接続する熱媒体循環流路（３０）と、熱媒体を冷却する冷却器（４０）と、熱媒体を排熱機関（１０）へ送る熱媒体ポンプ（５０）と、を備え、熱媒体循環流路（３０）は、排熱機関（１０）、蒸発器（２１）、冷却器（４０）及び凝縮器（２４）をこの順に接続していること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを排出する排熱機関と、
前記排熱機関の排熱を回収する熱エネルギー回収装置であって、作動媒体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機、前記膨張機に接続された動力回収機、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器、及び、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプを含むものと、
前記排熱機関と前記熱エネルギー回収装置との間を熱媒体が循環するように前記排熱機関と前記熱エネルギー回収装置とを接続する熱媒体循環流路と、
前記熱媒体循環流路に設けられており前記熱エネルギー回収装置から流出した熱媒体を冷却する冷却器と、
前記熱媒体循環流路に設けられており前記熱エネルギー回収装置から流出した熱媒体を前記排熱機関へ送る熱媒体ポンプと、を備え、
前記熱媒体循環流路は、前記排熱機関、前記蒸発器、前記冷却器及び前記凝縮器をこの順に接続している、熱エネルギー回収システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記熱エネルギー回収装置から流出した熱媒体が有する熱を回収する第２熱エネルギー回収装置をさらに備える、熱エネルギー回収システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
過給機と、
前記過給器から吐出された過給空気を冷却するエアクーラと、
前記過給機、前記エアクーラ及び前記排熱機関をこの順に接続する吸気流路と、をさらに備え、
前記排熱機関は、エンジンであり、
前記エアクーラは、前記熱媒体循環流路のうち前記熱媒体ポンプと前記排熱機関との間の部位に設けられている、熱エネルギー回収システム。
【請求項４】
請求項３に記載の熱エネルギー回収システムにおいて、
前記熱媒体循環流路のうち前記排熱機関と前記蒸発器との間の部位に設けられており、前記排熱機関の排ガスによって前記熱媒体を加熱する加熱器をさらに備える、熱エネルギー回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギー回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種設備からの排熱を回収する熱エネルギー回収システムが知られている。例えば、特許文献１には、エンジン設備と、エンジン設備の排熱を回収する熱媒体回路と、復水設備と、を備える排熱回収発電システム（熱エネルギー回収システム）が開示されている。
【０００３】
熱媒体回路は、熱媒体を蒸発させる蒸発器と、蒸発器から流出した熱媒体を膨張させる膨張機と、膨張機に接続された発電機と、膨張機から流出した熱媒体を凝縮させる凝縮器と、凝縮器から流出した熱媒体を蒸発器に送るポンプと、蒸発器、膨張機、凝縮器及びポンプを接続する熱媒体循環流路と、を有している。
【０００４】
エンジン設備は、ディーゼルエンジンと、ディーゼルエンジンから排出された排ガスを蒸発器に導く排ガス流路と、を有している。このため、蒸発器では、熱媒体は、排ガスから熱を受けることによって蒸発する。
【０００５】
復水設備は、冷却水を冷却する冷却塔と、凝縮器と冷却塔とを接続する冷却水循環流路と、を有している。このため、凝縮器では、熱媒体は、冷却水に熱を奪われることによって凝縮する。凝縮器から流出した冷却水は、冷却塔で再度冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−９６７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示されるような熱エネルギー回収システムでは、冷却水循環流路を循環する冷却水中において、レジオネラ菌等の細菌が増殖する懸念がある。
【０００８】
本発明の目的は、作動媒体を冷却するために凝縮器に供給される媒体中での細菌の増殖を抑制することが可能な熱エネルギー回収システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する手段として、本発明は、熱エネルギーを排出する排熱機関と、前記排熱機関の排熱を回収する熱エネルギー回収装置であって、作動媒体を蒸発させる蒸発器、前記蒸発器から流出した作動媒体を膨張させる膨張機、前記膨張機に接続された動力回収機、前記膨張機から流出した作動媒体を凝縮させる凝縮器、及び、前記凝縮器から流出した作動媒体を前記蒸発器へ送る作動媒体ポンプを含むものと、前記排熱機関と前記熱エネルギー回収装置との間を熱媒体が循環するように前記排熱機関と前記熱エネルギー回収装置とを接続する熱媒体循環流路と、前記熱媒体循環流路に設けられており前記熱エネルギー回収装置から流出した熱媒体を冷却する冷却器と、前記熱媒体循環流路に設けられており前記熱エネルギー回収装置から流出した熱媒体を前記排熱機関へ送る熱媒体ポンプと、を備え、前記熱媒体循環流路は、前記排熱機関、前記蒸発器、前記冷却器及び前記凝縮器をこの順に接続している、熱エネルギー回収システムを提供する。
【００１０】
本熱エネルギー回収システムでは、排熱機関と熱エネルギー回収装置とを接続する熱媒体循環流路を熱媒体が循環するので、つまり、熱媒体循環流路のうち排熱機関と蒸発器との間において熱媒体が高温に維持される状態と熱媒体循環流路のうち冷却器と凝縮器との間において熱媒体が低温に維持される状態とが繰り返されるので、熱媒体中における細菌が死滅しやすく、これにより細菌の増殖が抑制される。
【００１１】
この場合において、前記熱エネルギー回収装置から流出した熱媒体が有する熱を回収する第２熱エネルギー回収装置をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、熱媒体循環流路のうち上流側に配置された熱エネルギー回収装置で回収しきれなかった熱媒体の熱エネルギーが、第２熱エネルギー回収装置によって有効に回収される。
【００１３】
また、前記熱エネルギー回収システムにおいて、過給機と、前記過給器から吐出された過給空気を冷却するエアクーラと、前記過給機、前記エアクーラ及び前記排熱機関をこの順に接続する吸気流路と、をさらに備え、前記排熱機関は、エンジンであり、前記エアクーラは、前記熱媒体循環流路のうち前記熱媒体ポンプと前記排熱機関との間の部位に設けられていることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、エンジンの排熱が熱エネルギー回収装置で有効に回収され、しかも、エアクーラでは、熱媒体によって過給空気が冷却されるので、過給空気を冷却するための専用の冷却媒体が不要となる。
【００１５】
この場合において、前記熱媒体循環流路のうち前記排熱機関と前記蒸発器との間の部位に設けられており、前記排熱機関の排ガスによって前記熱媒体を加熱する加熱器をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、エンジンの排熱がより有効に回収される。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、作動媒体を冷却するために凝縮器に供給される媒体中での細菌の増殖を抑制することが可能な熱エネルギー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】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の熱エネルギー回収システムの構成の概略を示す図である。
【図２】図１に示される熱エネルギー回収システムの変形例の構成の概略を示す図である。
【図３】図１に示される熱エネルギー回収システムの変形例の構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態の熱エネルギー回収システムについて、図１を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示されるように、本熱エネルギー回収システムは、排熱機関１０と、熱エネルギー回収装置２０と、熱媒体循環流路３０と、冷却器４０と、熱媒体ポンプ５０と、を備えている。
【００２１】
排熱機関１０は、熱を排出する。本実施形態では、排熱機関１０として、エンジンが用いられている。ただし、排熱機関１０として、焼却炉等が用いられてもよい。なお、熱エネルギー回収装置２０が船舶に搭載される場合、排熱機関１０として、船舶用エンジンが用いられる。
【００２２】
排熱機関１０には、過給機１３から過給空気が供給される。過給機１３は、圧縮機１１と、この圧縮機１１に接続されたタービン１２と、を有する。圧縮機１１で圧縮された過給空気は、吸気流路１５を通じて排熱機関（本実施形態ではエンジン）１０に供給される前にエアクーラ１４に供給される。
【００２３】
エアクーラ１４は、吸気流路１５のうち圧縮機１１と排熱機関１０との間の部位に設けられている。エアクーラ１４は、圧縮機１１から吐出された過給空気と熱媒体とを熱交換させることによって過給空気を冷却する。前記熱媒体は、熱媒体循環流路３０を通じてエアクーラ１４に供給される。エアクーラ１４から流出した過給空気は、吸気流路１５を通じて排熱機関１０に供給される。
【００２４】
排熱機関１０から流出した排ガスは、排気流路１６を通じてタービン１２に供給される。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る。このタービン１２の駆動力により圧縮機１１が駆動される。
【００２５】
熱エネルギー回収装置２０は、排熱機関１０の排熱を回収する。具体的に、熱エネルギー回収装置２０は、蒸発器２１と、膨張機２２と、動力回収機２３と、凝縮器２４と、作動媒体ポンプ２５と、蒸発器２１、膨張機２２、凝縮器２４及び作動媒体ポンプ２５をこの順に直列に接続する作動媒体循環流路２６と、を有している。
【００２６】
蒸発器２１は、排熱機関１０から回収した熱を有する熱媒体と液相の作動媒体とを熱交換させることによって作動媒体を蒸発させる。
【００２７】
膨張機２２は、作動媒体循環流路２６のうち蒸発器２１の下流側の部位に設けられている。本実施形態では、膨張機２２として、蒸発器２１から流出した気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動される一対のスクリュロータを有する容積式のスクリュー膨張機が用いられている。
【００２８】
動力回収機２３は、膨張機２２に接続されている。本実施形態では、動力回収機２３として発電機が用いられている。この動力回収機２３は、膨張機２２の一対のスクリュロータのうちの一方のスクリュロータに接続された回転軸を有している。動力回収機２３は、前記回転軸が前記スクリュロータの回転に伴って回転することにより電力を発生させる。なお、動力回収機２３として、圧縮機等が用いられてもよい。
【００２９】
凝縮器２４は、作動媒体循環流路２６のうち膨張機２２の下流側の部位に設けられている。凝縮器２４は、作動媒体を熱媒体で冷却することにより凝縮（液化）させる。
【００３０】
作動媒体ポンプ２５は、作動媒体循環流路２６における凝縮器２４の下流側の部位（凝縮器２４と蒸発器２１との間の部位）に設けられている。作動媒体ポンプ２５は、凝縮器２４から流出した液相の作動媒体を所定の圧力まで加圧して蒸発器２１に送る。作動媒体ポンプ２５として、遠心ポンプや、ギアポンプ等が用いられる。
【００３１】
熱媒体循環流路３０は、排熱機関１０と熱エネルギー回収装置２０との間を熱媒体が循環するように排熱機関１０と熱エネルギー回収装置２０とを接続する。具体的に、熱媒体循環流路３０は、排熱機関１０、蒸発器２１、冷却器４０、凝縮器２４及び熱媒体ポンプ５０をこの順に接続している。本実施形態では、熱媒体として、水が用いられている。ただし、熱媒体として、シリコン等が用いられてもよい。
【００３２】
本実施形態では、熱媒体循環流路３０のうち排熱機関１０と蒸発器２１との間の部位には、加熱器１７が設けられている。加熱器１７は、排気流路１６にも接続されている。このため、排熱機関１０から流出した熱媒体は、排熱機関１０から流出した排ガスによって加熱される。また、熱媒体循環流路３０のうち加熱器１７と蒸発器２１との間の部位には、別の加熱器１８が設けられている。別の加熱器１８は、加熱器１７から流出した熱媒体を加熱媒体（余剰蒸気等）によって加熱する。本実施形態では、別の加熱器１８から流出した熱媒体（水）は、１００℃〜１２０℃の加圧熱水である。
【００３３】
冷却器４０は、熱媒体循環流路３０のうち蒸発器２１と凝縮器２４との間の部位に設けられている。冷却器４０は、蒸発器２１から流出した熱媒体と冷却媒体とを熱交換させることによって熱媒体を冷却する。本実施形態では、冷却器４０から流出した熱媒体（水）の温度は、約３５℃である。
【００３４】
熱媒体ポンプ５０は、熱媒体循環流路３０のうち凝縮器２４とエアクーラ１４との間の部位に設けられている。
【００３５】
続いて、以上に説明した熱エネルギー回収システムにおいて、熱媒体循環流路３０を循環する熱媒体の挙動ないし作用について説明する。熱媒体ポンプ５０から吐出された熱媒体は、エアクーラ１４において過給空気を冷却した後、排熱機関１０において当該排熱機関１０の排熱を回収する。本実施形態では、排熱機関１０から流出した熱媒体の温度は、約９０℃〜１００℃である。その後、熱媒体は、加熱器１７及び別の加熱器１８によって加熱される。別の加熱器１８から流出した熱媒体は、上述のように、１００℃〜１２０℃の加圧熱水である。このため、熱媒体中における細菌（レジオネラ菌等）の増殖が抑制される、あるいは、熱媒体中における細菌が死滅する。
【００３６】
別の加熱器１８から流出した熱媒体（本実施形態では加圧熱水）は、蒸発器２１において作動媒体と熱交換する（作動媒体に熱を与える）。これにより、作動媒体は蒸発する。蒸発器２１から流出した熱媒体は、冷却器４０において冷却媒体で冷却される。本実施形態では、冷却器４０から流出した熱媒体の温度は、上述のように、約３５℃である。このため、熱媒体中における細菌（好熱菌等）の増殖が抑制される、あるいは、熱媒体中における細菌が死滅する。
【００３７】
以上のように、本熱エネルギー回収システムでは、排熱機関１０と熱エネルギー回収装置２０とを接続する熱媒体循環流路３０を熱媒体が循環する。つまり、熱媒体循環流路３０のうち排熱機関１０と蒸発器２１との間において熱媒体が高温に維持される状態と熱媒体循環流路３０のうち冷却器４０と凝縮器２４との間において熱媒体が低温に維持される状態とが繰り返される。よって、作動媒体を冷却するために凝縮器２４に供給される熱媒体中における細菌が死滅しやすく、これにより熱媒体中における細菌の増殖が抑制される。
【００３８】
また、本実施形態では、エアクーラ１４において、過給空気が熱媒体によって冷却されるので、過給空気を冷却するための専用の冷却媒体が不要となる。
【００３９】
また、本実施形態では、排熱機関１０から流出した熱媒体を加熱する加熱器１７，１８を有しているので、当該熱媒体の有する熱が熱エネルギー回収装置２０で有効に回収され、しかも、熱媒体循環流路３０のうち別の加熱器１８と蒸発器２１との間、すなわち、熱媒体が高温に維持される領域における細菌の増殖がより確実に抑制される。
【００４０】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した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。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、熱媒体循環流路３０に単一の熱エネルギー回収装置２０が設けられた例が示されたが、図２及び図３に示されるように、熱エネルギー回収システムは、複数の熱エネルギー回収装置２０を有していてもよい。
【００４２】
図２に示される熱エネルギー回収システムは、４つの熱エネルギー回収装置２０（２０Ａ〜２０Ｄ）を有している。具体的に、４つの熱エネルギー回収装置２０うちの２つの熱エネルギー回収装置２０Ａ，２０Ｂは、熱媒体循環流路３０のうち別の加熱器１８及び冷却器４０間において、互いに並列となるように接続されている。４つの熱エネルギー回収装置２０うちの残りの２つの熱エネルギー回収装置２０Ｃ，２０Ｄも、熱媒体循環流路３０のうち別の加熱器１８及び冷却器４０間において、互いに並列となるように接続されている。熱エネルギー回収装置２０Ｃは、熱エネルギー回収装置２０Ａに対して直列となるように熱媒体循環流路３０のうち熱エネルギー回収装置２０Ａの下流側の部位に設けられており、熱エネルギー回収装置２０Ｄは、熱エネルギー回収装置２０Ｃに対して直列となるように熱媒体循環流路３０のうち熱エネルギー回収装置２０Ｃの下流側の部位に設けられている。すなわち、この熱エネルギー回収システムでは、各熱エネルギー回収装置２０Ｃ，２０Ｄは、それぞれ、熱エネルギー回収装置２０Ａ，２０Ｂから流出した熱媒体が有する熱を回収する「第２熱エネルギー回収装置」を構成する。また、熱媒体循環流路３０のうち熱エネルギー回収装置２０Ｃの凝縮器と熱エネルギー回収装置２０Ａの凝縮器との間の部位には、熱媒体を冷却するための冷却器４１が設けられている。同様に、熱媒体循環流路３０のうち熱エネルギー回収装置２０Ｄの凝縮器と熱エネルギー回収装置２０Ｂの凝縮器との間の部位には、熱媒体を冷却するための冷却器４２が設けられている。この図２に示される熱エネルギー回収システムでは、熱エネルギー回収装置２０Ａ，２０Ｂの各蒸発器には、熱媒体として加圧熱水が流入し、熱エネルギー回収装置２０Ｃ，２０Ｄの各蒸発器には、熱媒体として温水が流入する。
【００４３】
図３に示される熱エネルギー回収システムは、３つの熱エネルギー回収装置２０（２０Ｅ〜２０Ｇ）を有している。具体的に、３つの熱エネルギー回収装置２０のうちの２つの熱エネルギー回収装置２０Ｅ，２０Ｆは、熱媒体循環流路３０のうち別の加熱器１８及び冷却器４０間において、互いに並列となるように接続されている。３つの熱エネルギー回収装置２０のうちの残りの１つの熱エネルギー回収装置２０Ｇは、熱媒体循環流路３０において各熱エネルギー回収装置２０Ｅ，２０Ｆの下流側にこれら熱エネルギー回収装置２０Ｅ，２０Ｆに対して直列となるように接続されている。すなわち、この熱エネルギー回収システムでは、熱エネルギー回収装置２０Ｇは、熱エネルギー回収装置２０Ｅ，２０Ｆから流出した熱媒体が有する熱を回収する「第２熱エネルギー回収装置」を構成する。また、熱媒体循環流路３０のうち熱エネルギー回収装置２０Ｇの凝縮器と熱エネルギー回収装置２０Ｅ，２０Ｆの各凝縮器との間の部位には、熱媒体を冷却するための冷却器４３が設けられている。この図３に示される熱エネルギー回収システムでは、熱エネルギー回収装置２０Ｅ，２０Ｆの各蒸発器には、熱媒体として加圧熱水が流入し、熱エネルギー回収装置２０Ｇの蒸発器には、熱媒体として温水が流入する。
【００４４】
また、熱媒体循環流路３０のうち熱媒体ポンプ５０が設けられる部位は、上記実施形態の例に限られない。熱媒体ポンプ５０は、熱媒体循環流路３０のうち熱媒体が液相として存在する任意の部位に設けられることが可能である。よって、上記実施形態のように、熱媒体循環流路３０内を熱媒体が常に液相で循環する場合、熱媒体ポンプ５０は、熱媒体循環流路３０のうちの任意の部位に設けられることが可能である。ただし、熱媒体循環流路３０において比較的低温の熱媒体が存在する部位（蒸発器２１と冷却器４０との間の部位や、冷却器４０と凝縮器２４との間の部位）に熱媒体ポンプ５０が設けられることにより、熱媒体ポンプ５０が過熱された状態となることが回避される。
【符号の説明】
【００４５】
１０    排熱機関（エンジン）
１３    過給機
１４    エアクーラ
１５    給気流路
１７    加熱器
２０    熱エネルギー回収装置
２１    蒸発器
２２    膨張機
２３    動力回収機
２４    凝縮器
２５    作動媒体ポンプ
２６    循環流路
３０    熱媒体循環流路
４０    冷却器
５０    熱媒体ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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