阅读说明：本技术 热能回收装置 (heat energy recovery device ) 是由 足立成人 成川裕 西村和真 荒平一也 于 2019-05-24 设计创作，主要内容包括：目的是提供一种能够在避免在增压空气中产生的压力损失的增大的同时从增压空气将热回收的热能回收装置。一种热能回收装置(1),具备蒸发部(10)、蒸发部收容部(18)、冷却部(20)、冷却部收容部(28)、膨胀机(30)、动力回收机(32)、冷凝器(34)和循环泵(36)；蒸发部(10)具有动作介质传热管(12)和多个蒸发部翅片(14)；冷却部(20)具有冷却介质传热管(22)和多个冷却部翅片(24)；冷却部收容部(28)与蒸发部收容部(18)连接；关于宽度方向的蒸发部收容部(18)的尺寸与关于宽度方向的冷却部收容部(28)的尺寸相互相同,各蒸发部翅片(14)间的尺寸与各冷却部翅片(24)间的尺寸相互相同。(It is an object to provide a thermal energy recovery device capable of recovering heat from charge air while avoiding an increase in pressure loss generated in the charge air. A thermal energy recovery device (1) is provided with an evaporation unit (10), an evaporation unit housing unit (18), a cooling unit (20), a cooling unit housing unit (28), an expander (30), a power recovery machine (32), a condenser (34), and a circulation pump (36); the evaporation unit (10) has a working medium heat transfer pipe (12) and a plurality of evaporation unit fins (14); the cooling unit (20) has a cooling medium heat transfer pipe (22) and a plurality of cooling unit fins (24); the cooling part accommodating part (28) is connected with the evaporation part accommodating part (18); the size of the evaporation section housing section (18) in the width direction and the size of the cooling section housing section (28) in the width direction are the same, and the size between the evaporation section fins (14) and the size between the cooling section fins (24) are the same.)

热能回收装置

技术领域

本发明涉及热能回收装置。

背景技术

以往，已知有将从增压器向发动机供给的增压空气的热回收的热能回收装置。例如，在专利文献1中，公开了包括经由动作介质将增压空气的热回收的排热回收装置（热能回收装置）的船舶。该船舶具备发动机、具有涡轮及压缩机的增压器、前述排热回收装置和气体冷却器。排热回收装置包括使增压空气与动作介质热交换的加热器、由在加热器中动作介质从增压空气接受的热能生成动力的膨胀机、以及与该膨胀机连接的发电机。加热器设置在将压缩机与发动机连接的供气线路中。气体冷却器设置在供气线路中的加热器的下游侧的部位，将从加热器流出的增压空气冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－200181号公报。

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1所记载的船舶中，虽然从增压器向发动机供给的增压空气的热被排热回收装置有效地回收，但由于在供气线路中的气体冷却器的上游侧设置有加热器，所以与没有设置该加热器的情况相比在增压空气中产生的压力损失变大。

本发明的目的是提供一种能够在避免在增压空气中产生的压力损失的增大的同时从增压空气将热回收的热能回收装置。

用来解决课题的手段

为了达成前述目的，有关本发明的热能回收装置具备：蒸发部，设置在用来将从增压器喷出的增压空气向发动机供给的供气线路中，借助使前述增压空气与动作介质热交换，使前述动作介质蒸发；蒸发部收容部，以能够进行前述增压空气与前述蒸发部的热接触的方式收容前述蒸发部；冷却部，设置在前述供气线路中的前述蒸发部的下游侧的部位，借助使通过前述蒸发部后的增压空气与冷却介质热交换，将前述增压空气冷却；冷却部收容部，以能够进行通过前述蒸发部后的增压空气与前述冷却部的热接触的方式收容前述冷却部；膨胀机，使从前述蒸发部流出的动作介质膨胀；动力回收机，与前述膨胀机连接；冷凝器，使从前述膨胀机流出的动作介质冷凝；以及循环泵，将从前述冷凝器流出的动作介质向前述蒸发部输送。前述蒸发部具有：动作介质传热管，前述动作介质在所述动作介质传热管中流动；多个蒸发部翅片，以沿着前述动作介质传热管的长度方向相互离开间隔的状态设置在前述动作介质传热管，并且形成为平板状。前述冷却部具有：冷却介质传热管，前述冷却介质在所述冷却介质传热管中流动；以及多个冷却部翅片，以沿着前述冷却介质传热管的长度方向相互离开间隔的状态设置在前述冷却介质传热管，并且形成为平板状。前述冷却部收容部与前述蒸发部收容部连接，以使该冷却部收容部内与前述蒸发部收容部内相互连通；关于作为前述多个蒸发部翅片排列的方向的宽度方向的前述蒸发部收容部的尺寸与关于前述宽度方向的前述冷却部收容部的尺寸相互相同；各蒸发部翅片间的尺寸与各冷却部翅片间的尺寸相互相同。

在本热能回收装置中，由于蒸发部收容部内与冷却部收容部内相互连通，并且各收容部的关于宽度方向的尺寸相同，并且各蒸发部翅片间的尺寸与各冷却部翅片间的尺寸相互相同，所以减小了增压空气在各收容部内流动时的阻力。由此，兼顾了在向发动机供给的增压空气中产生的压力损失的增大的避免和增压空气的热的有效的回收。

在此情况下，前述动作介质传热管也可以在前述蒸发部收容部内以蜿蜒的方式配置。此外，各蒸发部翅片也可以形成为从前述动作介质传热管中的关于前述增压空气流动的方向配置在最上游侧的管部延伸到配置在最下游侧的管部的板状。此外，前述冷却介质传热管也可以在前述冷却部收容部内以蜿蜒的方式配置。此外，各冷却部翅片也可以形成为从前述冷却介质传热管中的关于前述增压空气流动的方向配置在最上游侧的管部延伸到配置在最下游侧的管部的板状。

在该技术方案中，更加减小了在增压空气中产生的压力损失。

进而，也可以是，前述蒸发部翅片的数量与前述冷却部翅片的数量相互相同，并且各蒸发部翅片和各冷却部翅片分别设置在同一平面上。

如果这样，则进一步减小了在增压空气中产生的压力损失。

此外，在前述热能回收装置中，也可以还具备连结部件，所述连结部件将各蒸发部翅片和各冷却部翅片中的存在于同一平面上的蒸发部翅片和冷却部翅片彼此连结。在此情况下，各连结部件也可以具有将从相互邻接的蒸发部翅片间的空间朝向关于前述增压空气流动的方向位于前述空间的下游侧的前述冷却部翅片间的空间的流路从邻接于该流路的流路遮断的形状，并且由具有热绝缘性的材料构成。

如果这样，则由于将形成在各翅片（fin）间的一个流路从其相邻的流路遮断，所以进一步减小了在增压空气中产生的压力损失。此外，由于各连结部件由具有热绝缘性的材料构成，所以抑制了冷却介质的冷能经由冷却部翅片、连结部件及蒸发部翅片传递给在动作介质传热管内流动的动作介质从而该动作介质被冷却的情况，即，抑制了动力回收机中的动力回收量减少的情况。

此外，前述蒸发部收容部及前述冷却部收容部也可以一体地形成。

如果这样，则省略了将两个收容部彼此连接的作业。

此外，在前述热能回收装置中，也可以还具备对前述冷却介质的流动进行调整的调整部。在此情况下，前述冷却介质传热管也可以具有：第1冷却管，前述冷却介质的一部分在所述第1冷却管中流动；以及第2冷却管，前述冷却介质的其余部在所述第2冷却管中流动。此外，前述多个冷却部翅片也可以具有：多个第1冷却翅片，设置在前述第1冷却管；以及多个第2冷却翅片，设置在前述第2冷却管。此外，前述调整部也可以在进行前述蒸发部中的前述动作介质与前述增压空气的热交换的期间中，设为前述冷却介质仅向前述第1冷却管流动的第1状态，当接收到表示使前述蒸发部中的前述动作介质与前述增压空气的热交换停止的停止信号时，从前述第1状态切换为前述冷却介质向前述第1冷却管及前述第2冷却管这两者流动的第2状态。

在该技术方案中，在进行蒸发部中的动作介质与增压空气的热交换的期间中（稳态运转时），由在动作介质传热管中流动的动作介质和在第1冷却管中流动的冷却介质将增压空气有效地冷却，在前述热交换的停止时（例如循环泵的停止时），由在第1冷却管中流动的冷却介质及在第2冷却管中流动的冷却介质这两者将增压空气有效地冷却。

进而，前述第2冷却管也可以配置在前述动作介质传热管中的关于前述增压空气流动的方向相互邻接的管部间。在此情况下，各第2冷却翅片也可以从各第1冷却翅片离开间隔并且与各蒸发部翅片连接。

如果这样，则抑制了在稳态运转时的用第1冷却管的增压空气的冷却中冷却介质的冷能经由第2冷却翅片及蒸发部翅片传递给在动作介质传热管内流动的动作介质从而该动作介质被冷却，即，抑制了动力回收机中的动力回收量减少，并且使蒸发部翅片和第2冷却翅片的制造简单化。

此外，有关本发明的热能回收装置具备：蒸发部，设置在用来将从增压器喷出的增压空气向发动机供给的供气线路中，借助使前述增压空气与动作介质热交换，使前述动作介质蒸发；蒸发部收容部，以能够进行前述增压空气与前述蒸发部的热接触的方式收容前述蒸发部；冷却部，设置在前述供气线路中的前述蒸发部的下游侧的部位，借助使通过前述蒸发部后的增压空气与冷却介质热交换，将前述增压空气冷却；冷却部收容部，以能够进行通过前述蒸发部后的增压空气与前述冷却部的热接触的方式收容前述冷却部；膨胀机，使从前述蒸发部流出的动作介质膨胀；动力回收机，与前述膨胀机连接；冷凝器，使从前述膨胀机流出的动作介质冷凝；循环泵，将从前述冷凝器流出的动作介质向前述蒸发部输送；以及调整部，对前述冷却介质的流动进行调整。前述冷却部具有：第1冷却管，前述冷却介质的一部分在所述第1冷却管中流动；以及第2冷却管，前述冷却介质的其余部在所述第2冷却管中流动。前述调整部在进行前述蒸发部中的前述动作介质与前述增压空气的热交换的期间中，设为前述冷却介质仅向前述第1冷却管流动的第1状态，当接收到表示使前述蒸发部中的前述动作介质与前述增压空气的热交换停止的停止信号时，从前述第1状态切换为前述冷却介质向前述第1冷却管及前述第2冷却管这两者流动的第2状态。

发明效果

如以上这样，根据本发明，能够提供一种能够在避免在增压空气中产生的压力损失的增大的同时从增压空气将热回收的热能回收装置。

附图说明

图1是概略地表示本发明的第1实施方式的热能回收装置的结构的图。

图2是概略地表示第1实施方式的热能回收装置的蒸发部及冷却部的变形例的图。

图3是概略地表示第1实施方式的热能回收装置的蒸发部及冷却部的变形例的图。

图4是概略地表示本发明的第2实施方式的热能回收装置的结构的图。

图5是表示调整部的控制内容的流程图。

图6是概略地表示第2实施方式的热能回收装置的蒸发部及冷却部的变形例的图。

图7是表示图6所示的蒸发部及冷却部的截面的例子的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的优选的实施方式进行说明。

（第1实施方式）

一边参照图1一边对本发明的第1实施方式的热能回收装置1进行说明。该热能回收装置1是借助从向发动机2供给的增压空气回收热而生成动力的装置。在本实施方式中，热能回收装置1搭载在具有发动机2及增压器3的船舶中。增压器3具有：涡轮4，由从发动机2排出的排气驱动；以及压缩机5，与涡轮4连接，喷出用来向发动机2供给的增压空气。从压缩机5喷出的增压空气经过将压缩机5与发动机2连接的供气线路L1被向发动机2供给。从发动机2排出的排气经过将发动机2与涡轮4连接的排气线路L2被向涡轮4供给。

如图1所示，热能回收装置1具备蒸发部10、蒸发部收容部18、冷却部20、冷却部收容部28、膨胀机30、动力回收机32、冷凝器34、循环泵36和循环流路38。循环流路38将蒸发部10、膨胀机30、冷凝器34及循环泵36以该顺序连接。

蒸发部10设置在供气线路L1中。蒸发部10借助使从压缩机5喷出的增压空气与动作介质（R245fa等）热交换而使动作介质蒸发。关于蒸发部10的详细情况后述。

蒸发部收容部18以能够进行增压空气与蒸发部10的热接触的方式收容蒸发部10。具体而言，蒸发部收容部18内构成增压空气的流路。

膨胀机30设置在循环流路38中的蒸发部10的下游侧的部位。膨胀机30使从蒸发部10流出的气相的动作介质膨胀。在本实施方式中，作为膨胀机30而使用具有被气相的动作介质的膨胀能量旋转驱动的转子的容积式的螺旋膨胀机。

动力回收机32与膨胀机30连接。动力回收机32借助随着膨胀机30的驱动而旋转，从动作介质将动力回收。在本实施方式中，作为动力回收机32而使用发电机。另外，作为动力回收机32也可以使用压缩机等。

冷凝器34设置在循环流路38中的膨胀机30的下游侧的部位。冷凝器34借助使从膨胀机30流出的动作介质与冷却介质（海水等）热交换而使动作介质冷凝。

循环泵36设置在循环流路38中的冷凝器34的下游侧的部位（冷凝器34与蒸发部10之间的部位）。循环泵36将从冷凝器34流出的液相的动作介质向蒸发部10输送。

这里，对蒸发部10详细叙述。蒸发部10具有动作介质流动的动作介质传热管12、和设置在动作介质传热管12的多个蒸发部翅片14。

动作介质传热管12在蒸发部收容部18内以蜿蜒的方式配置。具体而言，动作介质传热管12具有分别具有以直线状延伸的形状的多个管部、以及将各管部的端部彼此连接的弯曲部，以各管部沿着与该管部的轴向正交的方向（增压空气流动的方向）排列的方式配置在蒸发部收容部18内。

各蒸发部翅片14形成为平板状。各蒸发部翅片14在沿着动作介质传热管12的管部的长度方向相互离开间隔的状态下设置在该管部。具体而言，各蒸发部翅片14以相互邻接的蒸发部翅片14间的尺寸P1相等的方式设置在管部。在本实施方式中，各蒸发部翅片14形成为从动作介质传热管12中的关于增压空气流动的方向（与管部的轴向正交的方向）配置在最上游侧的管部12u延伸到配置在最下游侧的管部12d的板状。

冷却部20设置在供气线路L1中的蒸发部10的下游侧的部位。冷却部20借助使通过蒸发部10后的增压空气与冷却介质（海水等）热交换，将增压空气冷却。具体而言，冷却部20具有冷却介质流动的冷却介质传热管22、和设置在冷却介质传热管22的多个冷却部翅片24。

冷却部收容部28以能够进行增压空气与冷却部20的热接触的方式收容冷却部20。具体而言，冷却部收容部28内构成增压空气的流路。冷却部收容部28与蒸发部收容部18连接，以使该冷却部收容部28内与蒸发部收容部18内相互连通。在本实施方式中，蒸发部收容部18与冷却部收容部28被用凸缘连接。此外，关于宽度方向（多个蒸发部翅片14排列的方向）的蒸发部收容部18的尺寸与关于宽度方向的冷却部收容部28的尺寸相互相同。

冷却介质传热管22在冷却部收容部28内以蜿蜒的方式配置。具体而言，冷却介质传热管22具有分别具有以直线状延伸的形状的多个管部、以及将各管部的端部彼此连接的弯曲部，以各管部沿着与该管部的轴向正交的方向（增压空气流动的方向）排列的方式配置在冷却部收容部28内。对于该冷却介质传热管22，由设置在与该冷却介质传热管22连接的冷却介质供给流路中的冷却介质泵23供给冷却介质。

各冷却部翅片24形成为平板状。各冷却部翅片24以沿着冷却介质传热管22的管部的长度方向相互离开间隔的状态设置在该管部。具体而言，各冷却部翅片24以相互邻接的冷却部翅片24间的尺寸P2与各蒸发部翅片14间的尺寸P1相等的方式设置在管部。在本实施方式中，各冷却部翅片24形成为从冷却介质传热管22中的关于增压空气流动的方向（与管部的轴向正交的方向）配置在最上游侧的管部22u延伸到配置在最下游侧的管部22d的板状。此外，将各冷却部翅片24配置为位于与各蒸发部翅片14同一平面上。将冷却部翅片24的数量设定为与蒸发部翅片14的数量相同。

如以上说明，在本实施方式的热能回收装置1中，由于蒸发部收容部18内与冷却部收容部28内相互连通，并且各收容部18、28的关于宽度方向的尺寸相同，并且各蒸发部翅片14间的尺寸P1与各冷却部翅片24间的尺寸P2相互相同，所以增压空气在各收容部18、28内流动时的阻力被减小。由此，兼顾了在向发动机2供给的增压空气中产生的压力损失的增大的避免和增压空气的热的有效的回收。

此外，由于各蒸发部翅片14及各冷却部翅片24分别形成为板状，所以进一步减小了在增压空气中产生的压力损失。

进而，由于各蒸发部翅片14和各冷却部翅片24分别设置在同一平面上，所以进一步减小了在增压空气中产生的压力损失。

另外，如图2所示，热能回收装置1也可以还具有多个连结部件15。各连结部件15将各蒸发部翅片14和各冷却部翅片24中的存在于同一平面上的蒸发部翅片14和冷却部翅片24彼此连结。各连结部件15具有将从相互邻接的蒸发部翅片14间的空间朝向关于增压空气流动的方向位于前述空间的下游侧的冷却部翅片24间的空间的流路从邻接于该流路的流路遮断的形状，并且由具有热绝缘性的材料（陶瓷等）构成。在该形态中，由于在各翅片14、24间形成的一个流路被从其相邻的流路遮断，所以进一步减小了在增压空气中产生的压力损失。此外，由于各连结部件15由具有热绝缘性的材料构成，所以抑制了在冷却介质传热管22内流动的冷却介质的冷能经由冷却部翅片24、连结部件15及蒸发部翅片14传递给在动作介质传热管12内流动的动作介质从而将该动作介质冷却的情况，即，抑制了动力回收机32中的动力回收量减少的情况。

或者，也可以如图3所示那样，各蒸发部翅片14及各冷却部翅片24不是板状，而是从设置在与设置有该翅片14、24的管部邻接的管部上的翅片14、24离开间隔的形状。

此外，也可以如图2及图3所示那样，将蒸发部收容部18及冷却部收容部28一体地（作为单一的箱体）形成。在该形态中，省略将两个收容部18、28彼此连接的作业。

（第2实施方式）

接着，一边参照图4及图5一边对本发明的第2实施方式的热能回收装置1进行说明。另外，在第2实施方式中，仅对与第1实施方式不同的部分进行说明，与第1实施方式相同的构造、作用及效果的说明省略。

在本实施方式中，冷却介质传热管22具有两个流路，能够调整在各流路中流动的冷却介质的流量。具体而言，冷却介质传热管22具有冷却介质的一部分流动的第1冷却管22a和冷却介质的其余部流动的第2冷却管22b。对于第1冷却管22a，由设置在与该第1冷却管22a连接的第1冷却介质供给流路中的第1泵23a供给冷却介质。对于第2冷却管22b，由设置在与该第2冷却管22b连接的第2冷却介质供给流路中的第2泵23b供给冷却介质。

此外，各冷却部翅片24具有设置在第1冷却管22a的第1冷却翅片24a和设置在第2冷却管22b的第2冷却翅片24b。各第2冷却翅片24b从各第1冷却翅片24a离开间隔并与各蒸发部翅片14连接。

并且，本实施方式的热能回收装置1还具备调整在各冷却管22a、22b中流动的冷却介质的流动的调整部40。调整部40在进行蒸发部10中的动作介质与增压空气的热交换的期间中（稳态运转时），设为冷却介质仅向第1冷却管22a流动的第1状态，当接收到表示使蒸发部10中的动作介质与增压空气的热交换停止的停止信号（例如使循环泵36停止的信号）时，从前述第1状态切换为冷却介质向第1冷却管22a及第2冷却管22b这两者流动的第2状态。在本实施方式中，调整部40在稳态运转时仅将第1泵23a驱动（将第2泵23b停止），当接收到前述停止信号时将第2泵23b驱动。

以下，一边参照图5一边说明利用调整部40的控制内容。

首先，调整部40判断发动机2是否为驱动中（步骤ST11）。在其结果是发动机2不为驱动中的情况下，再次判断发动机2是否为驱动中，在发动机2为驱动中的情况下，将循环泵36、第1泵23a及第2泵23b驱动（步骤ST12）。由此，开始由动作介质及冷却介质进行的增压空气的冷却，并开始动力回收机32中的动力的回收。

接着，调整部40判断是否为稳态运转状态（例如，动力回收机32中的动力的回收量是否稳定）（步骤ST13）。如果其结果是不为稳态运转状态，则再次向步骤ST11返回，另一方面，如果为稳态运转状态，则调整部40将第2泵23b停止（设为第1状态）（步骤ST13）。由此，仅由在动作介质传热管12中流动的动作介质及在第1冷却管22a中流动的冷却介质将增压空气冷却。另外，由于在蒸发部10中增压空气被充分地冷却，所以即使将第2泵23b停止，向发动机2供给的增压空气的温度也充分地下降。

然后，调整部40判断是否接收到停止信号（步骤ST15）。在其结果是没有接收到停止信号的情况下，再次判断是否接收到停止信号，另一方面，在接收到停止信号的情况下，将循环泵36停止并将第2泵23b驱动（切换为第2状态）（步骤ST16）。由此，仅由在第1冷却管22a中流动的冷却介质及在第2冷却管22b中流动的冷却介质将增压空气冷却。

如以上这样，在本实施方式的热能回收装置1中，在进行蒸发部10中的动作介质与增压空气的热交换的期间中（稳态运转时），由在动作介质传热管12中流动的动作介质和在第1冷却管22a中流动的冷却介质将增压空气有效地冷却，在前述热交换的停止时（例如循环泵的停止时），由在第1冷却管22a中流动的冷却介质及在第2冷却管22b中流动的冷却介质这两者将增压空气有效地冷却。

此外，由于各第2冷却翅片24b从各第1冷却翅片24a离开间隔并与各蒸发部翅片14连接，所以抑制了在稳态运转时的用第1冷却管22a的增压空气的冷却中冷却介质的冷能经由第2冷却翅片24b及蒸发部翅片14传递给在动作介质传热管12内流动的动作介质从而该动作介质被冷却的情况，即，抑制了动力回收机32中的动力回收量减少的情况，并且使蒸发部翅片14和第2冷却翅片24b的制造简单化。

另外，也可以如图6及图7所示那样，将第2冷却管22b组装到动作介质传热管12的各管部间。在此情况下，蒸发部翅片14的一部分构成第2冷却翅片24b。另外，图7表示了动作介质传热管12和第2冷却管22b的配置的一例。

此外，也可以如图6所示那样，第2冷却管22b从第1冷却管22a分支。在此情况下，调整部40通过对设置在第2冷却管22b的开闭阀V的开闭进行切换，切换前述第1状态和前述第2状态。

另外，此次公开的实施方式应被认为在全部的方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围不是由上述实施方式的说明、而是由权利要求书表示，还包含与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。

例如，蒸发部翅片14的数量和冷却部翅片24的数量也可以相互不同。

此外，在第2实施方式中，第2冷却翅片24b也可以从蒸发部翅片14离开间隔并与第1冷却翅片24a连接。

附图标记说明

1 热能回收装置

2 发动机

3 增压器

4 涡轮

5 压缩机

10 蒸发部

12 动作介质传热管

12u 管部

12d 管部

14 蒸发部翅片

18 蒸发部收容部

20 冷却部

22 冷却介质传热管

22a 第1冷却管

22b 第2冷却管

22u 管部

22d 管部

24 冷却部翅片

24a 第1冷却翅片

24b 第2冷却翅片

28 冷却部收容部

30 膨胀机

32 动力回收机

34 冷凝器

36 循环泵

38 循环流路

40 调整部。