[发明专利]废热回收装置、内燃机系统及船舶、以及废热回收方法

说明书

一种废热回收装置具备：排气节能器，通过从由柴油主机主体排出的排气进行热回收来生成主蒸汽；蒸汽涡轮，通过主蒸汽驱动；有机流体热交换器，通过从设为比排气节能器的热回收温度更低温的低温热源进行热回收来生成有机流体的蒸汽；有机流体涡轮，通过在有机流体热交换器中生成的有机流体的蒸汽驱动；及发电机，通过来自蒸汽涡轮及有机流体涡轮的输出进行发电，有机流体涡轮以受蒸汽涡轮的速度调整的速度运行，当排气节能器中生成的蒸汽的压力变成阈值以下时，在辅助锅炉中生成的辅助蒸汽供给至蒸汽涡轮。

技术领域

本发明涉及一种废热回收装置、内燃机系统及船舶、以及废热回收方法。

背景技术

一直以来，在船舶的推进用中利用大型柴油发动机(内燃机)的系统中，已知有通过排气节能器对从柴油发动机排出的排气的热能进行热回收来生成蒸汽，驱动蒸汽涡轮来进行发电的废热回收系统。

并且，尝试欲在比通过排气节能器进行热回收的温度更低的废热温度下也进行热回收，进一步有效地回收废热能量。例如，专利文献1中，公开有从冷却柴油发动机的缸套的缸套冷却水，通过沸点比水低的有机流体回收废热的有机朗肯循环(ORC；Organic RankineCycle)。

并且，专利文献2中，公开有如下结构：使从内燃机的排气进行热回收来驱动的水蒸汽涡轮与从缸套冷却水通过戊烷等低沸点介质进行热回收来驱动的蒸汽涡轮联合来进行发电。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2013-160132号公报

专利文献2：日本专利公开2006-057597号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

但是，使用作为低沸点介质的有机流体的有机朗肯循环中，存在所利用的缸套冷却水等低温热源受到内燃机的负载变动等的影响而不稳定的问题。因此，考虑将在有机朗肯循环中使用的有机流体涡轮与蒸汽涡轮连接在同轴的运用。然而，专利文献2中，并未提及如下控制方法，即，将蒸汽涡轮侧与有机流体涡轮侧的任一个作为控制对象，设为相对于内燃机的负载变动、尤其是内燃机的低负载时稳定的旋转驱动。

另一方面，柴油发动机的热效率逐年得到改善，因此能够通过排气节能器从排气进行热回收的热量逐渐减少。因此，无法通过排气节能器充分确保由蒸汽涡轮发电机单独供给船内所需电力的蒸汽量。

而且，近年来，从削减船舶航行中的燃料费的观点考虑，减速航行成为主流，因此存在能够通过排气节能器生成的蒸汽量更加不足的情况。

若柴油发动机的负载减小而低于规定值，则仅通过排气节能器，无法获得蒸汽涡轮的单独运行所需的蒸汽，因此进行停止蒸汽涡轮的运行的控制。若蒸汽涡轮的运行停止，则以蒸汽涡轮为主来进行控制时，导致从属于蒸汽涡轮的有机流体涡轮也不得不停止。如此一来，无法单独驱动有机流体涡轮来进行发电，有时无法有效回收排气的热能。

相对于此，无法通过蒸汽涡轮或有机流体涡轮获得船内所需电力时，考虑启动通过另外设置的发电用柴油发动机进行发电的柴油发电机。但是，由于柴油发电机的运行的燃料费增多，因此从成本降低的观点考虑，并不优选。并且，若运行蒸汽涡轮及柴油发电机双方，则由于优先管理柴油发电机的最低负载，而有可能在蒸汽涡轮中产生剩余蒸汽。剩余蒸汽会排放到凝汽器，因此会导致热损失。因此，即使柴油发动机的负载减小，也要求尽可能不启动柴油发电机而获得船内所需电力。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种即使内燃机的负载减小而难以进行蒸汽涡轮的单独运行时，也能够使蒸汽涡轮持续运行来与有机流体涡轮一同进行发电的废热回收装置、内燃机系统及船舶、以及废热回收方法。

用于解决技术课题的手段