锅炉系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种锅炉系统。所述锅炉系统包括：锅炉部，储存液状的锅炉水，并将流经原动机的排气通道的排气作为热源加热锅炉水；第二泵，从锅炉部送出液状的锅炉水，使锅炉水经由第二循环通道向锅炉部循环；以及压缩空气热交换器，配置在扫气通道上，将流经扫气通道的扫气作为热源加热流经第二循环通道的锅炉水。如此，在锅炉系统中，通过在向船内的蒸汽系统供给蒸汽的锅炉部上追加上述的压缩空气热交换器、第二泵和第二循环通道，能够利用原动机的多种废热、通过简单的结构高效加热锅炉水，从而可以高效生成锅炉水的蒸汽。
【专利说明】锅炉系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及锅炉系统。
【背景技术】
[0002]以往，大型船舶在烟囱内设置有利用从主发动机排出的排气的废热加热锅炉水并生成蒸汽的排气节能器。例如在日本专利公开公报特开2011-196646号(文献I)所示的排气节能器系统中，辅助锅炉中储存的锅炉水利用锅炉水循环泵向排气节能器送出，并通过排气节能器加热后返回辅助锅炉。
[0003]另一方面，日本实用新型授权公报第3044386号(文献2)公开了利用柴油发电机的排气进行发电的发电装置。所述发电装置中，利用被柴油发电机等的排气加热的水或水蒸气，借助热交换器加热在循环通道中循环的有机流体，并由所述有机流体驱动涡轮而由发电机进行发电。所述发电装置是把有机介质作为工作流体进行有机朗肯循环(0RC:Organic Rankine Cycle)的废热回收装置。
[0004]在日本专利公开公报特开2011-149332号(文献3)的发电装置中，船舶的主发动机的排气的废热和从增压器向主发动机供给的压缩空气的废热由比水沸点高的热介质回收，在热交换器中利用所述热介质对有机流体进行加热并使其蒸发。而且，由蒸发的有机流体驱动涡轮，利用涡轮上连接的发电机进行发电。此外，日本专利公开公报特开2011-231636号(文献4)的发电装置中，冷却船舶的主发动机主体的封套冷却水的废热以及从增压器向主发动机供给的压缩空气的废热被热介质水回收，在热交换器中由所述热介质水对有机流体进行加热并使其蒸发。而且，利用蒸发的有机流体驱动涡轮，由涡轮上连接的发电机进行发电。
[0005]在日本专利公开公报特开2012-215124号(文献5)的发电装置中，并列设置三个有机介质路径(即彼此独立)，分别单独回收船舶的主发动机的排气的废热、从增压器向主发动机供给的压缩空气的废热以及冷却主发动机主体的封套冷却水的废热。在这三个有机介质路径中气化的有机介质相对于一个径流式涡轮，从轴线方向上的三个不同位置导入。此外，所述发电装置中，蒸汽滚筒内的水向排气节能器送出并气化，并向船内的辅助装置供给。向辅助装置供给的蒸汽作为70°C左右的水返回大气压排水容器。大气压排水容器内的水经由与压缩空气进行热交换的热交换器以及与排气进行热交换的热交换器，向大气压排水容器循环。
[0006]可是，在文献I的排气节能器系统中，仅利用来自船舶的主发动机的排气的废热生成蒸汽，主发动机的废热的利用效率不高。此外，文献2的发电装置也同样仅利用柴油发电机的排气的废热进行有机朗肯循环，柴油发电机的废热的利用效率不高。
[0007]在文献3至5中，利用船舶的主发动机的多种废热进行发电。可是，文献5如上所述，设置单独回收多种废热的多个有机介质路径，并且与这些有机介质路径独立地设置有通过排气节能器使蒸汽滚筒内的水气化并供给到船内的系统，所以废热回收的机构复杂化、制造成本增加。此外，由于在文献3和文献4中也需要与发电装置独立地设置向船内供给蒸汽的系统，所以与文献5同样地存在废热回收的机构复杂化、制造成本增加的问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种利用原动机的废热、通过简单的结构高效加热介质的锅炉系统。
[0009]本发明的锅炉系统包括:锅炉部，储存液状的介质，并将流经原动机的排气通道的排气作为热源加热介质；泵，从所述锅炉部送出液状的介质，并使所述介质经由循环通道向所述锅炉部循环；以及压缩空气热交换器，配置在将加压后的作为吸气的压缩空气向所述原动机引导的加压吸气通道上，将流经所述加压吸气通道的压缩空气作为热源加热流经所述循环通道的介质。
[0010]按照所述锅炉系统，能够利用原动机的废热以简单的结构高效加热介质。
[0011]在本发明的一个优选实施方式中，所述锅炉部包括:锅炉主体，储存液状的介质；另一个泵，从所述锅炉主体送出液状的介质，并使所述介质经由另一循环通道向所述锅炉主体循环；以及排气热交换器，配置在所述排气通道上，将流经所述排气通道的所述原动机的排气作为热源加热流经所述另一循环通道的介质。
[0012]在本发明的另一优选实施方式中，所述锅炉部包括锅炉主体，所述锅炉主体储存液状的介质并被所述排气通道贯穿，利用流经所述排气通道的排气加热所述锅炉主体内的介质。
[0013]在本发明的另一优选实施方式中，锅炉系统还包括:测定部，测定所述锅炉部中的介质的压力或温度，并输出测定值；以及流量控制部，根据所述测定值控制从所述压缩空气热交换器导向所述锅炉部的介质的流量，随着所述测定值变小，由所述流量控制部减小所述流量。
[0014]在本发明的另一优选实施方式中，锅炉系统还包括回收装置，所述回收装置配置在所述循环通道上，从由所述锅炉部送出的介质回收能量，所述回收装置包括:0RC热交换器，在所述循环通道中配置在从所述锅炉部向所述压缩空气热交换器引导介质的配管上，将流经所述循环通道的介质作为热源，加热作为有机介质的工作流体并使其气化；膨胀机，使利用所述ORC热交换器而气化的工作流体膨胀以回收机械能；冷凝器，使利用所述膨胀机而膨胀的工作流体冷凝并液化；以及ORC泵，将利用所述冷凝器而液化的工作流体向所述ORC热交换器送出。
[0015]进一步优选的是，所述回收装置还包括封套热交换器，所述封套热交换器配置在从所述冷凝器向所述ORC热交换器引导工作流体的配管上，将所述原动机的封套冷却水作为热源加热工作流体。
[0016]或者，锅炉系统还包括封套热交换器，所述封套热交换器在所述循环通道中配置在从所述ORC热交换器向所述压缩空气热交换器引导介质的配管上，将所述原动机的封套冷却水作为热源加热介质。
[0017]在本发明的另一优选实施方式中，所述回收装置还包括:另一 ORC热交换器，把从所述冷凝器送出的工作流体的一部分分路引导，并把在所述循环通道中从所述ORC热交换器向所述压缩空气热交换器引导的介质作为热源，加热工作流体的所述一部分并使其气化；以及压力调整部，将导向所述ORC热交换器的工作流体的压力调整到高于导向所述另一ORC热交换器的工作流体的压力，利用所述另一 ORC热交换器而气化的工作流体也被导向所述膨胀机。
[0018]在本发明的另一优选实施方式中，所述介质为锅炉水，在所述锅炉部中生成所述锅炉水的蒸汽。
[0019]在本发明的另一优选实施方式中，所述原动机为船舶的主发动机，所述锅炉部为所述船舶的辅助锅炉。
[0020]通过以下参照附图对本发明的具体说明，可以更清楚地了解上述目的和其他目的、特征、方式以及优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明第一实施方式的锅炉系统的结构的图。
[0022]图2是表示本发明第二实施方式的锅炉系统的结构的图。
[0023]图3是表示本发明第三实施方式的锅炉系统的结构的图。
[0024]图4是表示本发明第四实施方式的锅炉系统的结构的图。
[0025]图5是表示本发明第五实施方式的锅炉系统的结构的图。
[0026]附图标记说明
[0027]1、Ia?Id锅炉系统
[0028]3原动机
[0029]6、6a、6b 回收装置
[0030]31扫气通道
[0031]32排气通道
[0032]50、50a 锅炉部
[0033]51锅炉主体
[0034]53 第一泵
[0035]54排气热交换器
[0036]55 第二泵
[0037]56压缩空气热交换器
[0038]57流量控制部
[0039]62 (第一 )ORC热交换器
[0040]62a第二 ORC热交换器
[0041]63、63a 膨胀机
[0042]64冷凝器
[0043]65 (第一 )ORC 泵
[0044]65a 第二 ORC 泵
[0045]66、66a封套热交换器
[0046]521第一循环通道
[0047]522第二循环通道
[0048]581第一测定部
【具体实施方式】
[0049]图1是表示本发明第一实施方式的锅炉系统I的结构的图。锅炉系统I例如用作较大型船舶的辅助锅炉系统。图1中还一同表示了作为船舶的主发动机使用的带增压器的原动机2。锅炉系统I利用带增压器的原动机2的废热来加热作为介质的锅炉水。从被加热的锅炉水产生的蒸汽用作船内的燃料油、润滑油、生活用水等的加热源等。
[0050]带增压器的原动机2包括:作为内燃机的船用原动机3 (以下简称为“原动机3”)；以及作为涡轮增压器的增压器4。原动机3为船舶的主发动机，例如为二冲程柴油发动机。增压器4包括涡轮41以及与涡轮41以机械方式连接的压缩机42。原动机3和增压器4由扫气通道31和排气通道32连接。排气通道32把来自原动机3的排气导向涡轮41。
[0051]涡轮41利用从原动机3经由排气通道32供给的排气而旋转。用于涡轮41的旋转后的排气，经由排气通道32排出到带增压器的原动机2的外部。压缩机42利用在涡轮41中产生的旋转力(即将涡轮41的旋转作为动力)，对从带增压器的原动机2的外部经由吸气通道43导向增压器4的吸气(空气)进行加压并压缩。由压缩机42加压后的作为吸气的压缩空气(以下称为“扫气”)被扫气通道31上设置的压缩空气热交换器56 (后述)冷却后，供给到原动机3。如此，在增压器4中利用排气对吸气进行加压而生成扫气。扫气通道31是将加压后的吸气从增压器4向原动机3引导的流道，即作为加压吸气通道。另外，锅炉系统I中也可以设置扫气冷却器，所述扫气冷却器配置在扫气通道31的比压缩空气热交换器56靠向下游侧,对从压缩空气热交换器56送出的扫气进一步冷却(在其他实施方式中也同样)。
[0052]锅炉系统I具有锅炉装置5和回收装置6。锅炉装置5包括锅炉部50、泵55、压缩空气热交换器56、流量控制部57和测定部581。锅炉部50包括锅炉主体51、另一个泵53和排气热交换器54。在以下的说明中，为了区别泵53、55，分别称为“第一泵53”、“第二泵55”。
[0053]锅炉主体51配置在离开船舶的烟囱(所谓通风筒)的位置上，储存液状的介质(即液状的锅炉水)。在锅炉主体51上设有上述的测定部581。由测定部581测定锅炉主体51内的锅炉水的温度。锅炉主体51上还设有省略图示的燃烧器和供水部。所述燃烧器根据需要而加热锅炉主体51内的锅炉水。在锅炉主体51内的锅炉水减少时等，所述供水部根据需要向锅炉主体51内供给锅炉水。
[0054]利用使锅炉水循环的循环通道522依次连接锅炉主体51、第二泵55、压缩空气热交换器56和流量控制部57。在锅炉部50中，利用使锅炉水循环的另一循环通道521依次连接锅炉主体51、第一泵53和排气热交换器54。在以下的说明中，为了区别循环通道521、522，分别称为“第一循环通道521”、“第二循环通道522”。第一循环通道521和第二循环通道522在锅炉主体51和分路部52a之间成为共用流道，并在分路部52a处分路。另外，第一循环通道521和第二循环通道522也可以分别单独连接于锅炉主体51。
[0055]在锅炉部50中通过驱动第一泵53，液状的锅炉水从锅炉主体51向第一循环通道521送出。从锅炉主体51送出的锅炉水如图1中箭头所示，经由第一循环通道521并通过第一泵53，进而通过排气热交换器54向锅炉主体51循环。
[0056]排气热交换器54配置在船舶的烟囱内，在带增压器的原动机2的排气通道32上配置在比涡轮41靠向下游侧。在排气热交换器54中，将流经排气通道32的来自涡轮41的排气(即通过涡轮41后的来自原动机3的排气)作为热源，对流经第一循环通道521的液状的锅炉水进行加热。换句话说，在排气热交换器54中，将排气中所含的带增压器的原动机2的废热作为热源来加热锅炉水。流经排气热交换器54的排气的温度根据原动机3的输出和周围的温度等而变化。原动机3的输出为最大输出(100%输出)时的所述排气温度例如约为230°C (摄氏温度)。在排气热交换器54中，使流入排气热交换器54的锅炉水的一部分气化(蒸发)。而后，气体状的锅炉水和液状的锅炉水的混合流体从排气热交换器54向锅炉主体51送出。
[0057]S卩，锅炉部50是储存液状的锅炉水并将流经原动机3的排气通道32的排气作为热源加热锅炉水从而生成锅炉水的蒸汽的装置(所谓排气节能器)，并用作船舶的辅助锅炉。锅炉主体51内的锅炉水的温度和压力例如为约135°C?约165°C和约0.25MPa(兆帕)?约0.6MPa。锅炉主体51内的锅炉水的蒸汽经由锅炉主体51上部连接的蒸汽配管524向船内的蒸汽系统供给。
[0058]在锅炉装置5中，通过驱动第二泵55，将液状的锅炉水从锅炉主体51向第二循环通道522送出。如图1中箭头所示，从锅炉主体51送出的锅炉水经由第二循环通道522，依次通过第二泵55、0RC热交换器62 (后述)、压缩空气热交换器56和流量控制部57，向锅炉主体51循环。
[0059]流经第二循环通道522的锅炉水在ORC热交换器62中被冷却后，流向压缩空气热交换器56。从ORC热交换器62朝向压缩空气热交换器56的锅炉水的温度例如约为100?130。。。
[0060]压缩空气热交换器56在第二循环通道522上配置在ORC热交换器62和流量控制部57之间，而且配置在压缩机42和原动机3之间的扫气通道31上。在压缩空气热交换器56中，将流经扫气通道31的来自压缩机42的扫气作为热源，加热流经第二循环通道522的液状的锅炉水。换句话说，在压缩空气热交换器56中，将扫气中所含的带增压器的原动机2的废热作为热源加热锅炉水。通过压缩空气热交换器56的扫气的温度根据原动机3的输出和周围的温度等而变化。原动机3的输出为最大输出(100%输出)时的所述扫气温度例如约为220°C。原动机3的输出降低时，扫气温度也降低。
[0061]从压缩空气热交换器56送出的锅炉水的温度，根据流入压缩空气热交换器56的锅炉水的温度和通过压缩空气热交换器56的扫气的温度等而变化。从压缩空气热交换器56朝向流量控制部57的锅炉水的温度例如约为135?165°C。在压缩空气热交换器56和流量控制部57之间设有测定部582，测定从压缩空气热交换器56朝向流量控制部57并流经第二循环通道522的锅炉水的温度。
[0062]从压缩空气热交换器56送出液状的锅炉水，或者送出气体状的锅炉水与液状的锅炉水的混合流体。在压缩空气热交换器56中被加热的锅炉水通过流量控制部57返回锅炉主体51。在流量控制部57中，控制从压缩空气热交换器56向锅炉部50的锅炉主体51引导的锅炉水的流量。原动机3的输出例如在常用输出(CSO:Continuous Service Output)以上时，从压缩空气热交换器56送出的锅炉水全部返回锅炉主体51。
[0063]流量控制部57例如是设置在第二循环通道522上的三通阀。在流量控制部57中，如图1中虚线所示的分路配管523从第二循环通道522分路，并在锅炉主体51和第二泵55之间的汇合部52b处与第二循环通道522汇合。
[0064]在锅炉装置5中，利用测定部581、582测定锅炉主体51内的锅炉水的温度以及从压缩空气热交换器56向流量控制部57送出的锅炉水的温度，并作为测定值输出。在以下的说明中，为了区别测定部581、582，分别称为“第一测定部581”、“第二测定部582”。而且，根据第一测定部581和第二测定部582各自的测定值，利用流量控制部57控制从压缩空气热交换器56向锅炉部50的锅炉主体51引导的锅炉水的流量。
[0065]具体而言，当作为第一测定部581的测定值的锅炉主体51内的锅炉水的温度，在作为第二测定部582的测定值的从压缩空气热交换器56向流量控制部57送出的锅炉水的温度以下时，从压缩空气热交换器56送出的全部锅炉水返回锅炉主体51。如此，通过使压缩空气热交换器56中温度被加热到锅炉主体51内的锅炉水的温度以上的全部锅炉水返回锅炉主体51，可以在压缩空气热交换器56中将回收的扫气的废热高效用于锅炉主体51内的锅炉水的加热(或保持温度)。
[0066]另一方面,在原动机3的输出降低时等，由压缩空气热交换器56加热的锅炉水的温度有时会低于锅炉主体51内的锅炉水的温度。如此，当第二测定部582的测定值低于第一测定部581的测定值时，利用流量控制部57仅仅使从压缩空气热交换器56送出的锅炉水的一部分返回锅炉主体51，并且使从压缩空气热交换器56送出的锅炉水的其余部分经由分路配管523导向第二泵55。或者，从压缩空气热交换器56送出的全部锅炉水经由分路配管523导向第二泵55。在锅炉装置5中，随着从第一测定部581的测定值减去第二测定部582的测定值后的值变大，利用流量控制部57逐渐减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量。
[0067]如此，当来自压缩空气热交换器56的锅炉水的温度低于锅炉主体51内的锅炉水的温度时，通过减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量，可以抑制或防止锅炉主体51内的锅炉水的温度低于规定温度。其结果，可以向船内的蒸汽系统供给所需温度的锅炉水的蒸汽。而且，随着来自压缩空气热交换器56的锅炉水的温度从锅炉主体51内的锅炉水的温度走向低温侧，逐渐减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量，从而可以进一步抑制或防止锅炉主体51内的锅炉水的温度低于规定温度。即，流量控制部57是控制锅炉部50的锅炉主体51中的锅炉水的温度的温度控制部。
[0068]锅炉装置5也可以省略第二测定部582，而是根据从第一测定部581输出的锅炉主体51内的锅炉水的温度，由流量控制部57进行流量控制。例如，当由第一测定部581测定的锅炉主体51内的锅炉水的温度高于规定的阈值温度时，从压缩空气热交换器56送出的全部锅炉水返回锅炉主体51。另一方面，当由第一测定部581测定的锅炉主体51内的锅炉水的温度降低到规定的阈值温度以下时，判断为从压缩空气热交换器56送出的锅炉水的温度低于锅炉主体51内的锅炉水的温度，流量控制部57减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量。而且，随着锅炉主体51内的锅炉水的温度变低，利用流量控制部57的控制，逐渐减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量。
[0069]此外，在锅炉装置5中，也可以利用第一测定部581测定锅炉主体51内的锅炉水的压力并输出测定值，并且根据所述测定值由流量控制部57进行流量控制。例如，当由第一测定部581测定的锅炉主体51内的锅炉水的压力高于规定的阈值压力时，从压缩空气热交换器56送出的全部锅炉水返回锅炉主体51。另一方面，当由第一测定部581测定的锅炉主体51内的锅炉水的压力降低到规定的阈值压力以下时，流量控制部57减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量。
[0070]而且，在锅炉装置5中，也可以利用第一测定部581测定锅炉部50中的锅炉主体51以外部位的锅炉水的温度或压力，并根据从第一测定部581输出的测定值由流量控制部57进行流量控制。换句话说，利用第一测定部581测定锅炉部50中的锅炉水的温度或压力并输出测定值，并且利用流量控制部57，根据所述测定值控制从压缩空气热交换器56导向锅炉部50的锅炉水的流量。而且，随着第一测定部581的测定值变小，逐渐减小从压缩空气热交换器56返回锅炉主体51的锅炉水的流量。如此，和上述同样，可以将压缩空气热交换器56中回收的扫气的废热高效用于锅炉主体51内的锅炉水的加热(或保持温度)，并且能够抑制或防止锅炉主体51内的锅炉水的温度低于规定温度。
[0071]回收装置6配置在第二循环通道522上，从由锅炉部50向第二循环通道522送出的锅炉水回收能量。回收装置6例如利用有机朗肯循环(ORC:0rganic Rankine Cycle),将热能作为动力回收，所述有机朗肯循环利用比水沸点低的工作流体(优选氟利昂替代品R245fa等有机介质)。回收装置6具有ORC循环通道61、0RC热交换器62、膨胀机63、冷凝器64和ORC泵65。利用循环有工作流体的ORC循环通道61依次连接ORC热交换器62、膨胀机63、冷凝器64和ORC泵65。
[0072]在回收装置6中，利用ORC泵65对工作流体加压后向ORC热交换器62送出。在上述的锅炉装置5的第二循环通道522中，ORC热交换器62配置在从锅炉部50向压缩空气热交换器56引导锅炉水的配管上。具体而言，ORC热交换器62配置在第二循环通道522中的、从第二泵55向压缩空气热交换器56引导锅炉水的配管上。流经所述配管的锅炉水的温度基本等于锅炉主体51内的锅炉水的温度，例如约为135?165°C。在ORC热交换器62中，将流经第二循环通道522的锅炉水作为热源，加热从ORC泵65送出的工作流体并使其气化。此外，流经第二循环通道522的锅炉水在ORC热交换器62中被回收装置6的工作流体冷却，锅炉水的温度如上所述降低到例如约为100?130°C。
[0073]被ORC热交换器62加热而气化的工作流体经由ORC循环通道61导向膨胀机63。膨胀机63使利用ORC热交换器62而气化的气体状的工作流体膨胀并回收机械能。例如将利用工作流体而旋转的涡轮用作膨胀机63。所述涡轮的轴与发电机8连接，从ORC热交换器62送入的工作流体驱动涡轮，从而在发电机8中进行发电。
[0074]通过膨胀机63后的气体状的工作流体被导向冷凝器64。冷凝器64使利用膨胀机63而膨胀的工作流体冷凝并液化。利用冷凝器64而液化的工作流体由ORC泵65如上所述加压并向ORC热交换器62送出。
[0075]如上所述，图1所示的锅炉系统I设置有:锅炉部50，储存液状的锅炉水，并将流经原动机3的排气通道32的排气作为热源加热锅炉水；第二泵55，从锅炉部50送出液状的锅炉水，并使锅炉水经由第二循环通道522向锅炉部50循环；以及压缩空气热交换器56，配置在扫气通道31上，并将流经扫气通道31的扫气作为热源加热流经第二循环通道522的锅炉水。
[0076]如此，在锅炉系统I中，通过在向船内的蒸汽系统供给蒸汽的锅炉部50上追加上述的压缩空气热交换器56、第二泵55和第二循环通道522，可以将向原动机3供给的扫气的废热还用于锅炉部50的锅炉水的加热。即，在锅炉系统I中，能够利用原动机3的多种废热、通过简单的结构高效加热锅炉水，可以高效生成锅炉水的蒸汽。这种锅炉系统I的结构特别适于要求降低燃料消耗量且装置的配置空间受到限制的船舶的辅助锅炉系统。
[0077]锅炉系统I的锅炉部50包括:锅炉主体51，配置在离开船舶的烟囱的位置上；第一泵53，从锅炉主体51送出液状的锅炉水，并使锅炉水经由第一循环通道521向锅炉主体51循环；以及排气热交换器54，配置在排气通道32上，加热流经第一循环通道521的锅炉水。如此，可以使锅炉系统I中的设置在排气通道32上的结构(即设置在烟囱内的结构)小型化并简单化。
[0078]并且，在锅炉系统I中，可以利用具备ORC热交换器62、膨胀机63、冷凝器64和ORC泵65的回收装置6，从由锅炉部50向压缩空气热交换器56送出的锅炉水回收机械能。如此，能够高效利用由锅炉水回收的原动机3的废热。此外，通过将第二循环通道522中循环的锅炉水在回收装置6的ORC热交换器62中冷却后，在压缩空气热交换器56中利用扫气进行加热，可以向锅炉水高效回收扫气的废热。
[0079]图2是表示本发明第二实施方式的锅炉系统Ia的结构的图。锅炉系统Ia和图1所示的锅炉系统I同样，用作较大型船舶的辅助锅炉系统，并利用带增压器的原动机2的废热加热作为介质的锅炉水。图2所示的锅炉系统Ia中代替图1所示的锅炉部50，设置有与锅炉部50结构不同的锅炉部50a。锅炉系统Ia的其他结构和图1所示的锅炉系统I相同，以下的说明中对于对应的结构标注相同附图标记。
[0080]图2所示的锅炉部50a具备储存液状的锅炉水的锅炉主体51。锅炉主体51在船舶的烟囱内设置在原动机3的排气通道32上，排气通道32贯穿锅炉主体51。换句话说，锅炉部50a是设置在船舶的烟囱内的所谓“组合锅炉”。锅炉部50a是烟管式或水管式的锅炉，图2说明了设置烟管式的锅炉部50a。在锅炉部50a中，排气通道32分路为多个细管321，所述多个细管321从锅炉主体51的底部朝向上部贯穿。多个细管321与锅炉主体51中储存的液状的锅炉水直接接触。在锅炉部50a中，利用流经排气通道32的多个细管321的原动机3的排气，加热锅炉主体51内的锅炉水。
[0081]锅炉系统Ia和图1所示的锅炉系统I同样，能够利用原动机3的多种废热、通过简单的结构高效加热锅炉水，从而能够高效生成锅炉水的蒸汽。此外，在锅炉系统Ia中，通过在锅炉部50a中将锅炉主体51配置在被排气通道32贯穿的位置(即船舶的烟囱内)，可以使锅炉部50a的结构小型化。由此，能使锅炉系统Ia小型化。
[0082]图3是表示本发明第三实施方式的锅炉系统Ib的结构的图。锅炉系统Ib中代替图1所示的回收装置6，设置有与回收装置6局部结构不同的回收装置6a。回收装置6a在回收装置6的各结构的基础上还具备封套热交换器66。锅炉系统Ib的其他结构和图1所示的锅炉系统I相同，以下的说明中对于对应的结构标注相同附图标记。
[0083]封套热交换器66在ORC循环通道61中配置在从冷凝器64向ORC热交换器62引导工作流体的配管上，更具体而言，配置在ORC泵65和ORC热交换器62之间的配管上。此夕卜，封套热交换器66配置在原动机3主体的冷却中利用的封套冷却水(即吸收原动机3主体的废热的封套冷却水)所流通的封套冷却水配管35上。在封套热交换器66中，将原动机3的封套冷却水作为热源，预备性加热从ORC泵65流向ORC热交换器62的工作流体。从ORC泵65送出的工作流体的温度例如约为40°C，利用比原动机3的排气和扫气低温的封套冷却水也可以高效加热工作流体。
[0084]图3所示的锅炉系统Ib和图1所示的锅炉系统I同样，能够利用原动机3的多种废热、通过简单的结构高效加热锅炉水，从而能够高效生成锅炉水的蒸汽。此外，在锅炉系统Ib中，在回收装置6a的能量回收中还可以利用原动机3的封套冷却水，从而可以进一步高效利用原动机3的废热。
[0085]图4是表示本发明第四实施方式的锅炉系统Ic的结构的图。锅炉系统Ic中代替图1所示的锅炉装置5，设置有与锅炉装置5局部结构不同的锅炉装置5a。锅炉装置5a在锅炉装置5的各结构的基础上还具备封套热交换器66a。锅炉系统Ic的其他结构与图1所示的锅炉系统I相同，以下的说明中对于对应的结构标注相同附图标记。
[0086]封套热交换器66a在第二循环通道522中配置在从ORC热交换器62向压缩空气热交换器56引导锅炉水的配管上。此外，封套热交换器66a配置在原动机3主体的冷却中利用的封套冷却水(即吸收原动机3主体的废热的封套冷却水)所流通的封套冷却水配管35上。在封套热交换器66a中，将原动机3的封套冷却水作为热源，预备性加热从ORC热交换器62流向压缩空气热交换器56的锅炉水。
[0087]图4所示的锅炉系统Ic和图1所示的锅炉系统I同样，能够利用原动机3的多种废热、通过简单的结构高效加热锅炉水，从而能够高效生成锅炉水的蒸汽。此外，锅炉系统Ic通过在锅炉装置5a的锅炉水的加热中还利用原动机3的封套冷却水，可以进一步高效利用原动机3的废热，并且能够使压缩空气热交换器56小型化。
[0088]图5是表示本发明第五实施方式的锅炉系统Id的结构的图。锅炉系统Id中代替图1所示的回收装置6，设置有与回收装置6局部结构不同的回收装置6b。锅炉系统Id的其他结构与图1所示的锅炉系统I相同，以下的说明中对于对应的结构标注相同附图标记。
[0089]回收装置6b中代替图1所示的膨胀机63，设置有作为两级涡轮的膨胀机63a。膨胀机63a包括作为高压涡轮的第一膨胀机631和作为低压涡轮的第二膨胀机632。此外，回收装置6b在图1所示的回收装置6的各结构的基础上，还具备另一 ORC热交换器62a和另一 ORC泵65a。以下的说明中为了区别ORC热交换器62、62a，分别称为“第一 ORC热交换器62”和“第二 ORC热交换器62a”。此外，为了区别ORC泵65、65a，分别称为“第一 ORC泵65” 和“第二 ORC 泵 65a”。
[0090]第二 ORC泵65a在ORC循环通道61中配置在第一 ORC泵65和第一 ORC热交换器62之间的配管上。在ORC循环通道61上且第一 ORC泵65和第二 ORC泵65a之间设有分路部61a，分路流道611在分路部61a处从ORC循环通道61分路。从分路部61a朝向膨胀机63a的分路流道611上，配置有第二 ORC热交换器62a。第二 ORC热交换器62a在锅炉装置5的第二循环通道522上配置在第一 ORC热交换器62和压缩空气热交换器56之间。
[0091]在回收装置6b中，利用第一 ORC泵65加压来自冷凝器64的工作流体并向分路部61a送出。从冷凝器64送出的工作流体的一部分通过分路部61a向分路流道611分流并导向第二 ORC热交换器62a。此外，工作流体的剩余部分通过分路部61a向ORC循环通道61分流，被第二 ORC泵65a进一步加压后导向第一 ORC热交换器62。第二 ORC泵65a是压力调整部，将导向第一 ORC热交换器62的工作流体的压力调整到高于导向第二 ORC热交换器62a的工作流体的压力。
[0092]在第一 ORC热交换器62中，将流经第二循环通道522的锅炉水作为热源，对从第二ORC泵65a送出的工作流体进行加热并使其气化。利用第一 ORC热交换器62而气化后的工作流体被导向膨胀机63a，并供给到第一膨胀机631。另一方面，流经第二循环通道522的锅炉水在第一 ORC热交换器62中被回收装置6b的工作流体冷却，锅炉水的温度例如降低到约为100°C。从第一 ORC热交换器62送出的锅炉水被导向第二 ORC热交换器62a。
[0093]在第二 ORC热交换器62a中，将从第一 ORC热交换器62送出的锅炉水(即从第一ORC热交换器62导向压缩空气热交换器56的锅炉水)作为热源，加热从第一 ORC泵65送出的工作流体并使其气化。如上所述，由于导向第二 ORC热交换器62a的工作流体的压力低于导向第一 ORC热交换器62的工作流体的压力，所以第二 ORC热交换器62a中的工作流体的蒸发温度低于第一 ORC热交换器62中的工作流体的蒸发温度。利用第二 ORC热交换器62a而气化后的工作流体被导向膨胀机63a，并供给到第二膨胀机632。
[0094]另一方面，锅炉水在第二 ORC热交换器62a中被回收装置6b的工作流体冷却，锅炉水的温度例如降低到约为70°C。从第二 ORC热交换器62a送出的锅炉水被导向压缩空气热交换器56，并在将原动机3的扫气作为热源进行加热后，返回锅炉主体51。
[0095]在回收装置6b的膨胀机63a中，使利用第一 ORC热交换器62而气化后的工作流体在第一膨胀机631中膨胀，并使膨胀后的所述工作流体以及利用第二 ORC热交换器62a而气化的工作流体在第二膨胀机632中汇合并膨胀。而且，利用在膨胀机63a中因工作流体的膨胀而回收的机械能，进行发电机8的发电。
[0096]图5所示的锅炉系统Id和图1所示的锅炉系统I同样，能够利用原动机3的多种废热、通过简单的结构高效加热锅炉水，从而能够高效生成锅炉水的蒸汽。
[0097]锅炉系统Id在回收装置6b中通过提高第一ORC热交换器62中的工作流体的蒸发温度和压力，能够加大膨胀机63a中的热降，可以提高膨胀机63a的能量回收效率。此外，通过使第二 ORC热交换器62a中的工作流体的蒸发温度低于第一 ORC热交换器62中的工作流体的蒸发温度，可以在第一 ORC热交换器62中从温度降低后的锅炉水高效回收热量。在锅炉装置5中，通过将利用第一 ORC热交换器62而冷却的锅炉水在第二 ORC热交换器62a中进一步冷却，能够进一步加大压缩空气热交换器56中的扫气温度和锅炉水的温度之差。其结果，可以提高压缩空气热交换器56中的扫气的废热的回收效率。
[0098]上述的锅炉系统1、Ia?Id能进行各种变形。
[0099]流量控制部57不限于三通阀，例如也可以将循环泵用作流量控制部57。或者也可以使用能控制流量的变频泵作为第二泵55，并根据从第一测定部581输出的测定值等，控制流经第二循环通道522并返回锅炉主体51的锅炉水的流量。此时，所述变频泵的流量控制部分成为流量控制部57。
[0100]膨胀机63、63a也不限于涡轮，例如也可以是螺旋膨胀机。图5所示的锅炉系统Id中也可以代替第二 ORC泵65a，而是在分路流道611上设置减压阀作为压力调整部。
[0101]锅炉系统1、Ia?Id中也可以代替锅炉水，而是使用热介质油等各种介质。热介质油用作锅炉系统1、Ia?Id的锅炉装置5、5a中的介质时,锅炉装置5、5a中不生成介质的蒸汽，利用锅炉装置5、5a加热的液状的热介质油用作船内的燃料油、润滑油、生活用水等的加热源等。锅炉系统Ib?Id也可以代替锅炉部50，而是设置图2所示的锅炉部50a。
[0102]原动机3例如也可以是四冲程柴油发动机。此时，利用压缩机42加压的作为吸气的压缩空气被称为“供气”，扫气通道31称为供气通道。此外，原动机3也可以是柴油发动机以外的内燃机，还可以是内燃机以外的原动机。原动机3可以应用于船舶的主发动机以外的各种用途，锅炉系统l、la?Id也能应用于船舶的辅助锅炉系统以外的其他用途。
[0103]上述实施方式和各变形例中的结构可以在不相互矛盾的前提下适当组合。
[0104]以上具体说明了本发明，但是所述说明为例示性说明而不是限制性说明。因此，可以在不脱离本发明的范围内进行各种变形和采用各种实施方式。
【权利要求】
1.一种锅炉系统，其特征在于包括: 锅炉部，储存液状的介质，并将流经原动机的排气通道的排气作为热源加热介质； 泵，从所述锅炉部送出液状的介质，并使所述介质经由循环通道向所述锅炉部循环；以及 压缩空气热交换器，配置在将加压后的作为吸气的压缩空气向所述原动机引导的加压吸气通道上，将流经所述加压吸气通道的压缩空气作为热源加热流经所述循环通道的介质。
2.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于， 所述锅炉部包括: 锅炉主体，储存液状的介质； 另一个泵，从所述锅炉主体送出液状的介质，并使所述介质经由另一循环通道向所述锅炉主体循环；以及 排气热交换器，配置在所述排气通道上，将流经所述排气通道的所述原动机的排气作为热源加热流经所述另一循环通道的介质。
3.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于， 所述锅炉部包括锅炉主体，所述锅炉主体储存液状的介质并被所述排气通道贯穿， 利用流经所述排气通道的排气加热所述锅炉主体内的介质。
4.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于还包括: 测定部，测定所述锅炉部中的介质的压力或温度，并输出测定值；以及流量控制部，根据所述测定值控制从所述压缩空气热交换器导向所述锅炉部的介质的流量， 随着所述测定值变小，由所述流量控制部减小所述流量。
5.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于， 还包括回收装置，所述回收装置配置在所述循环通道上，从由所述锅炉部送出的介质回收能量， 所述回收装置包括: 有机朗肯循环热交换器，在所述循环通道中配置在从所述锅炉部向所述压缩空气热交换器引导介质的配管上，将流经所述循环通道的介质作为热源，加热作为有机介质的工作流体并使其气化； 膨胀机，使利用所述有机朗肯循环热交换器而气化的工作流体膨胀以回收机械能； 冷凝器，使利用所述膨胀机而膨胀的工作流体冷凝并液化；以及有机朗肯循环泵，将利用所述冷凝器而液化的工作流体向所述有机朗肯循环热交换器送出。
6.根据权利要求5所述的锅炉系统，其特征在于，所述回收装置还包括封套热交换器，所述封套热交换器配置在从所述冷凝器向所述有机朗肯循环热交换器引导工作流体的配管上，将所述原动机的封套冷却水作为热源加热工作流体。
7.根据权利要求5所述的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉系统还包括封套热交换器，所述封套热交换器在所述循环通道中配置在从所述有机朗肯循环热交换器向所述压缩空气热交换器引导介质的配管上，将所述原动机的封套冷却水作为热源加热介质。
8.根据权利要求5所述的锅炉系统，其特征在于， 所述回收装置还包括: 另一有机朗肯循环热交换器，把从所述冷凝器送出的工作流体的一部分分路引导，并把在所述循环通道中从所述有机朗肯循环热交换器向所述压缩空气热交换器引导的介质作为热源，加热工作流体的所述一部分并使其气化；以及 压力调整部，将导向所述有机朗肯循环热交换器的工作流体的压力调整到高于导向所述另一有机朗肯循环热交换器的工作流体的压力， 利用所述另一有机朗肯循环热交换器而气化的工作流体也被导向所述膨胀机。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的锅炉系统，其特征在于， 所述介质为锅炉水， 在所述锅炉部中生成所述锅炉水的蒸汽。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的锅炉系统，其特征在于， 所述原动机为船舶的主发动机， 所述锅炉部为所述船舶的辅助锅炉。
【文档编号】F22B1/18GK104279542SQ201410326868
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】福岛二郎, 冈﨑泰英, 元田隆光 申请人:日立造船株式会社