废热回收装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及废热回收装置及其控制方法。


背景技术：

2.以往，已知有回收船舶的柴油发动机的废热而进行发电的废热回收装置(例如，专利文献1)。
3.专利文献1所公开的废热回收装置将从柴油发动机排出的水套冷却水引导到蒸发器，将通过与水套冷却水的热交换而在蒸发器中蒸发的制冷剂引导到涡轮。并且，利用蒸发的制冷剂使涡轮旋转，伴随于此，涡轮的旋转动力被传递到发电机。通过涡轮后的制冷剂在冷凝器中因海水而冷凝。另一方面，与制冷剂进行热交换后的水套冷却水被供给到柴油发动机，用于冷却柴油发动机。
4.在冷凝器中，在制冷剂与冷却水(在专利文献1中为海水)之间进行热交换，但在冷凝器内部的板破损的情况下，制冷剂有可能从制冷剂回路向冷却水侧泄漏。当制冷剂的泄漏持续时，制冷剂从制冷剂回路中损失。另外，当损失了制冷剂的制冷剂回路的内部的压力下降而比在冷凝器中流通的冷却水的压力低时，冷却水会侵入制冷剂回路，有可能成为制冷剂回路的腐蚀的原因。
5.但是，如上所述，即使当在冷凝器中流通的冷却水向制冷剂回路侵入的情况下，也有时难以检测制冷剂所包含的冷却水。
6.相对于此，作为检测制冷剂的泄漏的方法，例如在专利文献2中记载了基于贮存于朗肯循环所具有的储液室中的制冷剂的液位的变化来判断来自朗肯循环的制冷剂的泄漏。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2012
‑
215124号公报
10.专利文献2：日本特开2014
‑
115008号公报
11.发明所要解决的课题
12.如专利文献2所公开的那样，在基于填充于朗肯循环的制冷剂的液量来判断泄漏的发生的情况下，有可能无法迅速地检测泄漏的发生。这是因为，在气液之间反复进行相变的制冷剂中，液体制冷剂与气体制冷剂相比，比体积较小，液量的变化有可能需要相当时间。


技术实现要素：

13.本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种即使在制冷剂从制冷剂回路泄漏的情况下也能够比较迅速地检测制冷剂的泄漏的废热回收装置及其控制方法。
14.用于解决课题的技术方案
15.为了解决上述课题，本发明的废热回收装置及其控制方法采用以下的手段。
16.即，本发明的一方案的废热回收装置具备：制冷剂回路，该制冷剂回路具有冷凝
器，该冷凝器使通过涡轮后的制冷剂利用与冷却水的热交换而冷凝，该涡轮利用由蒸发器蒸发后的所述制冷剂而旋转；冷却水配管，该冷却水配管供通过所述冷凝器后的所述冷却水流通；以及泄漏检测器，该泄漏检测器设置于该冷却水配管，并对在该冷却水配管中流通的所述冷却水所包含的所述制冷剂进行检测。
17.根据本方案的废热回收装置，能够利用泄漏检测器检测通过冷凝器并在冷却水配管中流通的冷却水(在冷凝器中与制冷剂进行热交换后的冷却水)所包含的制冷剂。因此，即使在例如由于冷凝器内部的板破损等现象而制冷剂从制冷剂回路向冷却水配管泄漏的情况下，也能够检测制冷剂的泄漏。由此，例如，通过控制成在检测到制冷剂的泄漏的情况下使废热回收装置停止，能够抑制制冷剂的损失、冷却水向制冷剂回路侵入的现象。假设在冷却水向制冷剂回路侵入的情况下，有可能会由冷却水引起制冷剂回路的腐蚀。
18.另外，泄漏检测器检测在冷却水配管中流通的冷却水所包含的制冷剂(气体制冷剂)，因此，例如与基于填充于制冷剂回路的液体制冷剂的液量检测泄漏的情况相比，能够检测制冷剂的微小泄漏。这点从气体制冷剂的比体积比液体制冷剂大可明确。因此，能够比较迅速地检测制冷剂的泄漏。
19.另外，在本发明的一方案的废热回收装置中，所述泄漏检测器具备：排气阀，该排气阀相对于所述冷却水配管设置于铅垂方向上方；以及制冷剂检测器，该制冷剂检测器对从该排气阀排出的所述制冷剂进行检测。
20.根据本方案的废热回收装置，在发生制冷剂的泄漏的情况下，能够利用排气阀自动地排出在冷却水配管中流通的冷却水所包含的制冷剂(气体制冷剂)。另外，从排气阀排出的制冷剂能够由制冷剂检测器检测。由此，能够检测制冷剂从制冷剂回路的泄漏。此时，由于排气阀相对于冷却水配管设置于铅垂方向上方，因此冷却水所包含的制冷剂容易被捕集到排气阀。排气阀例如设置于从冷却水配管的顶部等容易积存气体的部分向铅垂方向上方分支的配管。
21.此外，排气阀不限于气体制冷剂，有时仅排出冷却水所包含的空气，但在该情况下，不会利用制冷剂检测器进行检测。
22.另外，在本发明的一方案的废热回收装置中，所述泄漏检测器具备排出配管，该排出配管与所述排气阀连接并且供从所述排气阀排出的气体流通，该排出配管的排出口朝向铅垂方向下方开口，在所述排出口的铅垂方向下方设置有所述制冷剂检测器。
23.在本方案的废热回收装置中，在排气阀连接有供排出的气体流通的排出配管。另外，该排出配管的排出口朝向铅垂方向下方开口。而且，在该排出口的铅垂方向下方设置有制冷剂检测器。
24.由于泄漏的气体制冷剂的比重比空气大，因此当在从排气阀排出的气体中含有气体制冷剂的情况下，容易被设置于朝向铅垂方向下方开口的排出口的铅垂方向下方的制冷剂检测器检测到。
25.另外，本发明的一方案的废热回收装置具备控制部，该控制部能够从所述泄漏检测器取得所述制冷剂的泄漏状态，在利用所述泄漏检测器检测到所述制冷剂的泄漏时，利用所述控制部停止所述废热回收装置的运转。
26.根据本方案的废热回收装置，在利用泄漏检测器检测到制冷剂的泄漏时，能够利用控制部使废热回收装置的运转停止。假设在尽管发生了制冷剂的泄漏但也不使废热回收
装置的运转停止的情况下，会导致来自制冷剂回路的制冷剂的损失、进而导致冷却水向制冷剂回路侵入。通过利用控制部使废热回收装置的运转停止，能够防止制冷剂的损失。
27.另外，在本发明的一方案的废热回收装置的控制方法中，所述废热回收装置具备：制冷剂回路，该制冷剂回路具有冷凝器，该冷凝器使通过涡轮后的制冷剂利用与冷却水的热交换而冷凝，该涡轮利用由蒸发器蒸发后的所述制冷剂而旋转；以及冷却水配管，该冷却水配管供通过所述冷凝器后的所述冷却水流通，所述废热回收装置的控制方法包括如下工序：泄漏检测工序，对在所述冷却水配管中流通的所述冷却水所包含的所述制冷剂进行检测；以及停止工序，在利用所述泄漏检测工序检测到所述制冷剂时，使所述废热回收装置停止。
28.发明效果
29.根据本发明的废热回收装置及其控制方法，即使在制冷剂从制冷剂回路泄漏的情况下，也能够迅速地检测制冷剂的泄漏。
附图说明
30.图1是示出本发明的一实施方式的废热回收装置的结构的图。
具体实施方式
31.以下，参照附图对本发明的一实施方式的废热回收装置1进行说明。
32.废热回收装置1例如是如下的orc(organic rankine cycle：有机朗肯循环)所采用的装置：利用热交换将对作为产生船舶的推进力的主内燃机的柴油发动机(未图示)进行冷却的水套水的废热传递到填充于制冷剂回路10的有机流体，并利用该制冷剂使与发电机(未图示)连接的涡轮13旋转来进行发电。
33.如图1所示，废热回收装置1具备制冷剂回路10、与制冷剂回路10所具有的冷凝器14连接的冷却水排出配管52(以下简称为“冷却水配管52”)以及设置于冷却水配管52的泄漏检测器30。
34.制冷剂回路10具备蒸发器12、涡轮13、冷凝器14及泵15，各设备通过利用制冷剂配管20、制冷剂配管21、制冷剂配管22、制冷剂配管23连接而构成回路。在制冷剂回路10中填充有有机介质(例如，代替氟利昂等制冷剂。以下简称为“制冷剂”。)。
35.蒸发器12是使填充于制冷剂回路10的制冷剂与因柴油发动机(未图示)的冷却而高温化的水套水进行热交换而蒸发的装置。利用蒸发器12内部的热交换器进行热交换。
36.涡轮13是利用由蒸发器12蒸发的制冷剂进行旋转的装置。涡轮13构成为能够向发电机(未图示)传递旋转动力。也就是说，发电机通过由涡轮13驱动而进行发电。
37.冷凝器14是使通过涡轮13后的制冷剂与冷却水进行热交换而冷凝的装置。冷却水例如为海水，经由与冷凝器14的冷却水入口连接的冷却水供给配管50向冷凝器14供给。供给到冷凝器14的冷却水一边通过冷凝器14一边与填充于制冷剂回路10的制冷剂进行热交换。通过冷凝器14后的冷却水(在冷凝器14中与制冷剂进行热交换后的冷却水)经由与冷凝器14的冷却水出口连接的冷却水配管52向冷凝器14的外部排出。
38.泵15是通过将由冷凝器14冷凝而液化了的制冷剂经由制冷剂配管23向蒸发器12侧输送，从而在制冷剂回路10中形成制冷剂的流动的装置。
39.根据上述结构，构成制冷剂的流动按照蒸发器12、制冷剂配管20、涡轮13、制冷剂配管21、冷凝器14、制冷剂配管22、泵15、制冷剂配管23的顺序形成的制冷剂回路10。
40.在本实施方式的废热回收装置1中，在供通过冷凝器14后的冷却水流通的冷却水配管52设置有泄漏检测器30。
41.泄漏检测器30是在冷却水配管52中流通的冷却水中包含制冷剂的情况下检测该制冷剂的装置。
42.此外，在与冷凝器14的冷却水出口(在冷却水的流动方向上冷凝器14的下游侧)连接的冷却水配管52中流通的冷却水的压力大致为大气压，因此在高压的制冷剂向在冷却水配管52中流通的冷却水泄漏的情况下，制冷剂因压力的下降而气化，成为气体制冷剂。因此，泄漏检测器30主要是检测在冷却水配管52中流通的冷却水所包含的气体制冷剂的装置。
43.以下，对泄漏检测器30进行详细说明。
44.如图1所示，泄漏检测器30具备排气阀32和制冷剂检测器34。
45.排气阀32是在内部积存一定量的气体时能够自动地向外部排出气体的阀，设置于分支配管35。
46.作为排气阀32，例如使用浮子式的阀。浮子式的阀通过漂浮于阀内的液体的浮子(浮标)随着阀内的液位的变化而上下移动，从而将阀关闭或打开。详细而言，当气体在液体保持规定的液位而被封入的阀内聚集而比重比气体重的液体被气体下压时，利用漂浮于液体的浮子将阀打开。当通过阀的打开而排出气体且被气体下压了的液位上升而返回到原来的液位时，利用漂浮于液体的浮子将阀关闭。
47.分支配管35是成为上游侧的基端部与冷却水配管52连接并且向铅垂方向上方分支并延伸的配管。此时，优选的是，连接有分支配管35的基端部的冷却水配管52的部分是冷却水配管52的顶部等气体容易因浮力而聚集的部分。由此，在冷却水配管52中流通的冷却水所包含的气体容易被捕集到排气阀32。另外，优选的是，排气阀32设置在分支配管35的铅垂方向上方。由此，分支配管35内的气体容易被捕集到排气阀32。
48.在排气阀32连接有供从排气阀32排出的气体流通的排出配管36。
49.排出配管36通过在从排气阀32向铅垂方向上方延伸出之后，呈倒u字状弯曲，从而使排出口36a朝向铅垂方向下方开口。此外，排出口36a为开放端，周围为空气环境。
50.制冷剂检测器34设置于排出口36a的铅垂方向下方。制冷剂检测器34在从排出口36a排出的气体中含有制冷剂的情况下，能够检测该制冷剂。此时，例如，在从排气阀32排出的气体为空气与气体制冷剂的混合气体的情况下，如果在排出口36a的下方设置有制冷剂检测器34，则能够将比重比空气重的气体制冷剂从空气中分离并引导到制冷剂检测器34。作为制冷剂检测器34，例如使用电阻式的传感器。
51.泄漏检测器30如下进行工作。
52.即，在冷却水配管52中流通的冷却水所包含的气体经由分支配管35被捕集到排气阀32。
53.当一定量的气体积存在排气阀32内时，排气阀32将气体自动地排出到外部。
54.排出的气体经由排出配管36从排出口36a排出到空气中。
55.此时，有时在排出的气体中含有制冷剂。例如，在设置于冷凝器14的内部的热交换
用的板破损的情况下，制冷剂从制冷剂回路10向冷却水侧(冷却水配管52)泄漏。于是，泄漏的制冷剂混入冷却水而在冷却水配管52中流通，其结果是，作为气体被捕集到排气阀32。
56.如上所述，在排出的气体中含有制冷剂的情况下，制冷剂检测器34检测制冷剂(泄漏检测工序)。此外，即使在制冷剂未泄漏的情况下，在冷却水中混入空气的情况下，有时也会从排气阀32排出气体。但是，如果仅排出空气，则毫无疑问，制冷剂检测器34不会产生反应。
57.在制冷剂检测器34检测到制冷剂的情况下，制冷剂检测器34将该信息发送到控制部(未图示)。
58.控制部例如由cpu(central processing unit：中央处理单元)、ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)及计算机可读取的存储介质等构成。并且，作为一例，用于实现各种功能的一系列的处理以程序的形式存储在存储介质等中，cpu通过将该程序读取到ram等中，并执行信息的加工/运算处理，从而实现各种功能。此外，程序也可以应用rom或其他存储介质中预先安装的形式、在计算机可读取的存储介质中存储的状态下提供的形式、经由有线或无线的通信机构发布的形式等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、cd
‑
rom、dvd
‑
rom、半导体存储器等。
59.控制部在从制冷剂检测器34接收到制冷剂检测的信号的情况下，判断为制冷剂从制冷剂回路10向冷却水侧泄漏。在由控制部判断为制冷剂泄漏的情况下，废热回收装置1通过控制部停止运转(停止工序)。
60.根据本实施方式，起到以下的效果。
61.即使在由于设置于冷凝器14内部的热交换用的板破损等现象而制冷剂从制冷剂回路10向冷却水配管52泄漏的情况下，也能够利用泄漏检测器30检测制冷剂的泄漏。在检测到制冷剂的泄漏的情况下，通过进行控制以使废热回收装置1停止，能够抑制来自制冷剂回路10的制冷剂的损失、冷却水向制冷剂回路10侵入的现象。
62.此外，如果是orc以外的废热回收装置，例如是在纯水与海水之间进行热交换的热交换器，则在海水向供纯水流通的配管泄漏的情况下，通过检测纯水的导电率的变化，能够容易地检测海水的泄漏。但是，在采用orc的废热回收装置的情况下，由于制冷剂为非导电性，因此难以检测泄漏，利用了导电率的变化的检测方法不适合。另外，认为即使能够通过利用了导电率的变化的检测方法检测到制冷剂，在检测到的时刻也已经泄漏了相当量的制冷剂。因此，不仅成为制冷剂的损失，还存在污染外部环境的可能性。
63.另外，泄漏检测器30对在冷却水配管52中流通的冷却水所包含的气体制冷剂进行检测，因此，例如与基于填充于制冷剂回路10的液体制冷剂的液量检测泄漏的情况相比，能够检测制冷剂的微小泄漏。这点从气体制冷剂的比体积比液体制冷剂大可明确。因此，能够比较迅速地检测制冷剂的泄漏。
64.另外，泄漏的气体制冷剂的比重比空气大，因此当在从排气阀32排出的气体中含有气体制冷剂的情况下，容易被设置于朝向铅垂方向下方开口的排出口36a的铅垂方向下方的制冷剂检测器34检测到。
65.符号说明
66.1 废热回收装置
67.10 制冷剂回路
68.12 蒸发器
69.13 涡轮
70.14 冷凝器
71.15 泵
72.20、21、22、23 制冷剂配管
73.30 泄漏检测器
74.32 排气阀
75.34 制冷剂检测器
76.35 分支配管
77.36 排出配管
78.36a 排出口
79.50 冷却水供给配管
80.52 冷却水排出配管(冷却水配管)