過給空気冷却ユニット

本発明は、過給空気冷却ユニットに関する。

従来、船舶等のエンジンに供給される過給空気を冷却する過給空気冷却ユニットが知られている。このような過給空気冷却ユニットの一例として、特許文献1には、エンジンと過給機とを繋ぐ吸気ラインと、吸気ラインを通過する過給空気の熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、吸気ラインを通過する過給空気を冷却するガスクーラと、を備えたユニットが記載されている。

特許文献1に開示された排熱回収装置は、作動媒体を加熱する加熱器と、加熱器から流出した作動媒体が流入する膨張機と、膨張機に繋がる動力回収機と、を有している。加熱器においては、吸気ラインを通過する過給空気と作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、過給空気が冷却されつつ作動媒体が蒸発する。当該蒸発した作動媒体が膨張機に流入することにより、動力回収機において熱エネルギーが回収される。

また、特許文献1では、ガスクーラは、排熱回収装置の加熱器よりも過給空気の流れ方向の下流側に位置している。ガスクーラでは、ガスクーラ内に設けられた吸気ラインを通過する過給空気と冷却媒体との間で熱交換が行われることにより、排熱回収装置で冷却された過給空気がさらに冷却される。

特開2015−200181号公報

特許文献1では、排熱回収装置の加熱器とガスクーラとによって過給空気を冷却することができるため、加熱器およびガスクーラのいずれか一方に不具合が生じた場合であっても過給空気を冷却することができる。

加熱器で用いられる作動媒体の熱伝達率が、ガスクーラで用いられる冷却媒体(水もしくは海水)の熱伝達率よりも低い場合には、加熱器における伝熱面積を大きくする必要がある。このため、加熱器はガスクーラよりも大きく形成される必要がある。この場合、加熱器内には過給空気の空気だまりができる箇所が存在し、この箇所での過給空気の流れが悪くなってしまう虞がある。その結果、過給空気の空気だまりを通過する作動媒体と過給空気との間での熱交換量が低減し、空気だまりを通過する作動媒体が蒸発しにくいという問題が生ずる虞がある。

本発明の目的は、加熱器を通過する作動媒体が確実に蒸発できる過給空気冷却ユニットを提供することである。

本発明の一つの面に係る過給空気冷却ユニットは、過給機からエンジンへ供給される過給空気と作動媒体との間で熱交換し、前記作動媒体を蒸発させる蒸発器部と、前記蒸発器部において気化した前記作動媒体が流入する膨張機と、前記膨張機の動力を回収する動力回収機と、前記蒸発器部で冷却された前記過給空気と冷却媒体との間で熱交換し、前記過給空気をさらに冷却するガスクーラ部と、を備える。前記蒸発器部における前記過給空気の流路の幅が前記ガスクーラ部における前記過給空気の流路の幅よりも大きく形成されることにより、前記蒸発器部における前記過給空気の流路に段差部が形成されている。前記蒸発器部は、前記段差部によって拡大された領域である第1領域を通過する前記作動媒体の流量が、前記蒸発器部における前記第1領域以外の領域である第2領域を通過する前記作動媒体の流量よりも小さくなるように、又は、前記第1領域内では前記作動媒体が通過しないように、構成されている。

上記の過給空気冷却ユニットにおいては、前記蒸発器部における前記第1領域には前記過給空気の流れが悪い空気だまりが生じるため、前記第1領域を通過する前記作動媒体と前記過給空気との間の熱交換量が低い。しかし、前記第1領域を通過する前記作動媒体の流量が前記第2領域を通過する前記作動媒体の流量よりも小さいので、前記第1領域を通過する前記作動媒体を蒸発させ易くすることができる。または、第1領域内では前記作動媒体が通過しないので、作動媒体が蒸発しないという状況を回避することができる。

上記構成において、前記蒸発器部は、前記作動媒体が流れる複数の伝熱管を有し、前記複数の伝熱管は、前記第2領域に配置される第1伝熱管と、前記第1領域に配置される第2伝熱管と、を有し、前記第2伝熱管は、前記第1伝熱管よりも細く形成されていてもよい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第2伝熱管は、前記第1伝熱管よりも細く形成されているので、作動媒体の流量を絞る手段を伝熱管に設けなくても、前記第2伝熱管を流れる作動媒体の流量を前記第1伝熱管を流れる作動媒体の流量よりも小さくすることができる。そのため、上記の過給空気冷却ユニットでは、簡単な構成で前記段差部を通過する前記作動媒体を蒸発させることができる。

上記構成において、前記蒸発器部は、前記作動媒体が流れる複数の伝熱管を有し、前記複数の伝熱管は、前記第2領域に配置される第1伝熱管と、前記第1領域に配置される第2伝熱管と、を有し、前記第2伝熱管は、前記作動媒体の流路を絞る流量調整弁が設けられてもよい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第2伝熱管は、前記流量調整弁を絞ることにより、前記第2伝熱管を流れる作動媒体の流量が前記第1伝熱管を流れる作動媒体の流量よりも少なくすることができる。そのため、上記の過給空気冷却ユニットは、前記段差部を通過する前記作動媒体をより蒸発させ易くすることができる。

上記構成において、前記過給機から前記エンジンへ前記過給空気を移送するための掃気ラインを有してもよい。前記掃気ラインは、前記過給機から前記蒸発器部へ前記過給空気を移送するための第1シェルと、前記蒸発器部に設けられた第1冷却シェルと、を有してもよい。前記第1シェルには、前記第1冷却シェルとの接続部に向かって徐々に前記過給空気の流路の幅が広がるように傾斜した傾斜部が形成され、前記第1シェルと前記第1冷却シェルとは、前記接続部において同じ幅になっていてもよい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第1シェルと前記第1冷却シェルとの接続部に過給空気が流れやすくなるので、前記接続部近傍に過給空気の空気だまりが生じにくい。そのため、上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第1冷却部における前記作動媒体と前記過給空気との間での熱交換量が大きくなる。

上記構成において、前記蒸発器部では、前記第2領域に、前記作動媒体の流路が配置され、前記第1領域には、前記作動媒体の流路が配置されていなくてもよい。

上記の過給空気冷却ユニットでは、前記第1領域以外の第2領域に、前記作動媒体の流路が配置されているので、前記段差部で前記作動媒体が蒸発できないといったこと防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、前記段差部近傍を通過する前記作動媒体と前記過給空気との間での熱交換量が低くても、前記段差部近傍を通過する前記作動媒体が蒸発させることができる。

第1の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの概略構成図である。

第1の実施形態に係る過給空気冷却ユニットにおける過給空気の流れを説明するための部分拡大図である。

第1の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部近傍における過給空気の流れを説明するための部分拡大図である。

第1の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部における伝熱管の配列状態を示す拡大図である。

第2の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部における伝熱管の配列状態を示す拡大図である。

第3の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部近傍における過給空気の流れを説明するための拡大図である。

第4の実施形態に係る過給空気冷却ユニットの蒸発器部の伝熱管の配列状態を示す拡大図である。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、各実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1を説明するために必要となる主要な構成要素を簡略化して示したものである。したがって、各実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成要素を備え得る。

(第1の実施形態) 図1に示すように、第1の実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1は、過給機1からエンジン2へと供給される過給空気を冷却するためのユニットである。第1の実施形態では、過給空気冷却ユニットX1は、エンジン2の動力によって走行する船舶に搭載される。具体的には、第1の実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1は、エネルギー回収装置6、冷却装置8、検知センサ9、および制御部10を備えている。これらの構成要素が過給機1、エンジン2、掃気ライン3、および排気ライン4とともに船舶に搭載されている。

エネルギー回収装置6に設けられた蒸発器部5aと、冷却装置8に設けられたガスクーラ部5bとにより、冷却器5が構成される。蒸発器部5aでは、過給機1からエンジン2へ供給される過給空気と作動媒体との間で熱交換が行われ、作動媒体が蒸発する。ガスクーラ部5bでは、蒸発器部5aで冷却された前記過給空気と冷却媒体との間で熱交換が行われ、前記過給空気がさらに冷却される。冷却器5の具体的な構成については後述する。

以下では、図1を参照しながら、船舶に搭載された過給機1、エンジン2、掃気ライン3、排気ライン4、エネルギー回収装置6、冷却装置8、検知センサ9、および制御部10について具体的に説明する。

過給機1は、圧縮機11およびタービン12を有している。圧縮機11とタービン12とは、軸で互いに連結されている。圧縮機11は、掃気ライン3を介してエンジン2に繋がっており、タービン12は、排気ライン4を介してエンジン2に繋がっている。

圧縮機11に供給された空気は、圧縮機11において圧縮されることにより過給空気となり、当該過給空気は、掃気ライン3を通じてエンジン2に供給される。これにより、エンジン2が駆動され、当該エンジン2を搭載した船舶が走行する。このとき、エンジン2にて生じた排ガスは、排気ライン4を通じてタービン12に送られる。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、このタービン12の駆動力により圧縮機11が駆動される。そして、タービン12を通過した排ガスは、当該タービン12の外部へと排出される。

ここで、圧縮機11からエンジン2へ向かって過給空気が流れる掃気ライン3は、第1シェル31と、第2シェル32と、第3シェル33と、を有する。

第1シェル31は、圧縮機11から過給空気が流入する部位であって、過給空気の流れ方向における冷却器5の上流側に位置している。第2シェル32は、第1シェル31から過給空気が流入する部位であって、冷却器5の筺体を構成する。第2シェル32は、過給空気の流れ方向における第1シェル31の下流側部に繋がっている。第3シェル33は、第2シェル32から流出した過給空気をエンジン2に流入させる部位であって、過給空気の流れ方向における第2シェル32の下流側部とエンジン2とを繋いでいる。

過給機1において生成された過給空気は、第1シェル31、第2シェル32、第3シェル33の順に掃気ライン3を通過する途中で冷却器5において所定の温度まで冷却され、エンジン2へと供給される。

エネルギー回収装置6は、作動媒体のランキンサイクルを利用した発電システムである。エネルギー回収装置6に用いられる作動媒体としては、例えば、R245fa等の水よりも低沸点の有機流体が挙げられる。

エネルギー回収装置6は、ポンプ61、第1冷却部62、膨張機63、動力回収機64、凝縮部65、および循環配管66を備えている。ポンプ61、第1冷却部62、膨張機63、凝縮部65は、作動媒体がこの順番に循環するように循環配管66によって繋がっている。具体的には、ポンプ61と第1冷却部62とは、循環配管66の第1配管66aを介して互いに繋がっている。また、第1冷却部62と膨張機63とは、循環配管66の第2配管66bを介して互いに繋がっている。また、膨張機63と凝縮部65とは、循環配管66の第3配管66cを介して互いに繋がっている。また、凝縮部65とポンプ61とは、循環配管66の第4配管66dを介して互いに繋がっている。

ポンプ61は、循環配管66内で作動媒体が循環するように当該作動媒体を加圧する。ポンプ61は、第1配管66aに繋がっており、当該第1配管66aを通じて第1冷却部62に作動媒体が流入するように、当該作動媒体を圧送する。ポンプ61としては、インペラをロータとして備える遠心ポンプや、ロータが一対のギアからなるギアポンプ等が用いられる。

第1冷却部62は、蒸発器部5aの構成要素である。すなわち、蒸発器部5aは、過給空気が流れる後述の第1冷却シェル32aと、作動媒体が流れる第1冷却部62と、を有している。第1冷却部62では、過給機1からエンジン2へと第1冷却シェル32a内を流れる過給空気と、当該第1冷却部62に流入する作動媒体との間で熱交換が行われる。これにより、過給空気が冷却される一方で、作動媒体が蒸発する。第1冷却部62は、作動媒体の流れ方向におけるポンプ61の下流側に位置している。第1配管66aは、ポンプ61により圧送された液相の作動媒体が該第1冷却部62に流入するように、第1冷却部62とポンプ61とを繋いでいる。第1冷却部62は、掃気ライン3の第2シェル32を流れる過給空気を冷却する。これにより、過給空気冷却ユニットX1では、冷却器5の蒸発器部5aにおいて、液相の作動媒体と過給空気との間で熱交換が行われ、作動媒体が蒸発するとともに過給空気が冷却される。

膨張機63は、作動媒体の流れ方向における第1冷却部62の下流側に位置している。第2配管66bは、第1冷却部62において蒸発した気相の作動媒体が膨張機63に流入するように、第1冷却部62と膨張機63とを繋いでいる。本実施形態では、膨張機63としてスクリュ膨張機が用いられている。スクリュ膨張機では、気相の作動媒体の膨張エネルギーによりスクリュであるロータ部が回転駆動される。なお、膨張機63としては、スクリュ膨張機に限らず、例えば遠心式のものやスクロールタイプのもの等が用いられてもよい。

動力回収機64は、膨張機63のロータ部に接続されている。動力回収機64は、気相の作動媒体の膨張エネルギーにより回転駆動されたロータ部を通じて動力を回収する。これにより、エネルギー回収装置6は、過給空気の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。なお、動力回収機64は、電気エネルギーに変換する構成に限られず、例えば運動エネルギーに変換する構成であってもよい。

凝縮部65は、作動媒体の流れ方向において膨張機63の下流側に位置している。第3配管66cは、膨張機63から流出した気相の作動媒体が凝縮部65に流入するように、膨張機63と凝縮部65とを繋いでいる。

ここで、凝縮部65は、凝縮器7に設けられている。凝縮器7では、膨張機63から凝縮部65に流入した気相の作動媒体と後述する冷却媒体との間で熱交換が行われる。これにより、凝縮部65を流れる作動媒体が凝縮する。そして、凝縮部65において凝縮した作動媒体は、第4配管66dを通じてポンプ61へと流入し、再び第1冷却部62へと送られることになる。

冷却装置8は、エネルギー回収装置6とは別個に設けられた過給空気を冷却するための装置である。冷却装置8は、作動媒体によって過給空気を冷却するエネルギー回収装置6とは異なり、冷却媒体によって過給空気を冷却する。本実施形態では、過給空気冷却ユニットX1が船舶に搭載されているため、冷却媒体としては海水を利用することができる。

冷却装置8は、供給流路81、第1流路82、第2流路83、流量調整部84、およびポンプ85,86を有する。

供給流路81は、冷却媒体の供給源(図示省略)に繋がっている。

第1流路82は、流量調整部84を介して、冷却媒体の流れ方向における供給流路81の下流端に繋がっている。第1流路82は、上流部82a、第2冷却部82b、および下流部82cを含んでいる。

上流部82aは、流量調整部84に接続されており、流量調整部84を介して供給流路81と第2冷却部82bとを繋いでいる。上流部82aには、ポンプ85が取り付けられている。供給流路81から流量調整部84を介して上流部82aに流入した冷却媒体は、ポンプ85によって第2冷却部82bへと圧送される。

第2冷却部82bでは、過給機1からエンジン2へと供給される過給空気と当該第2冷却部82bに流入する冷却媒体との間で熱交換が行われる。これにより、第2冷却部82bでは、過給空気が冷却される。第2冷却部82bは、上流部82aと下流部82cとを繋いでいる。第2冷却部82bは、冷却器5のガスクーラ部5bに設けられている。具体的には、ガスクーラ部5bは、過給空気が流れる後述の第2冷却シェル32b(図2参照)と、冷却媒体が流れる第2冷却部82bと、を有している。第2冷却部82bでは、当該第2冷却部82bを流れる冷却媒体によって掃気ライン3の第2シェル32を流れる過給空気が冷却される。これにより、過給空気冷却ユニットX1の冷却器5では、過給空気と作動媒体との熱交換によって当該過給空気を冷却可能であるとともに、過給空気と冷却媒体との熱交換によっても当該過給空気を冷却可能である。

下流部82cは、冷却媒体の流れ方向における第2冷却部82bの下流側に繋がっている。第2冷却部82bから流出した冷却媒体は、下流部82cを通じて冷却装置8の外部へ排出される。

第2流路83は、第1流路82とは別個に流量調整部84を介して冷却媒体の流れ方向における供給流路81の下流側に繋がっている。第2流路83は、上流部83a、第3冷却部83b、および下流部83cを含んでいる。

上流部83aは、供給流路81と第3冷却部83bとを繋いでいる。上流部83aには、ポンプ86が取り付けられている。供給流路81から流量調整部84を介して上流部83aに流入した冷却媒体は、ポンプ86によって第3冷却部83bへと圧送される。

第3冷却部83bは、上流部83aと下流部83cとを繋いでいる。第3冷却部83bは、エネルギー回収装置6の凝縮部65と同様に、凝縮器7に設けられている。具体的には、第3冷却部83bは、凝縮部65を流れる作動媒体を凝縮可能なように、凝縮器7に設けられている。これにより、過給空気冷却ユニットX1では、凝縮器7において、作動媒体と冷却媒体との熱交換によって当該作動媒体を凝縮可能である。

下流部83cは、冷却媒体の流れ方向における第3冷却部83bの下流側に繋がっている。第3冷却部83bから流出した冷却媒体は、下流部83cを通じて冷却装置8の外部へ排出される。

流量調整部84は、第1流路82に供給される冷却媒体の流量である第1流量F1と第2流路83に供給される冷却媒体の流量である第2流量F2とを調整可能な弁部材である。本実施形態では、流量調整部84は、3方電磁弁あるいは3方電動弁等の3方弁である。冷却装置8では、各流路82,83に対する流量調整部84の弁開度を調整することによって、供給源から供給流路81を通じて第1流路82に供給される第1流量F1と第2流路83に供給される第2流量F2との割合を調整可能である。

検知センサ9は、掃気ライン3の第3シェル33に取り付けられている。これにより、検知センサ9は、冷却器5において第1冷却部62または第2冷却部82bによって冷却された後、エンジン2に流入する前の過給空気の温度Tを検知可能である。検知センサ9において検知された温度Tに応じた信号は、制御部10に送られる。

制御部10は、検知センサ9からの温度情報を受け付け、当該温度情報と記憶部に記憶された上限温度値T1とを比較することにより、冷却器5において冷却された過給空気の温度が上限温度値T1以上であるか否かを判定する。

ここで、図2〜4を参照しながら、掃気ライン3について具体的に説明する。図2は、掃気ライン3の第1シェル31から第2シェル32、第3シェル33を介してエンジン2へ供給される過給空気の流れを示す図である。図2に示すように、エンジン2は、第1シェル31、第2シェル32及び第3シェル33の側方に配置されている。

第1シェル31は筒状に形成されている。第1シェル31の内部は過給空気の流路S1を構成している。第1シェル31のエンジン2が配置されている側の側面とは反対側の側面には、第1冷却シェル32aに向かって徐々に流路S1の幅が大きくなるように傾斜した傾斜部31aが形成されている。一方、第1シェル31においてエンジン側の側面は上下に延びている。

図3に示すように、第2シェル32は、蒸発器部5aを構成する第1冷却シェル32aと、ガスクーラ部5bを構成する第2冷却シェル32bと、を有する。第1冷却シェル32aは筒状に形成されている。第1冷却シェル32aの内部は過給空気の流路S2を構成している。第1冷却シェル32aは第1シェル31と接続されている。第1冷却シェル32aの過給空気の入口の幅は、第1シェル31の過給空気の出口の幅よりも大きく形成されている。これにより、蒸発器部5aにおける過給空気の流路S2に過給空気の流れる断面積が急拡大する段差部322aが形成されている。なお、段差部322aでは、過給空気の流れが少ない空気だまりが形成される。

第2冷却シェル32bは筒状に形成されている。第2冷却シェル32bの内部は過給空気の流路S3を構成している。第2冷却シェル32bは、第1冷却シェル32aの過給空気の流れ方向における下流側に位置し、第1冷却シェル32aと接続されている。

第1冷却シェル32aの過給空気の出口の幅は、第2冷却シェル32bの過給空気の入口の幅よりも大きく形成されている。これにより、蒸発器部5aにおける過給空気の流路S2が急縮小する段差部322bが形成されている。言い換えると、蒸発器部5aにおける過給空気の流路の幅が、ガスクーラ部5bにおける過給空気の流路の幅よりも大きく形成されることによって、段差部322bが形成されている。このため、第1冷却シェル32a内の空間には、段差部322bによって拡大された領域(第1領域)322cが含まれる。この第1領域322cは、段差部322bから第1冷却シェル32aの筒軸方向に延びており、上下方向に見て、第2冷却シェル32bの空気入口から側方にはみ出ている。また、第1冷却シェル32a内の空間には、第2冷却シェル32bの過給空気の入口から第1冷却シェル32aの筒軸方向に延びる主領域である第2領域322dが含まれる。したがって、第1冷却シェル32a内の空間は、第2冷却シェル32bの過給空気の入口から真っ直ぐ延びた第2領域322dと、第2領域322dの側方に位置する第1領域322cと、を含む。なお、段差部322bでは、過給空気の流れが少ない空気だまりが形成される。

第3シェル33は、第2冷却シェル32bから流出した過給空気の流れ方向をエンジン2側へ変える曲がり部33aと、曲がり部33aを流れ出た過給空気を上方へ導くストレート管部33bと、ストレート管部33bから流れ出た過給空気をエンジン2へ吸入させる吸入部33cと、を有する。曲がり部33aは、第2冷却シェル32bの過給空気の流れ方向における下流側に位置し、第2冷却シェル32bの下端部に接続されている。ストレート管部33bは、曲がり部33aと接続され、第2シェル32とエンジン2との間に配置されている。ストレート管部33bは、エンジン2の上部に位置する吸気口の高さ位置まで過給空気を案内する。

吸入部33cは、第1シェル31とエンジン2との間に配置され、ストレート管部33bとエンジン2とを接続している。第3シェル33の内部は過給空気の流路S4を構成している。

図3に示すように、第1シェル31から第1冷却シェル32aへ流入する過給空気の大部分は流れ方向に直進する。すなわち、過給空気は、第1冷却シェル32a内の第2領域322dを流れる。このとき、一部の過給空気は、段差部322aの下方の位置を流れる。すなわち、一部の過給空気は、第1領域322cを流れる。第1領域322cを流れる過給空気は、段差部322bの上の位置で第2領域322d内に戻り、第2冷却シェル32bへ流入する。

図4は、冷却器5を側面視した概略図であって、本実施形態では、冷却器5は、シェル&チューブ式の熱交換器である。冷却器5の蒸発器部5aは、ガスクーラ部5bの過給空気の流れ方向における上流側に配置されている。蒸発器部5aは、過給空気が流れる第1冷却シェル32aと、作動媒体が流れる第1冷却部62と、を有している。第1冷却部62は、作動媒体流入ヘッダ62aと、作動媒体流出ヘッダ62bと、複数の伝熱管62cと、を有している。

作動媒体流入ヘッダ62aと作動媒体流出ヘッダ62bとは、過給空気の流路S2における過給空気の流れ方向に沿って間隔を空けて並んでいる。作動媒体流入ヘッダ62aは、過給空気の流れ方向に対して直角方向に延びており、一端が段差部322b(第1領域322c)に至っている。作動媒体流出ヘッダ62bは、過給空気の流れ方向に対して直角方向に延びており、一端が段差部322a(第1領域322c)に至っている。

複数の伝熱管62cは、第1伝熱管622と第2伝熱管623とを有する。第1伝熱管622及び第2伝熱管623は、作動媒体流入ヘッダ62aと作動媒体流出ヘッダ62bとを繋いでいる。第1伝熱管622と第2伝熱管623とは、紙面と垂直な方向に蛇行しながら過給空気の流れ方向に延びている。なお、図4は、便宜上、第1伝熱管622と第2伝熱管623は左右に蛇行しているように描いている。

第1伝熱管622は、第2領域322d内に配置されている。すなわち、第1伝熱管622は、段差部322aから段差部322bまで延びる領域以外の領域322d内に配置されている。このため、第1伝熱管622は、第2冷却シェル32bの過給空気の入口幅の範囲内に収められている。言い換えると、第1伝熱管622は、過給空気の流れが直進する位置に配置されている。

第2伝熱管623は、第1領域322c内に配置されている。すなわち、第2伝熱管623は、段差部322aから段差部322bに至る領域に配置されている。このため、第2伝熱管623の一端は、第1領域322c内で作動媒体流入ヘッダ62aに接続され、第2伝熱管623の他端は、第1領域322c内で作動媒体流出ヘッダ62bに接続されている。

第2伝熱管623は、第1伝熱管622よりも細く形成されている。これにより、第2伝熱管623を流れる作動媒体の流量は、第1伝熱管622を流れる作動媒体の流量よりも少なくなっている。

エネルギー回収装置6のポンプ61によって圧送された作動媒体は、第1配管66aから作動媒体流入ヘッダ62aを通じて過給空気の流路S2内の伝熱管62cに流入する。作動媒体は、当該伝熱管62cを過給空気の流れ方向とは逆向きの方向に対して略平行な方向に流れ、作動媒体流出ヘッダ62bを通じて第2配管66bへと流出する。なお、作動媒体は、伝熱管62c内を下から上に向かって流れる。

ガスクーラ部5bは、過給空気が流れる第2冷却シェル32bと、冷却媒体が流れる第2冷却部82bと、を有している。第2冷却部82bは、冷却媒体流入ヘッダ82dと、冷却媒体流出ヘッダ82eと、複数の伝熱管82fと、を有している。

冷却媒体流入ヘッダ82dと冷却媒体流出ヘッダ82eとは、過給空気の流路S3における過給空気に流れ方向に沿って間隔を空けて並んでいる。

複数の伝熱管82fのそれぞれは、冷却媒体流入ヘッダ82dと冷却媒体流出ヘッダ82eとを繋いでいる。複数の伝熱管82fのそれぞれは、紙面と垂直な方向に蛇行しながら過給空気の流れ方向に延びている。なお、図4は、便宜上、複数の伝熱管82fを左右に蛇行しているように描いている。

供給流路81を通じて第1流路82の上流部82aに流入した冷却媒体は、冷却媒体流入ヘッダ82dを通じて流路S3内の各伝熱管82fに流入し、当該各伝熱管82fを過給空気の流れ方向に略平行な方向に流れ、冷却媒体流出ヘッダ82eを通じて下流部82cへと流出する。

本実施形態の過給空気冷却ユニットX1は、第2伝熱管623が第1伝熱管622よりも細く形成されているので、第2伝熱管623を流れる作動媒体の流量が第1伝熱管622を流れる作動媒体の流量よりも少ない。そのため、本実施形態の過給空気冷却ユニットX1は、過給空気の流路S2の第1領域322cにおける過給空気の流れが悪くても、第2伝熱管623を流れる作動媒体を蒸発させることができる。

(第2の実施形態) 次に、第2の実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1について図5を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構成部分には第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図5は、図4と同様に、冷却器5を側面視した部分拡大図である。第2実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1では、図5に示すように、過給空気の流路S2の段差部322a内から段差部322b内に至る位置に、第2伝熱管623aが配置されている。すなわち、第2伝熱管623aは、第1領域322c内に配置されている。

第2伝熱管623aは、作動媒体の流路幅が第1伝熱管622の作動媒体の流路幅と同じ大きさに形成されている。つまり、第2伝熱管623aの管径は、第1伝熱管622の管径と同じ管径となっている。第2伝熱管623aには、作動媒体の流路を絞る流量調整弁624が設けられている。これにより、第2伝熱管623aを流れる作動媒体の流量は、第1伝熱管622を流れる作動媒体の流量よりも少なくすることができる。なお、流量調整弁624は、作動媒体の流路を絞ることができるものであれば、いずれのタイプの弁を用いてもよい。

第2実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1では、第2伝熱管623aに作動媒体の流路を絞る流量調整弁624が設けられているので、第2伝熱管623aを流れる作動媒体の流量を第1伝熱管622を流れる作動媒体の流量よりも少なくすることができる。そのため、第2実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1では、第2冷却シェル32a内において、第1領域322cにおける過給空気の流れが第2領域322d内の流れよりも悪くても、第2伝熱管623aを流れる作動媒体を蒸発させることができる。

(第3の実施形態) 次に、第3の実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1について図6を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第1の実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第1実施形態と同じ構成部分には第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図6は、過給空気冷却ユニットX1の蒸発器部5a近傍の過給空気の流れを示す拡大図である。本実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1では、図6に示すように、掃気ライン3の第1シェル31には、エンジン2が配置されている側の側面に傾斜部31bが形成されている。傾斜部31bは、第1シェル31と第1冷却シェル32aとが接続する接続部に向かって徐々に過給空気の流路の幅が広くなるように傾斜している。このため、第1シェル31の過給空気の出口と第1冷却シェル32aの過給空気の入口は同じ大きさに形成されている。

本実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1では、図6に示すように、第1シェル31から第1冷却シェル32aへ流れる過給空気の一部が傾斜部31bに沿って進行する。このため、第1シェル31の傾斜部31bと第1冷却シェル32aとの接続部においては、過給空気が流れやすくなる。そのため、第1シェル31の傾斜部31bと第1冷却シェル32aとの接続部近傍には、過給空気の空気だまりが生じにくい。そのため、上記の過給空気冷却ユニットX1では、蒸発器部5aにおける作動媒体と過給空気との間での熱交換量が第1実施形態よりも大きくなる。

なお、第1冷却シェル32aに配置される第2伝熱管は、第1実施形態の第2伝熱管623や第2実施形態の流量調整弁624を設けた第2伝熱管623aと同様のものを使用することができる。

(第4の実施形態) 次に、第4の実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1について図7を参照しながら説明する。本実施形態は、第1領域322cに第2伝熱管が設けられていない点で、他の実施形態と相違するものである。その他の点については、第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る過給空気冷却ユニットX1では、第2領域322d内には伝熱管622が配置される一方で、第1領域322c内には伝熱管が配置されていない。このため、段差部322a、322b間の領域内で作動媒体が蒸発できないといったことが確実に防止される。

以上説明した各実施形態は、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、上記の各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。

例えば、上記の各実施形態では、過給空気冷却ユニットX1が船舶に適用される例について説明したが、これに限らない。過給空気冷却ユニットX1は、過給機1からエンジン2へ供給される過給空気を冷却するものであればよく、例えば過給機1およびエンジン2を搭載した車両等に適用されてもよい。過給空気冷却ユニットX1が車両等に適用される場合には、冷却装置8における冷却媒体として、海水ではなく、例えば貯留タンクに貯留された冷却水を用いることができる。

また、上記の各実施形態では、冷却器5の蒸発器部5a及びガスクーラ部5bは、シェル&チューブ式の熱交換器によって構成されているが、これに限らない。冷却器5の蒸発器部5a及びガスクーラ部5bは、例えば、複数のプレートが積層されることにより構成されるプレート式の熱交換器であってもよい。この場合、プレートを挟んで隣り合う一方の空間が過給空気の流路となり、他方の空間が作動媒体に流路となる。そして、蒸発器部5aにおける前記一方の空間の幅が、ガスクーラ部5bにおける前記一方の空間の幅よりも大きく形成されることによって、段差部が形成されることになる。

また、上記の各実施形態では、検知センサ9が掃気ライン3の第3シェル33に取り付けられる例について説明したが、これに限らない。検知センサ9は、冷却器5において冷却された過給空気の温度に関する情報を検知することができればよく、例えば冷却器5に取り付けられてもよい。

X1 過給空気冷却ユニット 1 過給機 2 エンジン 3 掃気ライン 5a 蒸発器部 5b ガスクーラ部 6 エネルギー回収装置 8 冷却装置 31 第1シェル 31a 傾斜部 32 第2シェル 32a 第1冷却シェル 62c 伝熱管 63 膨張機 64 動力回収機 322b 段差部 322c 第1領域 322d 第2領域 622 第1伝熱管 623 第2伝熱管 624 流量調整弁 S2 流路 S3 流路