JP2017050418A

JP2017050418A - Heat recovery device

Info

Publication number: JP2017050418A
Application number: JP2015173137A
Authority: JP
Inventors: 吉田　茂; Shigeru Yoshida; 茂吉田; 馬場　真二; Shinji Baba; 真二馬場; 和輝若宮; Kazuki Wakamiya; 藤田　優; Masaru Fujita; 優藤田
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2017-03-09

Abstract

【課題】熱回収装置の回収効率を向上する。
【解決手段】熱回収装置６は、熱交換器６２と、膨張機６３と、熱還流装置６７と、ポンプ６５とを備える。熱還流装置６７は、ペルチェ素子６８と、熱利用部６９とを備える。ペルチェ素子６８の放熱側電極６８４と吸熱側電極６８３との間に電流が流されることにより、吸熱側電極６８３において、膨張機６３からの作動流体から熱が吸収されて作動流体が冷却される。そして、吸熱側電極６８３にて吸収された熱が、吸熱側電極６８３よりも高温の放熱側電極６８４へと移動し、熱交換器６２に供給される作動流体に付与されて作動流体が予備加熱される。熱利用部６９は、ペルチェ素子６８のｐ型熱電素子およびｎ型熱電素子から発生するジュール熱を回収し、熱交換器６２に供給される作動流体に付与して予備加熱する。これにより、熱回収装置６の回収効率を向上することができる。
【選択図】図１The recovery efficiency of a heat recovery apparatus is improved.
A heat recovery device includes a heat exchanger, an expander, a heat reflux device, and a pump. The heat reflux device 67 includes a Peltier element 68 and a heat utilization unit 69. When a current flows between the heat radiation side electrode 684 and the heat absorption side electrode 683 of the Peltier element 68, the heat absorption side electrode 683 absorbs heat from the working fluid from the expander 63 and cools the working fluid. Then, the heat absorbed by the heat absorption side electrode 683 moves to the heat radiation side electrode 684 having a temperature higher than that of the heat absorption side electrode 683, and is applied to the working fluid supplied to the heat exchanger 62 to preheat the working fluid. Is done. The heat utilization unit 69 collects Joule heat generated from the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element of the Peltier element 68 and applies it to the working fluid supplied to the heat exchanger 62 for preheating. Thereby, the collection | recovery efficiency of the heat recovery apparatus 6 can be improved.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、熱回収装置に関する。 The present invention relates to a heat recovery apparatus.

従来より、ランキンサイクルを利用して原動機等の廃熱からエネルギーを回収する熱回収装置が知られている。このような熱回収装置では、原動機等の廃熱を作動流体に付与することにより作動流体を気化し、作動流体の蒸気によりタービンを駆動して発電を行うことにより、当該廃熱の一部が回収される。タービンで回収しきれない熱エネルギーは、作動流体の蒸気を凝縮する凝縮器において、海水や大気へと放出される。 Conventionally, a heat recovery apparatus that recovers energy from waste heat of a prime mover or the like using a Rankine cycle is known. In such a heat recovery device, waste heat from a prime mover or the like is applied to the working fluid, the working fluid is vaporized, and the turbine is driven by the steam of the working fluid to generate electricity, so that a part of the waste heat is generated. Collected. Thermal energy that cannot be recovered by the turbine is released to seawater or the atmosphere in a condenser that condenses the vapor of the working fluid.

特許文献１の廃熱回収装置では、ゼーベック効果を利用した熱電変換素子をエンジンや過熱器等に装着し、熱電変換素子により熱エネルギーから変換された電気エネルギーを蓄電装置に蓄電する技術が提案されている。 In the waste heat recovery apparatus of Patent Document 1, a technique is proposed in which a thermoelectric conversion element using the Seebeck effect is attached to an engine, a superheater, or the like, and electric energy converted from thermal energy by the thermoelectric conversion element is stored in a power storage device. ing.

特許文献２では、ランキンサイクル廃熱回収装置を含む内燃機関に接続される熱電デバイスについて提案されている。当該熱電デバイスでは、ランキンサイクル廃熱回収装置のエキスパンダを通過した作動流体から熱エネルギーの一部が抜き出され、電気エネルギーに変換されて電池等に蓄電される。また、作動流体が凍結している場合、熱電デバイスに電圧を印加することにより熱を発生させ、作動流体を加熱することができる。 Patent Document 2 proposes a thermoelectric device connected to an internal combustion engine including a Rankine cycle waste heat recovery device. In the thermoelectric device, part of the thermal energy is extracted from the working fluid that has passed through the expander of the Rankine cycle waste heat recovery apparatus, converted into electrical energy, and stored in a battery or the like. Moreover, when the working fluid is frozen, heat can be generated by applying a voltage to the thermoelectric device to heat the working fluid.

一方、特許文献３の蒸気タービン発電プラントでは、タービンからの高温の排気が流れるタービン排気通路と、冷却水が流れる冷却水通路との間に、プレート型熱交換器が配置される。プレート型熱交換器の内部には、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子が交互に配列される。そして、プレート型熱交換器を介してタービン配置通路から冷却水通路へと流れる熱の一部が、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子により電気に変換される。電気に変換されなかった残りの熱は冷却水に捨てられる。 On the other hand, in the steam turbine power plant of Patent Document 3, a plate heat exchanger is arranged between a turbine exhaust passage through which high-temperature exhaust from the turbine flows and a cooling water passage through which cooling water flows. In the plate heat exchanger, n-type semiconductor elements and p-type semiconductor elements are alternately arranged. A part of the heat flowing from the turbine arrangement passage to the cooling water passage through the plate heat exchanger is converted into electricity by the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element. The remaining heat that has not been converted to electricity is thrown away into the cooling water.

特許文献４では、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子を備えるペルチェ素子が、集積回路用の冷却ユニットに利用されている。ペルチェ素子では、通電によりｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子にジュール熱が発生する。当該ジュール熱により、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子を介した電極間の熱の移動が阻害される。当該冷却ユニットでは、ファンによりペルチェ素子の冷却が行われる。 In Patent Document 4, a Peltier element including an n-type semiconductor element and a p-type semiconductor element is used for a cooling unit for an integrated circuit. In the Peltier device, Joule heat is generated in the n-type semiconductor device and the p-type semiconductor device by energization. The Joule heat inhibits heat transfer between the electrodes via the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element. In the cooling unit, the Peltier element is cooled by the fan.

また、特許文献５の熱電ヒートポンプでは、ペルチェ素子のｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子にて発生するジュール熱が低温側電極へと流入することを抑制するために、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子の中央部に中間熱だまり層が設けられる。 Further, in the thermoelectric heat pump of Patent Document 5, in order to suppress the Joule heat generated in the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element of the Peltier element from flowing into the low temperature side electrode, the n-type semiconductor element and the p-type An intermediate heat accumulation layer is provided at the center of the semiconductor element.

特開２００９−１３３２１０号公報JP 2009-133210 A 特表２０１４−５０４３４５号公報Special table 2014-504345 gazette 特開平２−２３８１０４号公報JP-A-2-238104 特表２００２−５４０６３２号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-540632 特開２００５−２４９３６０号公報JP 2005-249360 A

ところで、特許文献４の冷却ユニットでは、ペルチェ素子にて発生したジュール熱は送風により部分的に除去され、大気中に放出されるだけであり、利用されてはいない。また、特許文献５の熱電ヒートポンプでは、低温側電極と中間熱だまり層との間においてｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子から発生したジュール熱は低温側電極へと流入するため、ペルチェ素子の効率向上に限界がある。 By the way, in the cooling unit of Patent Document 4, Joule heat generated in the Peltier element is partially removed by blowing and is only released into the atmosphere, and is not used. Further, in the thermoelectric heat pump of Patent Document 5, Joule heat generated from the n-type semiconductor element and the p-type semiconductor element between the low-temperature side electrode and the intermediate heat accumulation layer flows into the low-temperature side electrode. There is a limit to improvement.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱回収装置の回収効率を向上することを目的としている。 This invention is made | formed in view of the said subject, and aims at improving the collection | recovery efficiency of a heat recovery apparatus.

請求項１に記載の発明は、熱回収装置であって、回収対象物の熱を熱源として作動流体を加熱する熱交換器と、前記熱交換器からの作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する膨張機と、前記膨張機にて膨張させた作動流体を冷却するとともに前記熱交換器に供給される作動流体を予備加熱する熱還流装置と、前記熱還流装置にて冷却された作動流体を前記熱交換器へと送出するポンプとを備え、前記熱還流装置が、ｐ型熱電素子、ｎ型熱電素子、前記膨張機と前記ポンプとの間に配置される吸熱側電極、および、前記ポンプと前記熱交換器との間に配置される放熱側電極を有するペルチェ素子と、前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子から発生するジュール熱を回収する熱利用部とを備え、前記放熱側電極と前記吸熱側電極との間に電流を流すことにより、前記ペルチェ素子が、前記吸熱側電極において、前記膨張機からの作動流体から熱を吸収して作動流体を冷却し、前記吸熱側電極にて吸収された熱を前記吸熱側電極よりも高温の前記放熱側電極へと移動し、前記放熱側電極において、作動流体に前記吸熱側電極から移動された熱を付与して前記熱交換器に供給される作動流体を予備加熱し、前記熱利用部が、回収したジュール熱を、前記熱交換器に供給される作動流体に付与して作動流体を予備加熱する。 The invention according to claim 1 is a heat recovery apparatus, a heat exchanger that heats the working fluid using the heat of the object to be recovered as a heat source, and expands the working fluid from the heat exchanger to obtain mechanical energy. An expander to be recovered, a heat reflux device for cooling the working fluid expanded by the expander and preheating the working fluid supplied to the heat exchanger, and a working fluid cooled by the heat reflux device And a pump for delivering the heat to the heat exchanger, wherein the heat reflux device is a p-type thermoelectric element, an n-type thermoelectric element, a heat absorption side electrode disposed between the expander and the pump, and A Peltier element having a heat radiation side electrode disposed between a pump and the heat exchanger; and a heat utilization part for recovering Joule heat generated from the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element. Between the side electrode and the endothermic side electrode. When the current flows through the Peltier element, the heat absorption side electrode absorbs heat from the working fluid from the expander to cool the working fluid, and the heat absorbed by the heat absorption side electrode absorbs the heat. It moves to the heat radiation side electrode having a temperature higher than that of the side electrode, and in the heat radiation side electrode, the working fluid supplied to the heat exchanger is preheated by applying heat moved from the heat absorption side electrode to the working fluid. The heat utilization unit applies the recovered Joule heat to the working fluid supplied to the heat exchanger to preheat the working fluid.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱回収装置であって、前記熱利用部が、前記ポンプから前記熱交換器へと作動流体が流れる流路であり、前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子が、前記流路の内部に配置され、前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子からのジュール熱が前記流路を流れる作動流体に付与される。 Invention of Claim 2 is the heat recovery apparatus of Claim 1, Comprising: The said heat utilization part is a flow path through which a working fluid flows from the said pump to the said heat exchanger, The said p-type thermoelectricity An element and the n-type thermoelectric element are arranged inside the flow path, and Joule heat from the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element is applied to the working fluid flowing through the flow path.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱回収装置であって、前記放熱側電極も、作動流体を予備加熱する熱源として前記流路内部に配置される。 A third aspect of the present invention is the heat recovery apparatus according to the second aspect, wherein the heat radiation side electrode is also disposed inside the flow path as a heat source for preheating the working fluid.

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱回収装置であって、前記ｐ型熱電素子および前記ｎ型熱電素子のそれぞれの表面が絶縁層により覆われる。 A fourth aspect of the present invention is the heat recovery apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein each surface of the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element is covered with an insulating layer.

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の熱回収装置であって、前記ペルチェ素子の成績係数ＣＯＰが、ＣＯＰ＞５．８×Ｐｒ^−０．１を満たし、前記Ｐｒが、前記膨張機入口側の圧力の前記膨張機出口側の圧力に対する割合である。 Invention of Claim 5 is the heat recovery apparatus in any one of Claim 1 thru | or 4, Comprising: The coefficient of performance COP of the said Peltier device satisfy | fills COP> 5.8 * Pr- ^0.1 , The Pr is a ratio of the pressure on the expander inlet side to the pressure on the expander outlet side.

本発明では、熱回収装置の回収効率を向上することができる。 In the present invention, the recovery efficiency of the heat recovery apparatus can be improved.

一の実施の形態に係る熱回収装置を備える原動機システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a motor | power_engine system provided with the heat recovery apparatus which concerns on one embodiment. 熱還流装置を示す図である。It is a figure which shows a heat | fever reflux apparatus. 熱還流装置における作動流体の加熱の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of a heating of the working fluid in a heat | fever reflux apparatus. 圧力割合Ｐｒと下限ＣＯＰとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure ratio Pr and the minimum COP. 熱還流装置を示す図である。It is a figure which shows a heat | fever reflux apparatus. 熱回収装置を示す図である。It is a figure which shows a heat recovery apparatus.

図１は、本発明の一の実施の形態に係る熱回収装置６を備える原動機システム１の構成を示す図である。原動機システム１は、例えば、船舶の主機システムとして利用される。原動機システム１は、過給機付き原動機２と、過給機付き原動機２の廃熱を回収する熱回収装置６とを備える。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a prime mover system 1 including a heat recovery device 6 according to an embodiment of the present invention. The prime mover system 1 is used as a main engine system of a ship, for example. The motor system 1 includes a motor 2 with a supercharger and a heat recovery device 6 that recovers waste heat of the motor 2 with a supercharger.

過給機付き原動機２は、内燃機関である原動機３と、ターボチャージャである過給機４とを備える装置である。原動機３は、例えば、２ストロークエンジンである舶用原動機である。過給機４は、タービン４１と、タービン４１に機械的に接続されるコンプレッサ４２とを備える。原動機３と過給機４とは、掃気路３１および排気路３２により接続される。排気路３２は、原動機３からの排気をタービン４１へと導き、タービン４１を通過した排気を原動機システム１の外部へと導く。 The supercharger-equipped prime mover 2 is a device that includes a prime mover 3 that is an internal combustion engine and a supercharger 4 that is a turbocharger. The prime mover 3 is, for example, a marine prime mover that is a two-stroke engine. The supercharger 4 includes a turbine 41 and a compressor 42 that is mechanically connected to the turbine 41. The prime mover 3 and the supercharger 4 are connected by a scavenging path 31 and an exhaust path 32. The exhaust path 32 guides the exhaust from the prime mover 3 to the turbine 41 and guides the exhaust that has passed through the turbine 41 to the outside of the prime mover system 1.

タービン４１は、原動機３から排気路３２を介して供給された排気により回転する。コンプレッサ４２は、タービン４１にて発生する回転力を利用して（すなわち、タービン４１の回転を動力として）、原動機システム１の外部から吸気路４３を介して過給機４に導かれた吸気（空気）を加圧して圧縮する。コンプレッサ４２により加圧された吸気である圧縮空気（以下、「掃気」という。）は、原動機３に供給される。このように、過給機４では、排気を利用して吸気を加圧し、掃気が生成される。掃気路３１は、加圧された吸気を過給機４から原動機３へと導く流路、すなわち、加圧吸気路である。 The turbine 41 is rotated by the exhaust gas supplied from the prime mover 3 through the exhaust passage 32. The compressor 42 uses the rotational force generated in the turbine 41 (that is, using the rotation of the turbine 41 as power), and the intake air (from the outside of the prime mover system 1 to the supercharger 4 via the intake passage 43). Pressurize and compress air). Compressed air (hereinafter referred to as “scavenging”) that is the intake air pressurized by the compressor 42 is supplied to the prime mover 3. Thus, in the supercharger 4, the intake air is pressurized using the exhaust gas, and scavenging is generated. The scavenging passage 31 is a passage that guides pressurized intake air from the supercharger 4 to the prime mover 3, that is, a pressurized intake passage.

熱回収装置６は、配管６１と、熱交換器６２と、膨張機６３と、ポンプ６５とを備える。熱交換器６２、膨張機６３およびポンプ６５は、作動流体が流れる配管６１により、上記順序にて接続される。熱回収装置６では、ランキンサイクルが実現される。熱回収装置６にて利用される作動流体は、例えば水である。当該作動流体として有機媒体が利用されてもよい。 The heat recovery apparatus 6 includes a pipe 61, a heat exchanger 62, an expander 63, and a pump 65. The heat exchanger 62, the expander 63, and the pump 65 are connected in the above order by a pipe 61 through which the working fluid flows. In the heat recovery apparatus 6, a Rankine cycle is realized. The working fluid used in the heat recovery apparatus 6 is, for example, water. An organic medium may be used as the working fluid.

熱回収装置６は、また、熱還流装置６７をさらに備える。熱還流装置６７は、ペルチェ素子６８と、熱利用部６９と、吸熱部６８５と、放熱部６８６とを備える。図２は、熱回収装置６を拡大して示す図である。図２に示すように、ペルチェ素子６８は、ｐ型熱電素子６８１と、ｎ型熱電素子６８２と、吸熱側電極６８３と、放熱側電極６８４とを備える。ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２のそれぞれの表面は、絶縁層により覆われる。熱利用部６９は、ペルチェ素子６８に取り付けられる。熱利用部６９は、ペルチェ素子６８と一体的に形成されてもよい。 The heat recovery device 6 further includes a heat reflux device 67. The heat reflux device 67 includes a Peltier element 68, a heat utilization unit 69, a heat absorption unit 685, and a heat radiation unit 686. FIG. 2 is an enlarged view of the heat recovery device 6. As shown in FIG. 2, the Peltier element 68 includes a p-type thermoelectric element 681, an n-type thermoelectric element 682, a heat absorption side electrode 683, and a heat radiation side electrode 684. Each surface of the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 is covered with an insulating layer. The heat utilization unit 69 is attached to the Peltier element 68. The heat utilization part 69 may be formed integrally with the Peltier element 68.

図１に示すように、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５は、膨張機６３とポンプ６５との間に配置される。具体的には、吸熱部６８５は、配管６１のうち膨張機６３とポンプ６５との間の部位に、当該部位を流れる作動流体と熱交換可能に設けられる。例えば、吸熱部６８５は、配管６１の周囲を囲み、配管６１の外周面に取り付けられる筒状の部位である。吸熱側電極６８３は、吸熱部６８５に熱交換可能に取り付けられる。吸熱側電極６８３は、吸熱部６８５と一体的に形成されてもよい。吸熱部６８５は、配管６１の一部を構成してもよい。この場合、吸熱部６８５は、膨張機６３からポンプ６５へと作動流体が流れる流路の一部である。 As shown in FIG. 1, the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption unit 685 are disposed between the expander 63 and the pump 65. Specifically, the heat absorption part 685 is provided in a part of the pipe 61 between the expander 63 and the pump 65 so as to exchange heat with the working fluid flowing through the part. For example, the heat absorption part 685 is a cylindrical part that surrounds the pipe 61 and is attached to the outer peripheral surface of the pipe 61. The heat absorption side electrode 683 is attached to the heat absorption part 685 so that heat exchange is possible. The heat absorption side electrode 683 may be formed integrally with the heat absorption part 685. The heat absorption part 685 may constitute a part of the pipe 61. In this case, the heat absorption part 685 is a part of the flow path through which the working fluid flows from the expander 63 to the pump 65.

熱利用部６９、放熱側電極６８４および放熱部６８６は、ポンプ６５と熱交換器６２との間に配置される。具体的には、熱利用部６９は、配管６１を介してポンプ６５に接続され、ポンプ６５から送出された作動流体は、熱利用部６９を通過して熱交換器６２へと導かれる。すなわち、熱利用部６９は、ポンプ６５から熱交換器６２へと作動流体が流れる流路の一部であり、配管６１の一部を構成する。図２に示すように、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２は、作動流体が流れる流路である熱利用部６９の内部に配置される。 The heat utilization part 69, the heat radiation side electrode 684 and the heat radiation part 686 are disposed between the pump 65 and the heat exchanger 62. Specifically, the heat utilization unit 69 is connected to the pump 65 through the pipe 61, and the working fluid sent from the pump 65 passes through the heat utilization unit 69 and is guided to the heat exchanger 62. That is, the heat utilization unit 69 is a part of the flow path through which the working fluid flows from the pump 65 to the heat exchanger 62 and constitutes a part of the pipe 61. As shown in FIG. 2, the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 are arranged inside a heat utilization unit 69 that is a flow path through which the working fluid flows.

また、図１に示すように、放熱部６８６は、配管６１のうちポンプ６５と熱交換器６２との間の部位（詳細には、熱利用部６９と熱交換器６２との間の部位）に、当該部位を流れる作動流体と熱交換可能に設けられる。例えば、放熱部６８６は、配管６１の周囲を囲み、配管６１の外周面に取り付けられる筒状の部位である。放熱側電極６８４は、放熱部６８６に熱交換可能に取り付けられる。放熱側電極６８４は、放熱部６８６と一体的に形成されてもよい。放熱部６８６は、配管６１の一部を構成してもよい。この場合、放熱部６８６は、ポンプ６５から熱交換器６２へと（詳細には、熱利用部６９から熱交換器６２へと）作動流体が流れる流路の一部である。 Further, as shown in FIG. 1, the heat radiating unit 686 is a part of the pipe 61 between the pump 65 and the heat exchanger 62 (specifically, a part between the heat utilization unit 69 and the heat exchanger 62). In addition, it is provided so as to be able to exchange heat with the working fluid flowing through the part. For example, the heat radiation part 686 is a cylindrical part that surrounds the pipe 61 and is attached to the outer peripheral surface of the pipe 61. The heat radiation side electrode 684 is attached to the heat radiation part 686 so that heat exchange is possible. The heat radiation side electrode 684 may be formed integrally with the heat radiation part 686. The heat dissipating part 686 may constitute a part of the pipe 61. In this case, the heat radiating unit 686 is a part of the flow path through which the working fluid flows from the pump 65 to the heat exchanger 62 (specifically, from the heat utilization unit 69 to the heat exchanger 62).

放熱側電極６８４と吸熱側電極６８３との間には、複数のｐ型熱電素子６８１および複数のｎ型熱電素子６８２（図２参照）が、電気的に接続される。複数のｐ型熱電素子６８１および複数のｎ型熱電素子６８２は交互に配置され、電気的に直列に接続される。放熱側電極６８４と吸熱側電極６８３との間に電流が流されると、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５がペルチェ効果により周囲から熱を吸収する。吸熱側電極６８３および吸熱部６８５にて吸収された熱は、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２を介して、放熱側電極６８４および放熱部６８６へとペルチェ効果により移動される。放熱側電極６８４および放熱部６８６では、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５から移動された熱が加熱対象物へと付与される。 A plurality of p-type thermoelectric elements 681 and a plurality of n-type thermoelectric elements 682 (see FIG. 2) are electrically connected between the heat radiation side electrode 684 and the heat absorption side electrode 683. The plurality of p-type thermoelectric elements 681 and the plurality of n-type thermoelectric elements 682 are alternately arranged and electrically connected in series. When a current flows between the heat radiation side electrode 684 and the heat absorption side electrode 683, the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption part 685 absorb heat from the surroundings due to the Peltier effect. The heat absorbed by the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption part 685 is transferred to the heat radiation side electrode 684 and the heat radiation part 686 by the Peltier effect via the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682. In the heat radiation side electrode 684 and the heat radiation part 686, the heat moved from the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption part 685 is given to the object to be heated.

熱回収装置６では、ポンプ６５により液状の作動流体が加圧され、熱利用部６９および放熱部６８６を介して熱交換器６２へと送出される。熱交換器６２は、排気路３２上においてタービン４１よりも下流側に設けられる。熱交換器６２では、ポンプ６５からの液状の作動流体が、排気路３２を流れるタービン４１からの排気（すなわち、タービン４１を通過して排気路３２を流れる原動機３からの排気）を熱源として加熱されて気化（蒸発）する。当該排気は、熱交換器６２による熱回収の対象である回収対象物である。熱交換器６２を通過した作動流体は、膨張機６３へと導かれる。 In the heat recovery apparatus 6, the liquid working fluid is pressurized by the pump 65 and is sent to the heat exchanger 62 through the heat utilization unit 69 and the heat radiating unit 686. The heat exchanger 62 is provided downstream of the turbine 41 on the exhaust path 32. In the heat exchanger 62, the liquid working fluid from the pump 65 heats the exhaust from the turbine 41 that flows through the exhaust passage 32 (that is, the exhaust from the prime mover 3 that passes through the turbine 41 and flows through the exhaust passage 32) as a heat source. It is vaporized (evaporated). The exhaust is a recovery target that is a target of heat recovery by the heat exchanger 62. The working fluid that has passed through the heat exchanger 62 is guided to the expander 63.

膨張機６３は、熱交換器６２により加熱されて気化した作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する。図１に示す例では、作動流体により回転するタービンが膨張機６３として利用される。当該タービンの軸は発電機８に接続されている。熱交換器６２から配管６１を介して送り込まれる作動流体によりタービンが駆動されることにより、発電機８において発電が行われる。なお、タービン以外の構成が膨張機６３として利用されてもよい。 The expander 63 expands the working fluid heated and vaporized by the heat exchanger 62 to recover mechanical energy. In the example shown in FIG. 1, a turbine that is rotated by a working fluid is used as the expander 63. The turbine shaft is connected to a generator 8. When the turbine is driven by the working fluid sent from the heat exchanger 62 through the pipe 61, the generator 8 generates power. A configuration other than the turbine may be used as the expander 63.

膨張機６３を通過した作動流体は、熱還流装置６７の吸熱部６８５へと導かれる。熱回収装置６では、熱還流装置６７のペルチェ素子６８に電力が供給されることにより、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５において、膨張機６３からの作動流体からペルチェ効果により熱が吸収され、作動流体が冷却される。これにより、膨張機６３にて膨張した作動流体が凝縮されて液化される。吸熱部６８５にて冷却されて液化した作動流体は、ポンプ６５により加圧されて熱還流装置６７の熱利用部６９へと送出される。 The working fluid that has passed through the expander 63 is guided to the heat absorption unit 685 of the heat reflux device 67. In the heat recovery device 6, power is supplied to the Peltier element 68 of the heat reflux device 67, so that heat is absorbed from the working fluid from the expander 63 by the Peltier effect in the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption unit 685, The fluid is cooled. Thereby, the working fluid expanded by the expander 63 is condensed and liquefied. The working fluid cooled and liquefied by the heat absorption unit 685 is pressurized by the pump 65 and sent to the heat utilization unit 69 of the heat reflux device 67.

熱還流装置６７では、図２に示す熱利用部６９の内部に配置されたｐ型熱電素子６８１とｎ型熱電素子６８２との間に電流が流れることにより、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２においてジュール熱（すなわち、電力消費による熱）が発生する。ポンプ６５からの作動流体は、ジュール熱を発生させているｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２の周囲を流れる。換言すれば、ジュール熱を発生させているｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２が、熱利用部６９の内部を流れる作動流体中に配置される。これにより、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２からのジュール熱が、熱利用部６９の内部を流れる作動流体に付与される。換言すれば、熱利用部６９では、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２からのジュール熱を熱源として、作動流体が加熱される。さらに換言すれば、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２から発生するジュール熱は、熱利用部６９により作動流体を介して回収される。 In the heat reflux device 67, a current flows between the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 arranged inside the heat utilization unit 69 shown in FIG. Joule heat (that is, heat due to power consumption) is generated in the element 682. The working fluid from the pump 65 flows around the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 generating Joule heat. In other words, the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 generating Joule heat are arranged in the working fluid flowing inside the heat utilization unit 69. Thereby, Joule heat from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 is given to the working fluid flowing in the heat utilization part 69. In other words, in the heat utilization unit 69, the working fluid is heated using Joule heat from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 as a heat source. In other words, Joule heat generated from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 is recovered by the heat utilization unit 69 via the working fluid.

熱利用部６９にてジュール熱が付与された作動流体は、放熱部６８６へと導かれる。放熱部６８６における作動流体の温度は、上述の吸熱部６８５における作動流体の温度よりも高い。一方、吸熱部６８５および吸熱側電極６８３にて上述のように作動流体から吸収された熱は、吸熱側電極６８３および放熱側電極６８４間に電流が流れることにより、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２を介して、吸熱部６８５および吸熱側電極６８３よりも高温の放熱側電極６８４および放熱部６８６へとペルチェ効果により移動される。そして、放熱側電極６８４および放熱部６８６において、吸熱部６８５および吸熱側電極６８３から移動された熱が、加熱対象物である作動流体に付与される。 The working fluid to which Joule heat is applied in the heat utilization unit 69 is guided to the heat radiating unit 686. The temperature of the working fluid in the heat radiating unit 686 is higher than the temperature of the working fluid in the heat absorbing unit 685 described above. On the other hand, the heat absorbed from the working fluid by the heat absorbing portion 685 and the heat absorbing side electrode 683 as described above flows between the heat absorbing side electrode 683 and the heat radiating side electrode 684, thereby causing the p-type thermoelectric element 681 and the n-type to be absorbed. It is moved by the Peltier effect to the heat radiation side electrode 684 and the heat radiation part 686 having a higher temperature than the heat absorption part 685 and the heat absorption side electrode 683 via the thermoelectric element 682. Then, in the heat radiation side electrode 684 and the heat radiation portion 686, the heat transferred from the heat absorption portion 685 and the heat absorption side electrode 683 is given to the working fluid that is the heating object.

このように、熱回収装置６では、熱利用部６９により、回収されたジュール熱が作動流体に付与されて作動流体が予備加熱される。また、吸熱側電極６８３から放熱側電極６８４へと移動された熱が作動流体に付与されて作動流体が予備加熱される。熱還流装置６７により予備加熱された作動流体は、放熱部６８６から熱交換器６２に供給される。熱交換器６２では、上述のように、放熱部６８６から供給された液状の作動流体が、排気路３２を流れる排気により加熱されて気化する。 As described above, in the heat recovery device 6, the recovered Joule heat is applied to the working fluid by the heat utilization unit 69 and the working fluid is preheated. Further, the heat transferred from the heat absorption side electrode 683 to the heat radiation side electrode 684 is applied to the working fluid, and the working fluid is preheated. The working fluid preheated by the heat reflux device 67 is supplied from the heat radiating unit 686 to the heat exchanger 62. In the heat exchanger 62, as described above, the liquid working fluid supplied from the heat radiating unit 686 is heated and vaporized by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 32.

以上に説明したように、熱回収装置６は、熱交換器６２と、膨張機６３と、熱還流装置６７と、ポンプ６５とを備える。熱交換器６２は、回収対象物（上述の例では、原動機３からの排気）の熱を熱源として作動流体を加熱する。膨張機６３は、熱交換器６２からの作動流体を膨張させて機械的エネルギーを回収する。熱還流装置６７は、膨張機６３にて膨張させた作動流体を冷却するとともに、熱交換器６２に供給される作動流体を予備加熱する。熱還流装置６７は、ペルチェ素子６８と、熱利用部６９とを備える。ペルチェ素子６８は、ｐ型熱電素子６８１と、ｎ型熱電素子６８２と、膨張機６３とポンプ６５との間に配置される吸熱側電極６８３と、ポンプ６５と熱交換器６２との間に配置される放熱側電極６８４とを有する。熱利用部６９は、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２から発生するジュール熱を回収する。 As described above, the heat recovery device 6 includes the heat exchanger 62, the expander 63, the heat reflux device 67, and the pump 65. The heat exchanger 62 heats the working fluid using the heat of the object to be collected (in the above example, exhaust from the prime mover 3) as a heat source. The expander 63 expands the working fluid from the heat exchanger 62 and recovers mechanical energy. The heat reflux device 67 cools the working fluid expanded by the expander 63 and preheats the working fluid supplied to the heat exchanger 62. The heat reflux device 67 includes a Peltier element 68 and a heat utilization unit 69. The Peltier element 68 is disposed between the p-type thermoelectric element 681, the n-type thermoelectric element 682, the heat absorption side electrode 683 disposed between the expander 63 and the pump 65, and the pump 65 and the heat exchanger 62. The heat radiation side electrode 684 is provided. The heat utilization unit 69 collects Joule heat generated from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682.

熱回収装置６では、放熱側電極６８４と吸熱側電極６８３との間に電流が流されることにより、ペルチェ素子６８が、吸熱側電極６８３において、膨張機６３からの作動流体から熱を吸収して作動流体を冷却する。これにより、膨張機６３から送出された作動流体を冷却して液化するための凝縮器等の構成を省略することができる。その結果、熱回収装置６の構造を簡素化することができるとともに熱回収装置６を小型化することができる。 In the heat recovery device 6, when a current flows between the heat radiation side electrode 684 and the heat absorption side electrode 683, the Peltier element 68 absorbs heat from the working fluid from the expander 63 in the heat absorption side electrode 683. Cool the working fluid. Thereby, the structure of the condenser etc. for cooling and liquefying the working fluid sent from the expander 63 is omissible. As a result, the structure of the heat recovery apparatus 6 can be simplified and the heat recovery apparatus 6 can be downsized.

また、作動流体を凝縮するための凝縮器を有する熱回収装置（すなわち、比較例の熱回収装置）では、当該凝縮器において多量の水や海水が作動流体の冷却に利用されるが、図１に示す熱回収装置６では、上述のように凝縮器を省略することができるため、当該多量の水や海水は使用しない。したがって、熱回収装置６は、多量の水や海水の供給が容易ではない地域の発電装置（例えば、乾燥地帯の発電装置、山岳部の地熱発電装置）における廃熱回収に特に適している。 Further, in a heat recovery apparatus having a condenser for condensing the working fluid (that is, the heat recovery apparatus of the comparative example), a large amount of water or seawater is used for cooling the working fluid in the condenser. In the heat recovery apparatus 6 shown in FIG. 6, since the condenser can be omitted as described above, the large amount of water or seawater is not used. Therefore, the heat recovery device 6 is particularly suitable for waste heat recovery in a power generation device (for example, a power generation device in a dry zone or a geothermal power generation device in a mountainous area) where it is not easy to supply a large amount of water or seawater.

熱回収装置６では、ペルチェ効果により、吸熱側電極６８３にて吸収された熱を、吸熱側電極６８３よりも高温の放熱側電極６８４へと移動する。そして、放熱側電極６８４において、熱交換器６２に供給される作動流体に、吸熱側電極６８３から移動された熱が付与され、作動流体が予備加熱される。さらに、熱利用部６９において、回収されたジュール熱が、熱交換器６２に供給される作動流体に付与され、当該作動流体が予備加熱される。 In the heat recovery device 6, the heat absorbed by the heat absorption side electrode 683 is moved to the heat radiation side electrode 684 having a higher temperature than the heat absorption side electrode 683 due to the Peltier effect. In the heat radiation side electrode 684, the heat transferred from the heat absorption side electrode 683 is applied to the working fluid supplied to the heat exchanger 62, and the working fluid is preheated. Further, in the heat utilization unit 69, the recovered Joule heat is applied to the working fluid supplied to the heat exchanger 62, and the working fluid is preheated.

このように、熱還流装置６７では、ペルチェ素子６８のｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２にて発生するジュール熱を回収することにより、吸熱側電極６８３と放熱側電極６８４との間の熱の移動がジュール熱により阻害されることを抑制することができる。また、熱還流装置６７では、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２にて発生するジュール熱を効率良く利用することができる。これにより、加熱対象物である作動流体を効率良く加熱することができる。その結果、熱回収装置６において実現されるランキンサイクルのサイクル効率を向上することができ、回収対象物からの熱の回収効率を向上することができる。例えば、作動流体として水を利用し、膨張機６３からの作動流体の凝縮温度を３８℃とした場合、熱還流装置６７を有しない比較例の熱回収装置のサイクル効率は約３０％であるのに対し、図１に示す熱回収装置６のサイクル効率は約１００％となる。 As described above, in the heat reflux device 67, the Joule heat generated in the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 of the Peltier element 68 is recovered, so It can suppress that the movement of heat is inhibited by Joule heat. Further, in the heat reflux device 67, Joule heat generated in the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 can be efficiently used. Thereby, the working fluid which is a heating target object can be heated efficiently. As a result, the cycle efficiency of the Rankine cycle realized in the heat recovery apparatus 6 can be improved, and the recovery efficiency of heat from the recovery object can be improved. For example, when water is used as the working fluid and the condensation temperature of the working fluid from the expander 63 is 38 ° C., the cycle efficiency of the heat recovery device of the comparative example that does not have the heat reflux device 67 is about 30%. On the other hand, the cycle efficiency of the heat recovery apparatus 6 shown in FIG. 1 is about 100%.

上述の作動流体の予備加熱に注目すると、熱還流装置６７では、図３に示すように、ペルチェ素子６８のｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２から発生するジュール熱を回収して加熱対象物である作動流体の加熱に利用する工程（ステップＳ１１）と、ペルチェ素子６８の放熱側電極６８４および放熱部６８６から作動流体に熱を付与する工程（ステップＳ１２）とが行われる。 Paying attention to the preheating of the working fluid described above, in the heat reflux device 67, as shown in FIG. 3, the Joule heat generated from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 of the Peltier element 68 is recovered to be heated. A step (step S11) used for heating the working fluid which is a product, and a step (step S12) of applying heat to the working fluid from the heat radiation side electrode 684 and the heat radiation portion 686 of the Peltier element 68 are performed.

熱回収装置６では、熱利用部６９が、ポンプ６５から熱交換器６２へと作動流体が流れる流路である。また、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２が、当該流路の内部に配置され、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２からのジュール熱が当該流路を流れる作動流体に付与される。これにより、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２からのジュール熱を、簡素な構造で容易に作動流体に付与することができる。また、上述のように、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２のそれぞれの表面は、絶縁層により覆われる。これにより、作動流体中に配置されるｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２間の短絡（ショート）を防止することができる。 In the heat recovery apparatus 6, the heat utilization unit 69 is a flow path through which the working fluid flows from the pump 65 to the heat exchanger 62. Further, the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 are disposed inside the flow path, and Joule heat from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 is applied to the working fluid flowing through the flow path. The Thereby, the Joule heat from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 can be easily given to the working fluid with a simple structure. Further, as described above, the surfaces of the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 are covered with the insulating layer. Thereby, a short circuit between the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 arranged in the working fluid can be prevented.

上述の比較例の熱回収装置では、凝縮器において作動流体が常温の海水等を冷媒として冷却される。したがって、廃熱等の回収対象物（例えば、省エネ機器の排気）が比較的低温である場合、当該回収対象物と冷媒との温度差を、ある程度以上大きくすることは難しい。このため、回収対象物からの熱の回収効率の向上に限界がある。これに対し、図１に示す熱回収装置６では、熱還流装置６７に供給する電力等を制御することにより、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５の温度を、常温よりも低い温度まで下げることができる。これにより、熱回収装置６における回収対象物からの熱の回収効率を、さらに向上することができる。例えば、作動流体として、凝固点が０℃未満の有機媒体が利用される場合、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５の温度を０℃以下まで下げることができ、回収対象物からの熱の回収効率を、より一層向上することができる。 In the heat recovery apparatus of the above-described comparative example, the working fluid is cooled in the condenser using room temperature seawater or the like as a refrigerant. Therefore, when a recovery target such as waste heat (for example, exhaust of energy-saving equipment) is relatively low in temperature, it is difficult to increase the temperature difference between the recovery target and the refrigerant to some extent. For this reason, there is a limit in improving the efficiency of recovering heat from the object to be recovered. On the other hand, in the heat recovery apparatus 6 shown in FIG. 1, the temperature of the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption part 685 can be lowered to a temperature lower than the normal temperature by controlling the power supplied to the heat reflux apparatus 67. it can. Thereby, the heat | fever recovery efficiency from the collection | recovery target object in the heat recovery apparatus 6 can further be improved. For example, when an organic medium having a freezing point of less than 0 ° C. is used as the working fluid, the temperature of the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption portion 685 can be lowered to 0 ° C. or less, and the efficiency of collecting heat from the object to be collected can be reduced. Can be further improved.

図１に示す例では、発電機８において発電された電力がペルチェ素子６８に供給されることにより、吸熱側電極６８３から放熱側電極６８４への熱の移動が行われる。また、熱回収装置６では、ポンプ６５を駆動するための電力も必要である。したがって、熱回収装置６の正味発電量は、発電機８における発電量から、ペルチェ素子６８およびポンプ６５における消費電力を減算したものである。熱回収装置６では、正味発電量がゼロよりも大きいことが好ましい。このため、熱回収装置６では、正味発電量がゼロよりも大きくなるように、ペルチェ素子６８の性能が決定される。 In the example shown in FIG. 1, the electric power generated in the generator 8 is supplied to the Peltier element 68, whereby heat is transferred from the heat absorption side electrode 683 to the heat dissipation side electrode 684. Further, the heat recovery apparatus 6 also requires electric power for driving the pump 65. Therefore, the net power generation amount of the heat recovery device 6 is obtained by subtracting the power consumption in the Peltier element 68 and the pump 65 from the power generation amount in the generator 8. In the heat recovery device 6, the net power generation amount is preferably larger than zero. For this reason, in the heat recovery device 6, the performance of the Peltier element 68 is determined so that the net power generation amount is larger than zero.

ペルチェ素子６８の性能を示す指標の１つとして、成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）がある。ＣＯＰは、ペルチェ素子６８における消費電力（ｋＷ）に対する、ペルチェ素子６８により回収される熱量（ｋＷ）の割合である。以下の説明では、熱回収装置６における上述の正味発電量がゼロとなるペルチェ素子６８の成績係数ＣＯＰを「下限ＣＯＰ」と呼ぶ。 One of the indexes indicating the performance of the Peltier element 68 is a coefficient of performance (COP). COP is the ratio of the amount of heat (kW) recovered by the Peltier element 68 to the power consumption (kW) of the Peltier element 68. In the following description, the coefficient of performance COP of the Peltier element 68 in which the net power generation amount in the heat recovery apparatus 6 is zero is referred to as “lower limit COP”.

下限ＣＯＰは、例えば、膨張機６３入口側および出口側のそれぞれの圧力（すなわち、膨張機６３に供給される作動流体の圧力、および、膨張機６３から送出される作動流体の圧力）により変化する。図４は、膨張機６３入口側の圧力の膨張機６３出口側の圧力に対する割合と、下限ＣＯＰとの関係を示す図である。図４の横軸は当該割合である圧力割合Ｐｒを示し、縦軸は下限ＣＯＰを示す。 The lower limit COP varies depending on, for example, the respective pressures on the inlet side and the outlet side of the expander 63 (that is, the pressure of the working fluid supplied to the expander 63 and the pressure of the working fluid sent from the expander 63). . FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ratio of the pressure on the inlet side of the expander 63 to the pressure on the outlet side of the expander 63 and the lower limit COP. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the pressure ratio Pr, which is the ratio, and the vertical axis indicates the lower limit COP.

図４では、作動流体として水を用いた場合における熱回収装置６の運転条件（例えば、吸熱側電極６８３における作動流体の温度、熱交換器６２における作動流体の温度）を様々に変更してシミュレーションにより求めた圧力割合Ｐｒと下限ＣＯＰとの複数の組み合わせをプロットしている。また、図４中の線９１は、上述の複数の組み合わせを示す点の下限近傍を示す近似線である。熱回収装置６では、ペルチェ素子６８のＣＯＰが、図４において下限ＣＯＰを示す線９１よりも大きいことが好ましい。具体的には、ペルチェ素子６８の成績係数ＣＯＰは、「ＣＯＰ＞５．８×Ｐｒ^−０．１」を満たす。これにより、熱回収装置６の正味発電量を確実にゼロよりも大きくすることができる。なお、作動流体の蒸発圧力および蒸発温度、並びに、作動流体の凝縮温度および凝縮圧力は平衡関係にあるため、実質的に「ＣＯＰ＞５．８×Ｐｒ^−０．１」を満たすように、ＣＯＰの範囲を作動流体の温度にて規定してもよい。 In FIG. 4, simulation is performed by variously changing the operating conditions of the heat recovery apparatus 6 when water is used as the working fluid (for example, the temperature of the working fluid in the heat absorption side electrode 683 and the temperature of the working fluid in the heat exchanger 62). A plurality of combinations of the pressure ratio Pr and the lower limit COP obtained by the above are plotted. Also, a line 91 in FIG. 4 is an approximate line indicating the vicinity of the lower limit of the point indicating the plurality of combinations described above. In the heat recovery apparatus 6, it is preferable that the COP of the Peltier element 68 is larger than the line 91 indicating the lower limit COP in FIG. Specifically, the coefficient of performance COP of the Peltier element 68 satisfies “COP> 5.8 × Pr ^−0.1 ”. Thereby, the net electric power generation amount of the heat recovery device 6 can be surely made larger than zero. Since the evaporation pressure and evaporation temperature of the working fluid and the condensation temperature and condensation pressure of the working fluid are in an equilibrium relationship, the COP is substantially satisfied so as to satisfy “COP> 5.8 × Pr− ^0.1 ”. May be defined by the temperature of the working fluid.

図５は、図１に示す熱回収装置６に設けられる熱還流装置の他の好ましい例を示す図である。図５に示す熱還流装置６７ａでは、ペルチェ素子６８の放熱側電極６８４が、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２と同様に、作動流体が流れる流路である熱利用部６９の内部に配置される。また、熱還流装置６７ａでは、図２に示す放熱部６８６が省略される。熱還流装置６７ａの他の構成は、図２に示す熱還流装置６７と略同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。 FIG. 5 is a view showing another preferred example of the heat reflux device provided in the heat recovery device 6 shown in FIG. In the heat reflux device 67a shown in FIG. 5, the heat radiation side electrode 684 of the Peltier element 68 is located inside the heat utilization part 69, which is a flow path for the working fluid, like the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682. Be placed. Further, in the heat reflux device 67a, the heat radiating portion 686 shown in FIG. 2 is omitted. The other configuration of the heat reflux device 67a is substantially the same as that of the heat reflux device 67 shown in FIG. 2, and the same reference numerals are given to the corresponding components in the following description.

図５に示す熱還流装置６７ａでは、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２に加えて、放熱側電極６８４も、作動流体を予備加熱する熱源として、上述のように熱利用部６９の内部に配置される。このため、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５にて作動流体から吸収した熱を、熱交換器６２（図１参照）に供給される作動流体に、放熱側電極６８４から放出して容易に付与することができる。これにより、加熱対象物である作動流体を、さらに効率良く加熱することができる。その結果、図１および図２に示す例と同様に、熱回収装置６において実現されるランキンサイクルのサイクル効率を向上することができ、回収対象物からの熱の回収効率を向上することができる。また、上述のように、放熱部６８６（図２参照）を省略することができるため、熱還流装置６７ａおよび熱回収装置６の構造を簡素化することができる。 In the heat reflux device 67a shown in FIG. 5, in addition to the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682, the heat radiation side electrode 684 also serves as a heat source for preheating the working fluid as described above. Placed in. Therefore, the heat absorbed from the working fluid by the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption unit 685 is easily released from the heat radiation side electrode 684 to the working fluid supplied to the heat exchanger 62 (see FIG. 1). be able to. Thereby, the working fluid which is a heating target object can be heated more efficiently. As a result, similar to the example shown in FIGS. 1 and 2, the cycle efficiency of the Rankine cycle realized in the heat recovery apparatus 6 can be improved, and the recovery efficiency of heat from the recovery object can be improved. . Moreover, since the heat radiating portion 686 (see FIG. 2) can be omitted as described above, the structure of the heat reflux device 67a and the heat recovery device 6 can be simplified.

熱回収装置６では、熱利用部６９は、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２から回収したジュール熱を、熱交換器６２に供給される作動流体に付与して作動流体を予備加熱することができるのであれば、必ずしも、ポンプ６５から熱交換器６２へと作動流体が流れる流路の一部である必要はない。 In the heat recovery device 6, the heat utilization unit 69 preheats the working fluid by applying the Joule heat collected from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 to the working fluid supplied to the heat exchanger 62. If possible, it need not necessarily be part of the flow path through which the working fluid flows from the pump 65 to the heat exchanger 62.

例えば、図６に示す熱還流装置６７ｂでは、ポンプ６５から送出された作動流体は、配管６１により、熱利用部６９ａを通過することなく放熱部６８６へと導かれ、放熱部６８６および放熱側電極６８４により予備加熱された後、熱交換器６２へと供給される。熱利用部６９ａは、配管６１から独立した循環流路６９１と、作動流体加熱部６９２とを備える。作動流体加熱部６９２は、循環流路６９１により放熱部６８６と接続される。循環流路６９１を循環する作動流体は、配管６１内を流れる作動流体と同じ種類でもよく、異なる種類でもよい。 For example, in the heat reflux device 67b shown in FIG. 6, the working fluid sent from the pump 65 is guided to the heat radiating part 686 by the pipe 61 without passing through the heat utilization part 69a, and the heat radiating part 686 and the heat radiating side electrode After being preheated by 684, the heat is supplied to the heat exchanger 62. The heat utilization unit 69 a includes a circulation channel 691 independent of the pipe 61 and a working fluid heating unit 692. The working fluid heating unit 692 is connected to the heat radiating unit 686 through a circulation channel 691. The working fluid circulating in the circulation channel 691 may be the same type as the working fluid flowing in the pipe 61 or may be a different type.

作動流体加熱部６９２は、循環流路６９１により循環される作動流体が流れる流路である。作動流体加熱部６９２は、当該作動流体中に配置されたｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２（図２参照）からのジュール熱を熱源として、当該作動流体を加熱する。作動流体加熱部６９２にて加熱された作動流体は、循環流路６９１により放熱部６８６へと導かれる。放熱部６８６では、作動流体加熱部６９２にてジュール熱を熱源として加熱された作動流体により、配管６１内を流れる作動流体（すなわち、加熱対象物）が加熱される。換言すれば、放熱部６８６は、加熱対象物である配管６１内の作動流体を作動流体加熱部６９２にて加熱された作動流体により加熱する対象物加熱部として、熱利用部６９ａに含まれる。放熱部６８６を通過した作動流体は、循環流路６９１により作動流体加熱部６９２へと循環される。 The working fluid heating unit 692 is a channel through which the working fluid circulated by the circulation channel 691 flows. The working fluid heating unit 692 heats the working fluid using Joule heat from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 (see FIG. 2) arranged in the working fluid as a heat source. The working fluid heated by the working fluid heating unit 692 is guided to the heat radiating unit 686 through the circulation channel 691. In the heat radiating unit 686, the working fluid (that is, the heating target) flowing in the pipe 61 is heated by the working fluid heated by the working fluid heating unit 692 using Joule heat as a heat source. In other words, the heat dissipating unit 686 is included in the heat utilization unit 69a as an object heating unit that heats the working fluid in the pipe 61, which is a heating target, with the working fluid heated by the working fluid heating unit 692. The working fluid that has passed through the heat dissipating unit 686 is circulated to the working fluid heating unit 692 by the circulation channel 691.

図６に示す熱回収装置６においても、図１に示す熱回収装置６と同様に、熱利用部６９ａにおいて、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２から回収されたジュール熱が、熱交換器６２に供給される作動流体に付与され、当該作動流体が予備加熱される。このように、熱還流装置６７ｂでは、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２にて発生するジュール熱を効率良く利用することができる。これにより、加熱対象物である作動流体を効率良く加熱することができる。その結果、熱回収装置６において実現されるランキンサイクルのサイクル効率を向上することができ、回収対象物からの熱の回収効率を向上することができる。また、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２のそれぞれの表面が絶縁層により覆われることにより、作動流体中に配置されるｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２間の短絡（ショート）を防止することができる。 Also in the heat recovery apparatus 6 shown in FIG. 6, the Joule heat recovered from the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 in the heat utilization unit 69a is heat-exchanged as in the heat recovery apparatus 6 shown in FIG. It is given to the working fluid supplied to the vessel 62, and the working fluid is preheated. Thus, in the heat reflux device 67b, Joule heat generated in the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 can be efficiently used. Thereby, the working fluid which is a heating target object can be heated efficiently. As a result, the cycle efficiency of the Rankine cycle realized in the heat recovery apparatus 6 can be improved, and the recovery efficiency of heat from the recovery object can be improved. Further, since the surfaces of the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 are covered with an insulating layer, a short circuit (short-circuit) between the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 disposed in the working fluid. Can be prevented.

図６に示す熱回収装置６では、図５に示す熱還流装置６７ａと同様に、ペルチェ素子６８の放熱側電極６８４が、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２（図５参照）と同様に、作動流体が流れる流路である作動流体加熱部６９２の内部に配置されてもよい。この場合、ｐ型熱電素子６８１およびｎ型熱電素子６８２に加えて、放熱側電極６８４も、作動流体を予備加熱する熱源として作動流体加熱部６９２の内部に配置される。このため、吸熱側電極６８３および吸熱部６８５にて作動流体から吸収した熱を、熱交換器６２（図１参照）に供給される作動流体に、放熱側電極６８４から放出して容易に付与することができる。これにより、加熱対象物である作動流体を、さらに効率良く加熱することができる。 In the heat recovery apparatus 6 shown in FIG. 6, the heat radiation side electrode 684 of the Peltier element 68 is the same as the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682 (see FIG. 5), as in the heat reflux apparatus 67a shown in FIG. In addition, it may be arranged inside the working fluid heating unit 692 which is a flow path through which the working fluid flows. In this case, in addition to the p-type thermoelectric element 681 and the n-type thermoelectric element 682, the heat radiation side electrode 684 is also arranged inside the working fluid heating unit 692 as a heat source for preheating the working fluid. Therefore, the heat absorbed from the working fluid by the heat absorption side electrode 683 and the heat absorption unit 685 is easily released from the heat radiation side electrode 684 to the working fluid supplied to the heat exchanger 62 (see FIG. 1). be able to. Thereby, the working fluid which is a heating target object can be heated more efficiently.

上述の熱回収装置６では、様々な変更が可能である。 Various modifications can be made in the heat recovery device 6 described above.

例えば、熱回収装置６では、図２に示す熱還流装置６７の熱利用部６９および放熱部６８６において作動流体が加熱されることにより、作動流体の一部または全部が気化されてもよい。図５に示す熱還流装置６７ａにおいても同様に、熱利用部６９において作動流体が加熱されることにより、作動流体の一部または全部が気化されてもよい。図６に示す熱還流装置６７ｂにおいても同様に、放熱部６８６において作動流体が加熱されることにより、作動流体の一部または全部が気化されてもよい。 For example, in the heat recovery device 6, the working fluid may be vaporized by heating the working fluid in the heat utilization unit 69 and the heat radiating unit 686 of the heat reflux device 67 shown in FIG. Similarly, in the heat reflux device 67a shown in FIG. 5, part or all of the working fluid may be vaporized by heating the working fluid in the heat utilization unit 69. Similarly, in the heat reflux device 67b shown in FIG. 6, part or all of the working fluid may be vaporized by heating the working fluid in the heat radiating unit 686.

熱還流装置６７，６７ａの熱利用部６９において作動流体が気化される場合、例えば、熱利用部６９の内部の圧力を低くして作動流体の蒸発温度を下げる制御が行われてもよい。これにより、熱利用部６９を流れる作動流体の内部温度が下がるため、吸熱側電極６８３への熱貫流量を低減することができる。その結果、熱還流装置６７，６７ａによる熱の移動効率を向上することができる。 When the working fluid is vaporized in the heat utilization unit 69 of the heat reflux devices 67 and 67a, for example, control for lowering the evaporation temperature of the working fluid by lowering the pressure inside the heat utilization unit 69 may be performed. Thereby, since the internal temperature of the working fluid which flows through the heat utilization part 69 falls, the heat flow rate to the heat absorption side electrode 683 can be reduced. As a result, the heat transfer efficiency by the heat reflux devices 67 and 67a can be improved.

図２に示す熱還流装置６７では、吸熱部６８５が省略されてもよい。この場合、吸熱側電極６８３は、膨張機６３とポンプ６５との間にて配管６１に直接的に取り付けられ、配管６１内を流れる作動流体から熱を吸収して作動流体を冷却する。また、熱還流装置６７では、放熱部６８６が省略されてもよい。この場合、放熱側電極６８４は、熱利用部６９と熱交換器６２との間にて配管６１に直接的に取り付けられ、配管６１内を流れる作動流体に、吸熱側電極６８３から移動された熱を付与して作動流体を予備加熱する。 In the heat reflux device 67 shown in FIG. 2, the heat absorption unit 685 may be omitted. In this case, the heat absorption side electrode 683 is directly attached to the pipe 61 between the expander 63 and the pump 65 and absorbs heat from the working fluid flowing in the pipe 61 to cool the working fluid. Further, in the heat reflux device 67, the heat radiating portion 686 may be omitted. In this case, the heat radiation side electrode 684 is directly attached to the pipe 61 between the heat utilization unit 69 and the heat exchanger 62, and the heat transferred from the heat absorption side electrode 683 to the working fluid flowing in the pipe 61. To preheat the working fluid.

熱回収装置６では、作動流体を冷却する凝縮器等の冷却装置が、膨張機６３とポンプ６５との間に設けられてもよい。この場合、熱還流装置６７，６７ａ，６７ｂが設けられることにより、当該冷却装置を小型化することができる。 In the heat recovery device 6, a cooling device such as a condenser for cooling the working fluid may be provided between the expander 63 and the pump 65. In this case, the cooling device can be reduced in size by providing the heat reflux devices 67, 67a, 67b.

熱回収装置６では、ペルチェ素子６８に供給される電力は、発電機８により発電されたものには限定されない。熱回収装置６の外部の電源からペルチェ素子６８に電力が供給されてもよい。 In the heat recovery apparatus 6, the power supplied to the Peltier element 68 is not limited to that generated by the generator 8. Electric power may be supplied to the Peltier element 68 from a power source external to the heat recovery apparatus 6.

原動機３は、例えば、４ストロークエンジンであってもよい。この場合、コンプレッサ４２により加圧された吸気である圧縮空気は「給気」と呼ばれ、掃気路３１は給気路と呼ばれる。また、原動機３は、舶用原動機以外の内燃機関であってもよく、内燃機関以外の原動機であってもよい。また、熱回収装置６は、原動機システム以外の有効な未利用廃熱源が存在する様々な設備やプラント（例えば、ゴミ焼却設備や発電プラント）において利用可能である。 The prime mover 3 may be, for example, a 4-stroke engine. In this case, the compressed air that is the intake air pressurized by the compressor 42 is called “air supply”, and the scavenging path 31 is called an air supply path. The prime mover 3 may be an internal combustion engine other than the marine prime mover, or may be a prime mover other than the internal combustion engine. Moreover, the heat recovery apparatus 6 can be used in various facilities and plants (for example, garbage incineration facilities and power generation plants) where there are effective unused waste heat sources other than the prime mover system.

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。 The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.

６熱回収装置
６２熱交換器
６３膨張機
６５ポンプ
６７，６７ａ，６７ｂ熱還流装置
６８ペルチェ素子
６９，６９ａ熱利用部
６８１ｐ型熱電素子
６８２ｎ型熱電素子
６８３吸熱側電極
６８４放熱側電極
Ｓ１１，Ｓ１２ステップ 6 heat recovery device 62 heat exchanger 63 expander 65 pump 67, 67a, 67b heat reflux device 68 Peltier element 69, 69a heat utilization part 681 p-type thermoelectric element 682 n-type thermoelectric element 683 heat absorption side electrode 684 heat radiation side electrode S11, Step S12

Claims

A heat recovery device,
A heat exchanger that heats the working fluid using the heat of the object to be recovered as a heat source;
An expander that expands the working fluid from the heat exchanger to recover mechanical energy;
A heat reflux device for cooling the working fluid expanded by the expander and preheating the working fluid supplied to the heat exchanger;
A pump for delivering the working fluid cooled by the heat reflux device to the heat exchanger;
With
The heat reflux device is
Peltier element having p-type thermoelectric element, n-type thermoelectric element, heat absorption side electrode disposed between the expander and the pump, and heat radiation side electrode disposed between the pump and the heat exchanger When,
A heat utilization part for recovering Joule heat generated from the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element;
With
By flowing a current between the heat dissipation side electrode and the heat absorption side electrode, the Peltier element absorbs heat from the working fluid from the expander and cools the working fluid in the heat absorption side electrode, The heat absorbed by the heat absorption side electrode is moved to the heat radiation side electrode having a temperature higher than that of the heat absorption side electrode. Preheat the working fluid supplied to the heat exchanger,
The heat recovery apparatus, wherein the heat utilization unit preliminarily heats the working fluid by applying the collected Joule heat to the working fluid supplied to the heat exchanger.

The heat recovery apparatus according to claim 1,
The heat utilization part is a flow path through which a working fluid flows from the pump to the heat exchanger;
The p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are disposed inside the flow path, and Joule heat from the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element is applied to the working fluid flowing through the flow path. A heat recovery device characterized by.

The heat recovery apparatus according to claim 2,
The heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat radiation side electrode is also disposed inside the flow path as a heat source for preheating the working fluid.

The heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The surface of each of the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element is covered with an insulating layer.

The heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The coefficient of performance COP of the Peltier element satisfies COP> 5.8 × Pr− ^0.1 ,
The heat recovery apparatus, wherein Pr is a ratio of the pressure on the expander inlet side to the pressure on the expander outlet side.