JPH0689655B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はスクリュー膨張機、ガスタービンその他のガス
燃焼膨張機を含むガス燃焼膨張装置を使用する発電装置
に係り、更に詳細には前記ガス燃焼膨張装置の排ガスを
効果的に利用した発電装置に関する。

「従来の技術及びその問題点」 現在ガスタービンによる燃焼膨張機を用いた発電装置は
大型から中型、小型へと用途を拡げており、数万KWを大
型とすれば、数千KWを中型領域、数百KWを小型分野と区
分される。

そして中型領域から小型領域に使用する発電装置は小型
パッケージ化する必要があり、更に防音のため、ケース
内に纏めて設置する必要があつた。

一方ガスタービン燃焼膨張機に送る都市ガスは一度昇圧
する必要がある為に、燃料ガス圧縮機を用いているが、
該圧縮機は電動機によって駆動される為に、前記発電装
置と一体化させる事は出来ず、一般には別室に防爆室を
設けて設置され、而も駆動用電動機として防爆型電動機
を使用せねばならなかつた。

従って中型、小型発電装置においても全体装置をパッケ
ージ化出来ないこと、スペースが分離して防爆設備が必
要である事、設備費用の増加になる事等の種々の問題が
あった。

更に前記発電装置におけるガスタービンの排気ガス温度
はエンジン排気ガス温度より高く、これを利用する技術
に排ガスボイラーを付けて低圧スチームを得て電力を得
ようとしたものが提案されているが、低温スチームター
ビン発電では能率が悪く強いて用いるとすれば、小型で
あるために更にコストの高いものとなり実際には実現は
困難なものである。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、電動機を用いず
に前記燃料ガス圧縮機を駆動させる事により、ガス膨張
機発電装置の全体を一体的にパッケージ化することを目
的とするものである。

又本発明の他の目的とする所は、前記排ガスボイラーか
ら得たエネルギーの高効率利用を図る事にある。

「問題点を解決する為の手段」 本発明は前記問題点を解決する為に 本発明は、ガスタービンその他のガス燃焼膨張機を使用
する発電装置において排ガスボイラーからのスチームに
より駆動される容積膨張機を連動して動力回収を行な
い、発電機を両軸として燃料ガス圧縮機も電動機を用い
ずに駆動させ、更に前記ガス燃焼膨張機の高効率駆動を
可能にするために、前記ガス燃焼膨張機の他軸側に連結
した空気圧縮機よりの圧縮空気を燃料ガス圧縮機よりの
圧縮燃料ガスとともに、燃焼室に導くように構成したも
のである。

即ち本発明は、スクリュー膨張機、ガスタービンその他
のガス燃焼膨張機の一軸側に燃焼室内に圧縮空気を導く
空気圧縮機を、一方他軸側に発電機及び容積型回転圧縮
機からなる燃料ガス圧縮機を夫々直接又は間接的に連結
し、前記燃料ガス圧縮機よりの圧縮燃料ガスを燃焼室内
に供給し空気圧縮機よりの圧縮空気と共に燃焼し、燃焼
ガスを前記ガス燃焼膨張機内に噴射して動力を発生する
と共に、前記ガス燃焼膨張機よりの排ガスを熱源として
利用する排ガスボイラーからのスチームによりスチーム
膨張機を駆動し、該スチーム膨張機によつて回収された
動力を前記燃料ガス圧縮機側に伝達し、該燃料ガス圧縮
機を駆動可能に構成した事を特徴とするものである。

「作用」 これにより電動機を用いずに燃料ガス圧縮機を駆動させ
る事が出来、電動機を用いる事がない為に、防爆の必要
性はなくなり発電装置全体をパッケージ化出来、防音と
コンパクト化が達成される。

この場合、前記燃料ガス圧縮機に容積型回転圧縮機、例
えばスクリュー圧縮機を用いたが故にガス燃焼膨張機の
負荷変動によっても円滑に駆動させる事が出来る。

この場合好ましくは前記ガス燃焼膨張装置に変速装置を
介して発電機を連結するのがよい。

又本発明は、前記ガス燃焼膨張機よりの排ガスを熱源と
して利用する排ガスボイラーからのスチームによりスチ
ーム膨張機を駆動し、該スチーム膨張機によつて回収さ
れた動力を前記発電機側に伝達させる事により、スチー
ム膨張機から得られる動力によつて、燃料ガス圧縮機の
動力を得る事が出来、排ガスボイラーのエネルギーの効
率的利用が図れるとともに、発電機の出力軸側に燃料ガ
ス圧縮機を連結した事に起因するガス燃焼膨張機の伝達
エネルギーが低減する事がない。

この場合前記排ガスボイラーからのスチームは気−液混
合の二層流である為に、スチーム膨張機にスクリュー型
膨張機等の容積型回転圧縮機を用いるのがよい。

又本発明は、前記燃料ガス圧縮機よりの圧縮燃料ガスを
燃焼室内に供給し空気圧縮機よりの圧縮空気と共に燃焼
し、燃焼ガスを前記ガス燃焼膨張機内に噴射して動力を
発生するように構成する事により、前記ガス燃焼膨張機
の高効率駆動を可能にする事が出来る。

又、本発明の好ましい実施例によれば前記発電機に誘導
電動機を用いている為に、ガス燃焼膨張機の起動時に、
商用電源を用いて前記誘導電動機を回転させ、その回転
力をガス燃焼膨張機に伝達させるよう構成すれば、特別
な起動機が不要になり、その分装置の小型化、設置コス
トと運転コストの低減、構成の簡単化等が可能となる。
この場合前記発電機にインバータ制御可能な誘導電動機
を用いる事により、回転数等を自在に変化させる事が出
来、一層円滑な起動が容易になる。

一方逆に、前記排ガスボイラーにガス又は液体燃料を熱
源とする燃焼装置を付設し、発電装置起動時に排ガスボ
イラーの燃焼を事前に行うことにより発生したスチーム
をスチーム膨張機に導いて、該スチーム膨張機の駆動力
をガス燃焼膨張機に伝達して起動を行う事により、前記
スチーム膨張機がガス燃焼膨張機のスターターとして機
能させてもよく、この場合でもガス燃焼膨張機を起動さ
せる為に特別な起動装置が不要となる。

この場合、前記燃焼装置の熱源は、燃料ガス圧縮機に導
く燃料ガス導入管よりガスを分岐して用いる事により重
油その他の特別な熱源が不要になる。

又前記ガス燃焼膨張装置、変速装置、スチーム膨張機、
発電機及び燃料ガス圧縮機はパッケージ内に一体的に収
容するのがよい。

尚、前記ガス燃焼膨張機にはガスタービン又はスクリュ
ー型ガス膨張機等を用いることができ、又該燃焼膨張装
置の燃焼室に空気を供給する空気圧縮機も前記燃焼膨張
機と同軸に連結されたスクリュー型圧縮機を用いる事に
よりパッケージ化の容易化と熱効率の向上を図る事が可
能となる。

尚、好ましい実施例においては、前記ガス燃焼膨張機よ
りの排ガスを熱源として利用する排ガスボイラーからの
スチームによりスチーム膨張機を駆動し、該膨張機によ
つて回収された動力によつて冷凍機を駆動し、更に前記
スチーム膨張機から排出されるスチームを吸収冷凍機に
導入し又は／及び排ガスボイラーから出る排ガスを直接
吸収冷凍機に導入して冷水を作るよう構成する事によ
り、排ガスボイラーの排出エネルギーの最も効率よい有
効利用が図れるとともに、冷房又は冷凍装置の特別な駆
動源を必要としない。

而も発電装置を有する建屋内には必ず冷房装置が必須で
ある為に、この面からも好ましく、特にコジェネレーシ
ョン冷暖房と熱併給発電システムに好適である。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の種類、寸法、材質、形状、その相対配置などは
特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎな
い。

次に本発明の実施例を第１図乃至第３図により説明す
る。

第１図は、ガス燃焼膨張装置を用いた発電装置の基本構
成図で、Ａはガス燃焼膨張装置、Ｄはガス燃焼膨張装置
Ａを含めた発電装置を収容するパッケージ体を示す。

１はガスタービン又はスクリュー膨張機からなるガス燃
焼膨張機で入力軸11側に空気圧縮機２、出力軸12側には
変速装置４を介して発電機５が、又発電機５の出力軸14
側には燃料ガス圧縮機６が夫々連結され、ガス燃焼膨張
機１に燃焼ガスを供給する燃焼室３とともにパッケージ
Ｄ内に収容されている。

燃焼室３には高圧燃料ガス管29が燃料ガス圧縮機６より
連通し、バーナー３′にガス燃焼膨張機１と同軸11の空
気圧縮機２よりの圧縮空気と共に燃焼し、燃焼ガスを膨
張機１内に噴射して動力を発生し、その駆動力を変速装
置４を介して発電機５に伝達され、所定の発電を行うと
ともに、発電機５の出力軸14側に連結した燃料ガス圧縮
機６も同調して回転し、該燃料ガス圧縮機６の回転によ
り圧縮燃料ガスが高圧燃料ガス管29を介して燃焼室３内
のバーナー３′に供給され、以下前記動作を繰返す。

これにより前記燃料ガス圧縮機６を駆動させるモータ
ー、及びモーターに付設する防爆装置は不要となり、前
記各装置を一体化させたパッケージＤ化が可能となる。

尚、前述した通り、前記発電機５に誘導電動機、特にイ
ンバータ制御可能な誘導電動機を用い、前記ガス燃焼膨
張機１の起動時に、商用電源を用いて前記誘導電動機を
回転させ、その回転力をガス燃焼膨張機１に伝達させる
よう構成すれば、空気圧縮機その他の特別な起動機が不
要となる。

又前記燃料ガス圧縮機６は発電機５の変速装置４側に連
結する事も可能であり、これにより装置全体が無用に長
くなる事を防ぐ事が出来る。

第２図は本発明の実施例にかかる排ガスボイラー８の高
効率利用を図った他の実施例を示し、Ｂは排ガスボイラ
ー装置系、Ｃはスクリュー型スチーム膨張機と連結系、
Ｄはパッケージ体を示す。

第２図において排ガスボイラー８の熱交換器23で発生す
るスチームは導管19を通じスクリュー型スチーム膨張機
７に噴射される。

この際、例えばガスタービン１よりの温度600゜〜700℃
の排ガスにより排ガスボイラー８から約圧力約10kg/cm²
以下の圧縮スチームが得られ、これをスクリュー型膨張
器７に導入する事により、該スクリュー型膨張器７から
排ガスエネルギー動力が回収され、該動力が変速装置４
を通じて発電機５に加算される。

ちなみに、ガス燃焼膨張機１よりの動力伝達により、発
電機５よりの出力約1,000KWの電力が得られる装置とす
ると、前記スクリュー式スチーム膨張機７からは約100K
Wの出力が得られ、そして燃料ガス圧縮機６は約70KW程
度であるため、排ガス回収で得られた動力で燃料ガス圧
縮機６の動力が得られるとともに円滑に駆動し、発電機
５の出力が低減されない。

尚スチーム膨張機７は変速装置４に連結されており、ガ
ス燃焼発電機系とともにパッケージＤ内に収容されてい
る。

一方前記排ガスボイラー８は、復水器９とポンプ10によ
りスチーム膨張機サイクルが形成される。

更に前記排ガスボイラー８には、ガス導管27より分岐さ
れた分岐管28と接続するバーナー47が別に設けられてい
る。

これにより排ガスボイラー８はガス燃焼膨張機１が運転
中はスチームをスチーム膨張機７に供給し、前記動作を
行うが、起動前に前記バーナー47の燃焼により、スチー
ム発生を行いスチーム膨張機７を起動し、それによつて
変速装置４を通じてガス膨張機１の起動が行われ空気圧
縮機２を駆動し、燃料ガス圧縮機６も起動する。

この結果、ガス燃焼膨張装置Ａより動力が発電機５に伝
達され、発電が行われる。

従って前記スチーム膨張機７は起動機としても働くもの
である為に、ガス燃焼膨張機１を起動させる為の起動機
（スターター）が不要となる。

第３図は排ガスボイラーとスチーム膨張機７より得られ
る動力及び熱エネルギーを利用して冷水を得る為の他の
実施例で、Ｅは吸収冷凍装置であり、Ｆは冷凍サイクル
である。

前記各実施例との相違点を中心に説明すると、 排ガスボイラー８よりのスチームにより駆動さるスチー
ム膨張機７はその出力軸側に冷凍機30を連結し、該冷凍
機30の駆動により蒸発器35より冷水を得る。

更に膨張機７より排出されたスチームは、管33を通って
吸収式冷凍機Ｅの再生器38に導入されて加熱源となり、
更に排ガスボイラー８の排気ガスも管22を通じて再生器
38を加熱する。

これにより蒸発器36からも冷水を得る事が出来る。

尚、39は吸収器、40は凝縮器である。

又蒸発器36と蒸発器35はシリーズに連結しても、パラレ
ルに連結して使用しても何れでもよい。

かかる実施例によれば、排ガスボイラー８よりの熱エネ
ルギーを全て利用出来、更に大きく捕えれば燃焼室３の
燃焼熱エネルギーを全て熱併給発電として利用出来、極
めて無駄のないコ・ゼネレション的な熱利用となる。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、ガス燃焼膨張装置又は
発電機の回転力を利用して燃料ガス圧縮機を駆動させる
事が出来、而も前記燃料ガス圧縮機はスクリュー型燃料
ガス圧縮機である為に、ガス燃焼膨張装置の負荷変動に
よっても円滑に駆動させる事が出来、これにより燃料ガ
ス圧縮機を駆動させる特別な電動機が不要になる為に発
電装置全体をパッケージ化出来、この結果モーター駆動
による防爆の必要性がなくなり、且つ防音とコンパクト
化が達成され且つコンパックト化したため設置スペース
も小となり、コストダウンが可能となる。

而も本発明は、排ガスボイラーから動力回収されたガス
燃焼膨張機よりの排ガス熱エネルギーを利用して燃料ガ
ス圧縮機を円滑に駆動させる事が出来たため、発電効率
を大幅に上昇させる事が出来る。

又本発明の好ましい実施例によれば、排ガスボイラーよ
りの熱エネルギーを利用してガス燃焼膨張装置の起動を
行う事が出来る為に、別に設けていた起動装置は不要に
なり、コストダウンと発電効率の向上につながる。

更に前記排ガスボイラーよりの熱エネルギーを利用して
冷房等の冷水も得る事が出来る為に、発電効率のみなら
ず熱併給発電装置として、極めて無駄のないコ・ゼネレ
ション的な熱利用が可能となる。等の種々の著効を有
す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガス燃焼膨張装置を用いた本発明の発電装置
の基本構成図で、第２図は前記基本構成に加えて排ガス
ボイラーの効率利用を図った本発明の実施例に係るフロ
ー図、第３図は本発明の他の実施例を示すフロー図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 允 茨城県稲敷郡茎崎町桜が丘32の10 (72)発明者 香取 洋一 茨城県取手市戸頭６の30の３の404 (56)参考文献 特開 昭61−40401（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−113196（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−104678（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス燃焼膨張機の一軸側に燃焼室内に圧縮
   空気を導く空気圧縮機を、一方他軸側に発電機及び容積
   型回転圧縮機からなる燃料ガス圧縮機を夫々直接又は間
   接的に連結し、前記燃料ガス圧縮機よりの圧縮燃料ガス
   を燃焼室内に供給し空気圧縮機よりの圧縮空気と共に燃
   焼し、燃焼ガスを前記ガス燃焼膨張機内に噴射して動力
   を発生すると共に、前記ガス燃焼膨張機よりの排ガスを
   熱源として利用する排ガスボイラーからのスチームによ
   りスチーム膨張機を駆動し、該スチーム膨張機によつて
   回収された動力を前記燃料ガス圧縮機側に伝達し、該燃
   料ガス圧縮機を駆動可能に構成した事を特徴とする発電
   装置
2. 【請求項２】前記発電機を誘導電動機として用い、ガス
   燃焼膨張機の起動時に誘導電動機として回転させ、ガス
   燃焼膨張機の起動機として働くよう構成した特許請求の
   範囲第１項記載の発電装置
3. 【請求項３】前記排ガスボイラーにガス又は液体燃料を
   熱源とする燃焼装置を付設し、発電装置起動時に排ガス
   ボイラーの燃焼を事前に行うことにより発生したスチー
   ムをスチーム膨張機に導いて、該スチーム膨張機の駆動
   力をガス燃焼膨張装置に伝達して起動を行う事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の発電装置
4. 【請求項４】燃料ガス圧縮機に導く燃料ガス導入管より
   ガスを分岐して前記燃焼装置に導くようにした特許請求
   の範囲第３項に記載の発電装置
5. 【請求項５】前記スチーム膨張機によつて回収された動
   力によつて冷凍機を駆動し、一方前記スチーム膨張機か
   ら排出されるスチーム又は／及び排ガスボイラーから出
   る排ガスを吸収冷凍機に導入して冷水を作ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の発電装置