JPH0786338B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱エネルギーや電力エネルギーの効率的利用
を図るコージェネレーションシステムに関する。

［従来技術］ コージェネレーションシステムは、ビルや工場等におい
て時間や季節に対応して変化する電力エネルギーや熱エ
ネルギーの効率利用を図るものである。

従来のシステムにおいては、システム運転時に発生する
電力エネルギーと熱エネルギーとは一義的な関係にある
が、両者を相互変換することはできない。

コージェネレーションシステムでは、電力および熱の発
生エネルギーの需要と供給が平衡している場合に高効率
利用の目的が達成される。

しかし、実際の用途においては、需要と供給が平衡する
ことは少なく、しかも前記のようにエネルギーの相互変
換ができないので、下記のような問題点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 即ち、電力負荷追従運転時には、回収した熱エネルギー
の利用先がない場合、その一部または全部を大気中に放
出していた。

又、熱負荷追従運転時には、余剰の電力をダミーロード
等により消費していた。

又、電力需要または熱需要の何れかに合わせて原動機を
運転するので部分負荷運転となり、効率も低下する。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、その
目的は電力エネルギーと熱エネルギーとの相互変換を可
能にすると共に、発電機駆動により生じる排熱エネルギ
ーを再循環して利用する排熱利用系を備えることによ
り、運転効率を向上するコージェネレーションシステム
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係わる上記目的は、熱需要低下時には余剰の熱
エネルギーを回収して電気ボイラーに供給し、該電気ボ
イラーにより昇温加圧された熱エネルギーにより発電を
行い、且つ電力需要低下時には余剰の電力エネルギーを
回収して前記電気ボイラーを駆動し、該電気ボイラーに
て熱エネルギーを得ると共に、発電機駆動後の排熱エネ
ルギーを熱負荷機器に供給し、凝縮して得られる凝縮水
を冷却水として再循環することにより達成される。

［作用］ 即ち、電気ボイラーを用いることにより、熱需要低下時
には熱エネルギーから電力への変換が行われ、電力需要
低下時には電力エネルギーから熱への変換が行われるこ
とになり、発電機を駆動する原動機側よりみれば、該原
動機は電気と熱の全需要をベースに運転ができるので、
部分負荷運転が少なくなって効率の改善が図れる。

又、発電機駆動後の排熱エネルギーを熱負荷機器に供給
し、凝縮して得られる凝縮水を前記原動機の冷却用に利
用しているので、熱エネルギーの有効利用と共に、高温
排出ガスの大気中への放出を阻止できる。

［実施例］ 以下、第１図を参照して本発明を適用したコージェネレ
ーションシステムの一実施例を説明する。

第１図はコージェネレーションシステムの基本的回路構
成図を示すものであり、熱エネルギーを電力エネルギー
に変換する電力エネルギー変換系、電力エネルギーを熱
エネルギーに変換する熱エネルギー変換系および排熱エ
ネルギーを利用する排熱利用系が以下の構成要素により
構成される。

なお、図において、使用目的に合わせて設けられる弁機
構、バイパス管或いは補給管等の図示は省略してある。

先ず、構成について説明すると、原動機１はディーゼル
エンジン、ガスエンジン、ガスタービン等によって構成
され、発電機２を駆動するものである、３は冷却水熱交
換器であるが、原動機１がガスタービンの場合は不要に
なる。排ガス熱交換器４は、原動機１の排ガスについて
熱交換を行うものであり、熱負荷機器５は吸収冷凍機、
熱交換機、貯湯槽等の装置が目的に合わせて使用され
る。

電気ボイラー６は、蒸気や高温水を得るものであって、
排ガス熱交換器４と一体に構成してもよい。７は蒸気タ
ービンであり、発電機８を駆動する。又、９は凝縮水槽
であり、該凝縮水槽９は蒸気タービン７の排気が熱負荷
機器５を通る間に凝縮し、所定温度となった凝縮水を貯
めて再循環させるためのものである。蒸気タービン７を
使用しない場合は、排ガス熱交換器４や電気ボイラー６
よりの高温熱エネルギーは熱負荷機器５に熱エネルギー
を与え、その結果、所定温度の温水となって凝縮水槽９
に至る。上記何れの場合も凝縮水槽内の温水温度は原動
機１の冷却に必要な温度であることが必須であり、熱負
荷機器５の熱需要がない場合は冷却塔等の放熱器10によ
り温度調節される。

点線で示した配線ａは発電機２の電力を電気ボイラー６
に給電するものであり、ｂは排ガス管を示している。

次に、前記コージェネレーションシステムの作用を順次
説明する。

電力および熱需要が平衡している場合の作用。

この場合は、従来同様の作用が行われる。即ち、原動機
１により発電機２が駆動され、発電機２から発生した電
力は所要各施設に全量供給される。又、冷却水熱交換器
３および排ガス熱交換器４により回収される熱エネルギ
ーは各熱負荷機器５に供給された後、使用済温水が凝縮
水槽９を介して前記冷却水熱交換器３へ再循環される。

電力需要があり、且つ熱需要が低下している場合の
作用。

この場合、冷却水熱交換器３および排ガス熱交換器４に
より回収された熱エネルギーは、電気ボイラー６に供給
される。そして、電気ボイラー６の熱を蒸気タービン７
の駆動に必要な温度圧力まで昇温加熱するのであるが、
その熱源は発電機２から配線ａを介して供給される電力
が利用される。

又、電気ボイラー６から得られる蒸気によって蒸気ター
ビン７が駆動され、更に蒸気タービン７によって発電機
８が駆動されて各施設に需要に対応した電力を給電す
る。尚、原動機１の排出ガスから排熱ガス熱交換器４に
よって所要の蒸気が得られる場合、電気ボイラー６を使
用せずとも同一作用を得ることが可能である。

蒸気タービン７から排出された蒸気は、各熱負荷交換器
５および放熱器10により凝縮され、原動機１の冷却に必
要な温度になされた後、冷却水熱交換器３に供給され
る。

熱需要があり、且つ電力需要が低下している場合の
作用。

この場合、発電機２によって発電された電力の余剰部分
は、配線ａを介して電気ボイラー６に給電され、電気ボ
イラー６は熱負荷機器５の目的により温水又は蒸気を発
生させることができる。又、電気ボイラー６は必要に応
じて冷却水熱交換器３および排ガス熱交換器４によって
回収された熱エネルギーを昇温又は／および昇圧させる
こともできる。

電気ボイラー６にて得られた熱エネルギーは、熱負荷機
器５に供給され、凝縮水槽９を介して冷却水熱交換器３
および／又は排ガス熱交換器４に循環されるようにな
る。前記のように循環しながら全発生電力により必要電
力を賄うと共に、余剰電力を熱交換して100％の電力利
用を行う。

このように、本実施例に示したコージェネレーションシ
ステムによれば、電力から熱、熱から電力へのエネルギ
ー変換が行われるので、時々刻々の需要変化に合わせた
エネルギー供給をフレキシブルに行い得るようになる。

又、電力および熱エネルギーの需要は、時間帯、季節に
応じて変動するが、全発生エネルギーを利用できるの
で、総合効率の向上と共に需要側が必要とするエネルギ
ーの種類、量に対応してエネルギー供給が可能になる。
しかも、原動機１の部分負荷運転を改善するので、高効
率における運転が可能になり、省エネルギー化も得られ
る。

更に、原動機１から発生する高温排ガスが常に利用され
るシステムであるから、高温排ガスが大気中に放出され
ることがなく、公害防止の点からも優れた効果を奏す
る。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明に係わるコージェネレー
ションシステムは、熱エネルギーを電力エネルギーに変
換する変換系と電力エネルギーを熱エネルギーに変換す
る変換系とにより、２種のエネルギーを相互変換し得る
ように構成したものである。

依って、エネルギー需要側の必要に合わせてエネルギー
変換を行うことができ、電力や熱エネルギーの効率利用
を図ることができる。

又、全エネルギー需要をベースにシステムの運転ができ
るため、原動機の部分負荷運転も少なくできる。

更に、本発明のコージェネレーションシステムは、排熱
エネルギーを熱負荷機器を通して凝縮し、凝縮して得ら
れた凝縮水を再循環させて利用する排熱利用系を備えて
いるので、熱エネルギーが有効に使用できる。又、上記
構成の排熱利用系は、対応する従来構成における復水し
て再循環させるためのコンデンサの役目を前記熱負荷機
器に負わせてこのコンデンサを不要しているので、シス
テム全体が低コストで構築できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すコージェネレーション
システムの基本構成である。 （図中符号） 1:原動機 2,8:発電機、 3:冷却水熱交換器、 4:排ガス熱交換器、 5:熱負荷機器、 6:電気ボイラー、 7:蒸気タービン、 9:凝縮水槽、 10:放熱器、 a:配線、 b:排ガス管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱需要低下時に余剰の熱エネルギーを回収
   して電気ボイラーに供給し、該電気ボイラーにより昇温
   加圧された熱エネルギーにより発電機を駆動して電力エ
   ネルギーに変換する電力エネルギー変換系と、電力需要
   低下時に余剰の電力エネルギーを回収して前記電気ボイ
   ラーに供給し、該電気ボイラーにより昇温加圧された熱
   エネルギーを得る熱エネルギー変換系と、発電機駆動後
   の排熱エネルギーを熱負荷機器に供給して凝縮状態にす
   る排熱利用系とを備えたコージェネレーションシステ
   ム。