JPH10227203A

JPH10227203A - コジェネレーションシステム

Info

Publication number: JPH10227203A
Application number: JP9030595A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Muto; 浩史武藤
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】エネルギー効率を向上させるために、より熱
ポテンシャルを効率よく利用できるようにする。【解決手段】コジェネレーションシステムにおいて、
廃熱ボイラ２０から排出された蒸気は配管１２を通じて
動力回収装置４２に送られ、直接仕事４０を行う。ま
た、動力回収装置４２の作動により減圧された蒸気によ
って、廃熱ボイラ２０に供給する水を予熱する。さら
に、その廃熱ボイラ２０に供給する水を蓄える給水タン
ク５２内の水を予熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコジェネレーション
システムに関し、熱ポテンシャルの効率化と蒸気の有効
利用を行う技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】コジェネレーションシステムでは、一般
に電気または動力と、有効な熱エネルギーとの二つのエ
ネルギーを、単一のエネルギー源から連続的に生産する
操作を行う。最近では、電力事情や環境対策上、さらに
エネルギー効率の高いコジェネレーションシステムが要
請されている。この要請に対応したコジェネレーション
システムの一例を図４に示す。この例では、ガスタービ
ンから排出される熱を用いて水を蒸気にし、その蒸気を
用いて仕事を行わせている。

【０００３】図４において、配管２４に入ったエアは圧
縮機３４によって圧縮され、燃焼器２２で燃料とともに
燃焼され、タービン３６を回転させる。このタービン３
６の回転に伴って、発電機３２が発電を行う。また、タ
ービン３６から排出される排気ガスは排気管３８を通じ
て排出される。その排気管３８は廃熱ボイラ２０と予熱
器１４との中を通っている。この構造によって、排気ガ
スの熱が廃熱ボイラ２０では水を蒸発させ、予熱器１４
では廃熱ボイラ２０に供給する水を予熱する。この廃熱
ボイラ２０に供給する水は、給水タンク５２からポンプ
５４によって送り出され、配管５６を通じて熱交換器４
６および予熱器１４に送られる。そしてこれらの熱交換
器４６および予熱器１４で予熱された水は、配管１６を
通じて廃熱ボイラ２０に送られる。廃熱ボイラ２０で発
生した蒸気は、一方は配管１２を通って動力回収装置４
２に行き、他方は配管６０を通って熱交換器４６に行
く。この蒸気は高温高圧であるため、動力回収装置４２
で仕事４０を行なって減圧するとともに、熱交換器４６
に送って熱交換により廃熱ボイラ２０に供給する水を予
熱している。そして、仕事４０を行なった蒸気は配管５
８を通じて工場等に送られる。一方、熱交換器４６で熱
交換された蒸気は復水され、配管４８を通じて給水タン
ク５２に貯留される。なお、仕事４０としては、発電や
エアの圧縮等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、廃熱ボイラ２
０で発生した蒸気を動力回収装置４２と熱交換器４６と
に分散させていたため、動力回収装置４２によって取り
出せる仕事４０は圧力が分散した分だけ小さくなってし
まう。また、配管５８で工場へ送られた蒸気が使いきれ
ない場合には、その蒸気を捨てざるを得ない。そのた
め、熱ポテンシャルが効率よく利用されていなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、エ
ネルギー効率を向上させるために、より熱ポテンシャル
を効率よく利用したコジェネレーションシステムを提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための第１の手段】請求項１に記載の
コジェネレーションシステムは、図１に模式的に示すよ
うに、発電設備のタービン３６から排出される熱を用い
て、廃熱ボイラ２０に供給される水を蒸気にし、その廃
熱ボイラ２０から排出された蒸気を用いて仕事４０を行
い、その仕事後の蒸気をフィードバックして再利用する
ことを特徴とする。請求項１に記載のコジェネレーショ
ンシステムによれば、廃熱ボイラ２０から排出された蒸
気を用いて仕事４０を行なった後の余剰蒸気をフィード
バックして使用するので、その仕事量を最大限まで引き
上げることが可能になる。そのため、熱ポテンシャルを
効率よく利用して、エネルギー効率を向上させることが
できる。

【０００６】

【課題を解決するための第２の手段】請求項２に記載の
コジェネレーションシステムは、請求項１に記載のコジ
ェネレーションシステムにおいて、その仕事後の蒸気を
用いて、その廃熱ボイラ２０に供給する水を予熱するこ
とを特徴とする。請求項２に記載のコジェネレーション
システムによれば、仕事４０を行なったことによって減
圧された蒸気によって、廃熱ボイラ２０に供給する水を
予熱する。この水が予熱されれば廃熱ボイラ２０で蒸気
になりやすくなるため、より高温高圧の蒸気が得られ
る。そのため、エネルギー効率をより向上させることが
できる。

【０００７】

【課題を解決するための第３の手段】請求項３に記載の
コジェネレーションシステムは、請求項１に記載のコジ
ェネレーションシステムにおいて、その仕事後の蒸気を
用いて、その廃熱ボイラに供給する水を蓄える給水タン
ク内の水を予熱することを特徴とする。請求項３に記載
のコジェネレーションシステムによれば、仕事４０を行
なったことによって減圧された蒸気によって、その廃熱
ボイラ２０に供給する水を蓄える給水タンク５２内の水
を予熱する。この給水タンク５２内の水が予熱されれば
廃熱ボイラ２０で蒸気になりやすくなるため、より高温
高圧の蒸気が得られる。そのため、エネルギー効率をよ
り向上させることができる。

【０００８】

【課題を解決するための第４の手段】請求項４に記載の
コジェネレーションシステムは、請求項１に記載のコジ
ェネレーションシステムにおいて、発電設備の燃焼器へ
の燃料の供給量が所定の供給量を超える場合には、その
燃焼器に蒸気を噴射することを特徴とする。請求項４に
記載のコジェネレーションシステムによれば、発電設備
の燃焼器２２への燃料の供給量が所定の供給量を超える
ときに、その燃焼器２２に蒸気を噴射する。そのため、
発電設備から排出される窒素酸化物の濃度を低く抑える
ことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図３を参照しながら説明する。ここで、図１
には、本発明のコジェネレーションシステムを概念図で
示す。図２には、本発明を実現するための配管系統を示
す。図３には、蒸気の流量制御を行う処理手順をフロー
チャートで示す。

【００１０】図１において、配管２４に入ったエアは、
冷却器２６で冷却されて配管３０を循環する冷却水によ
って冷却される。こうして冷却されたエアは、圧縮機３
４に送られて圧縮される。さらに、そのエアは燃焼器２
２において配管１６８（図２）から供給される燃料とと
もに燃焼され、タービン３６を回転させる。このタービ
ン３６の回転に伴って、発電機３２が発電を行う。ま
た、タービン３６から排出される排気ガスは排気管３８
を通じて排出される。その排気管３８は廃熱ボイラ２０
と予熱器１４との中を通っている。この構造によって、
排気ガスの熱が廃熱ボイラ２０では水を蒸発させ、予熱
器１４では廃熱ボイラ２０に供給する水を予熱する。廃
熱ボイラ２０に供給する水は、給水タンク５２からポン
プ５４によって送り出され、熱交換器４６および予熱器
１４によって予熱され、配管５６，１６を通じて廃熱ボ
イラ２０に送られる。

【００１１】廃熱ボイラ２０で発生した蒸気は、配管１
２を通って動力回収装置４２に行き、動力回収装置４２
で仕事４０を行なって減圧した後に配管５８を通じて工
場等に送られる。また、動力回収装置４２で仕事４０を
行なって減圧された蒸気は、配管１０を通じて冷却器２
６に、配管４４を通じて熱交換器４６に、配管５０を通
じて給水タンク５２にそれぞれ送られる。熱交換器４６
に送られた蒸気は、熱交換により廃熱ボイラ２０に供給
する水を予熱している。給水タンク５２に送られた蒸気
は、その給水タンク５２内の水を予熱するとともに貯留
される。なお、仕事４０としては、発電やエアの圧縮等
がある。また、廃熱ボイラ２０で発生した蒸気は、配管
１８を通って燃焼器２２に送られ噴射される。この蒸気
の噴射量を適切に制御することによって、燃焼器２２内
で発生する窒素酸化物（NOx ）の濃度を低く抑えること
が可能になる。

【００１２】したがって、このコジェネレーションシス
テムによれば、廃熱ボイラ２０から排出された蒸気を用
いて直接仕事４０を行なっているので、その仕事量を最
大限まで引き上げることができる。そのため、熱ポテン
シャルを効率よく利用して、エネルギー効率を向上させ
ることができる。また、仕事４０を行なったことによっ
て減圧された蒸気を用いて、廃熱ボイラ２０に供給する
水を予熱している。この水が予熱されれば廃熱ボイラ２
０で蒸気になりやすくなるため、より高温高圧の蒸気が
得られる。そのため、エネルギー効率をより向上させる
ことができる。さらに、その廃熱ボイラ２０に供給する
水を蓄える給水タンク５２内の水を予熱している。この
給水タンク５２内の水が予熱されれば廃熱ボイラ２０で
蒸気になりやすくなるため、より高温高圧の蒸気が得ら
れる。そのため、エネルギー効率をより向上させること
ができる。

【００１３】次に、具体的な設備に本発明を適用した例
について、図２を参照しながら説明する。以下説明を簡
単にするために、いくつかの系統に分けて、それぞれの
系統ごとに説明する。〔発電系統〕発電系統では、ガスタービンを用いた発電
設備によって発電を行う。まず、配管１７８によって取
り込まれたエアは冷却器１５６で冷却されて配管１７４
を循環する冷却水によって冷却される。こうして冷却さ
れたエアは、矢印Ｄ１０方向に圧縮機２２２へ送られて
圧縮され、配管１６８によって送られた燃料とともに燃
焼器２２０で燃焼され、タービン２１８を回転させる。
タービン２１８の回転軸は発電機２２４の回転軸に連結
されており、タービン２１８の回転に伴って発電機２２
４が発電を行う。上記配管１６８にはバルブ１７０が設
けられており燃料量が調整される。そのバルブ１７０の
開度は、制御部１５２によって調整される。すなわち、
制御部１５２は電力監視装置１１９，制御部１４８等か
ら送られてくる電力や圧力等のデータに従って、バルブ
１７０の開度を調整する。そして、タービン２１８から
排出された排気ガスは配管２１６から排ガスバイパス２
１４に送られ、その一部が排気ガスとして排気される。
その排気量は、圧力センサ２１３によって計測される圧
力であって、廃熱ボイラ２１２から配管１１６に出た直
後の蒸気の圧力に従って調整される。他の一部の排気ガ
スは廃熱ボイラ２１２の中を通った後に、そのまま排気
される。なお図１との関係では、冷却器１５６は冷却器
２６に、圧縮機２２２は圧縮機３４に、燃焼器２２０は
燃焼器２２に、タービン２１８はタービン３６に、発電
機２２４は発電機３２に、配管２１６は排気管３８に、
配管１１６は配管１２に、廃熱ボイラ２１２はの廃熱ボ
イラ２０にそれぞれ相当する。

【００１４】〔蒸気配送系統〕蒸気配送系統では、配管
を通じて各種装置等に蒸気を送る。まず、給水タンク１
８８から配管２０８，熱交換器１９２，配管１９６，予
熱器２１０を経て廃熱ボイラ２１２に供給された水は、
廃熱ボイラ２１２において上記排気ガスの熱によって蒸
気となる。ここで、給水タンク１８８は図１の給水タン
ク５２に相当し、熱交換器１９２は図１の熱交換器４６
に相当し、配管２０８は配管５６に相当し、予熱器２１
０は図１の予熱器１４に相当する。その蒸気は配管１１
６に沿って矢印Ｄ２方向に送られ、その蒸気量は流量セ
ンサ１９８（「Ｆｂ」と図示する）によって計測され
る。そして、廃熱ボイラ２１２で発生した蒸気は、配管
１１６を通じて蒸気ヘッダ１２２に送られるか、配管１
６２，１６６（図１の配管１８に相当する）を通じて燃
焼器２２０に送られ、あるいはバルブ１１８を経て排出
される。すなわち、配管１１０を通じてバルブ１２６お
よびタービン１２５（図１の動力回収装置４２に相当す
る）を経て、あるいはバルブ１２７および配管１２８を
経て、蒸気ヘッダ１２２に送られる。この蒸気ヘッダ１
２２に送られる蒸気の蒸気量は、流量センサ１１３
（「Ｆｐ」と図示する）によって計測される。また、配
管１１０を通じてタービン１２５に送られる蒸気の蒸気
量は、バルブ１２６の開度によって調整される。同様
に、配管１２８（バイパス）を通じて蒸気ヘッダ１２２
に送られる蒸気の蒸気量は、バルブ１２７の開度によっ
て調整される。このように２つの配管を用いて蒸気を蒸
気ヘッダ１２２に送るのは、蒸気ヘッダ１２２の圧力が
低くなり過ぎるとタービン１２５が過速度となるため、
タービン１２５への蒸気の入出力の圧力差を保つことに
よりタービン１２５を保護するためである。したがっ
て、バルブ１２６が完全に閉じられると、タービン１２
５は停止する。一方、バルブ１１８の開度は、圧力セン
サ１９７によって計測される配管１１６の圧力に従って
調整される。

【００１５】バルブ１２６の開度は制御部１１２によっ
て制御され、バルブ１２７の開度は制御部１１４によっ
て制御される。すなわち制御部１１２は、圧力センサ１
００によって計測された配管１０８の圧力，流量センサ
１１３で計測された配管１１０の蒸気量，制御部１１４
からの指令に従って、バルブ１２６の開度を調整する。
また、制御部１１４は、圧力センサ１１５によって計測
された配管１１６の圧力，圧力センサ１２９によって計
測された蒸気ヘッダ１２２の圧力，後述する温度センサ
２０７によって計測された給水タンク１８８の温度に従
って、バルブ１２７の開度を調整する。こうして蒸気ヘ
ッダ１２２に送られた蒸気は、主として配管１２０（図
１の配管５８に相当する）を通じてバルブ４１０を経て
既存の蒸気ヘッダ４００に送られるほか、給水タンク１
８８や熱交換器１９２、あるいは冷却器１５６に分配さ
れる。

【００１６】蒸気ヘッダ１２２から分配される蒸気は、
第１に、配管１２０を通じて蒸気ヘッダ４００に送られ
る。この蒸気の蒸気量はバルブ４１０によって調整さ
れ、そのバルブ４１０の開度は制御部４０８によって制
御される。すなわち制御部４０８は、圧力センサ４１２
によって計測される配管１２０の圧力と、圧力センサ４
０６によって計測される蒸気ヘッダ４００の圧力とに従
って、バルブ４１０の開度を調整する。一方、圧力セン
サ４０２によって計測される蒸気ヘッダ４００の圧力に
従って、蒸気ヘッダ４００には既存の蒸気ボイラ４０４
からも蒸気が供給される。すなわち、通常は蒸気ヘッダ
１２２から配管１２０を通じて蒸気が蒸気ヘッダ４００
に供給されるが、その供給が何らかの要因によって不足
した場合に既存の蒸気ボイラ４０４から蒸気が蒸気ヘッ
ダ４００に供給される。こうして、蒸気ヘッダ４００内
の蒸気量（圧力）は一定に保たれる。そして、工場等か
らの要請に応じて、蒸気ヘッダ４００の蒸気はその工場
等に送られる。

【００１７】蒸気ヘッダ１２２から分配される蒸気は、
第２に、配管１３０（図１の配管５０に相当する）を矢
印Ｄ６方向に沿って給水タンク１８８に送られる。その
蒸気ヘッダ１２２と給水タンク１８８との間には、バル
ブ１３６，１８２およびエジェクタ１８０が設けられて
いる。また、蒸気ヘッダ１２２とバルブ１３６との間に
は流量センサ１３４（「Ｆｋ」と図示する）が設けられ
ている。同様に、エジェクタ１８０と給水タンク１８８
との間には、温度センサ１８４が設けられている。さら
に、エジェクタ１８０に供給される水は上記配管１３０
の他に配管２０２があり、この配管２０２はエジェクタ
１８０と給水タンク１８８との間に設けられている。そ
して、配管２０２を流れる水の流量はバルブ２００によ
って調整され、そのバルブ２００の開度は温度センサ２
０４に従って変化するようになっている。

【００１８】一方、給水タンク１８８に貯留される水
（温水）の温度を一定に保つため、その水を給水タンク
１８８からエジェクタ１８０を経て再び給水タンク１８
８に戻す温水蓄熱システムが構成されている。この温水
蓄熱システムにおいて、エジェクタ１８０は給水タンク
１８８から送られた水を、蒸気ヘッダ１２２から送られ
た蒸気と混合させる。ここで、給水タンク１８８に送ら
れる蒸気量は流量センサ１３４によって計測され、その
蒸気量はバルブ１３６によって調整される。このバルブ
１３６の開度は、圧力センサ１３２によって計測される
蒸気ヘッダ１２２の圧力に従って調整される。そして、
バルブ１３６によって調整され配管１３０内を送られる
蒸気の蒸気量は、さらにバルブ１８２によって調整され
る。このバルブ１８２の開度は、温度センサ１８４で計
測された配管１８６内を送られる水蒸気（混合水）の温
度に従って調整される。こうして給水タンク１８８に蒸
気を送ることによって、給水タンク１８８の蓄熱効率を
維持・向上させることができる。

【００１９】蒸気ヘッダ１２２から分配される蒸気は、
第３に、配管１３８（図１の配管４８に相当する）を矢
印Ｄ８方向に沿って熱交換器１９２に送られる。その蒸
気ヘッダ１２２と熱交換器１９２との間には、バルブ１
４０が設けられている。熱交換器１９２に送られる蒸気
量は流量センサ１４２（「Ｆｈ」と図示する）によって
計測され、その蒸気量はバルブ１４０によって調整され
る。このバルブ１４０の開度は、熱交換器１９２と予熱
器２１０との間に設けられている温度センサ１９４によ
って計測される温度に応じて調整される。また、熱交換
器１９２によって熱交換された蒸気は復水され、配管１
９０を通じて給水タンク１８８に送られる。上記熱交換
器１９２および配管１３８，１９０からなる給水予熱シ
ステムは、廃熱ボイラ２１２に供給する水を予熱すると
ともに、復水された蒸気によって給水タンク１８８内の
水を予熱することができる。なお、配管１３８を廃熱ボ
イラ２１２に接続せずに蒸気ヘッダ１２２に接続したの
は、廃熱ボイラ２１２で発生する上記のポテンシャルエ
ネルギーをタービン１２５において効率よく消費するた
めである。

【００２０】蒸気ヘッダ１２２から分配される蒸気は、
第４に、配管１５０（図１の配管１０に相当する）を矢
印Ｄ４方向に沿って冷却器１５６に送られる。その蒸気
ヘッダ１２２と冷却器１５６との間には、バルブ１５４
が設けられている。冷却器１５６に送られる蒸気量は流
量センサ１４４（「Ｆｒ」と図示する）によって計測さ
れ、その蒸気量はバルブ１５４によって調整される。こ
のバルブ１５４は、冷却器１５６から冷水を循環させる
配管１７４に設けられている温度センサ１７２によって
計測される温度に応じて開度が調整される。また、冷却
器１５６の動作は制御部１５８によって制御される。す
なわち、制御部１５８は電力監視装置１１９からの需要
電力量，温度センサ１７６によって計測されたエアの温
度に従って、冷却器１５６の動作を制御する。この制御
によってエアを適切に冷却することができ、発電効率を
向上させることができる。なお、配管１５０を廃熱ボイ
ラ２１２に接続せずに蒸気ヘッダ１２２に接続したの
は、廃熱ボイラ２１２で発生する上記のポテンシャルエ
ネルギーをタービン１２５において効率よく消費するた
めである。

【００２１】〔仕事系統〕仕事系統では、蒸気が有する
ポテンシャルエネルギーを用いて仕事を行う系統であっ
て、廃熱ボイラ２１２から排出される蒸気の一部が仕事
を行なっている。具体的に、その仕事の一つは、蒸気が
バルブ１２６を通じてタービン１２５を回転させ、その
タービン１２５の回転によって圧縮機１２４（図１の仕
事４０に相当する）がエアを圧縮する。この圧縮機１２
４によって圧縮されたエアは、圧空ヘッダ１０２に送ら
れる。圧空ヘッダ１０２内のエアは、圧力センサ１０４
によってその圧力が計測され、必要に応じて配管１０６
を通じて工場に送られる。なお、図２の圧縮機１０５は
既存のエア圧縮機である。他の仕事の一つは、配管１１
６の蒸気が配管１６２を通じて燃焼器２２０に送られて
噴射され、窒素酸化物（NOx ）の濃度を低く抑えるため
にガス燃焼量を調整する。すなわち、ガスタービンから
排出される排気ガスには、一般に窒素酸化物が含まれ
る。この窒素酸化物の濃度は燃焼温度によって変化する
ことから、窒素酸化物の濃度が低くなる燃焼温度を維持
することによって、窒素酸化物の発生を抑制するためで
ある。また、配管１１６の蒸気は配管１１６を通じて燃
焼器２２０に送られて噴射され、タービン２１８の出力
を増加させる。なお、配管１１６から燃焼器２２０に蒸
気を導入するのは、噴射のために高い圧力が必要なため
である。

【００２２】ここで、配管１６２には流量センサ１６０
（「Ｆｎ」と図示する）とバルブ１６４とが設けられ、
配管１６６には流量センサ１４６（「Ｆｐ」と図示す
る）とバルブ１４７とが設けられている。流量センサ１
６０は配管１６２を通じて燃焼器２２０に送る蒸気量を
計測し、バルブ１６４はその蒸気量を調整する。また、
流量センサ１４６は配管１６６を通じて燃焼器２２０に
送る蒸気量を計測し、バルブ１４７はその蒸気量を調整
する。このバルブ１４７の開度は、制御部１４８によっ
て制御される。すなわち、制御部１４８は、圧力センサ
１４３によって計測される蒸気ヘッダ１２２の圧力が所
定の圧力を超えたか否かを判別するとともに、電力監視
装置１１９および制御部１５２からの指令に従ってバル
ブ１４７の開度を調整する。なお、蒸気ヘッダ１２２の
分配側（すなわち工場等や温水蓄熱システム等に分配す
る側）の使用量が低下し、廃熱ボイラ２１２で発生する
蒸気量が変化しない場合には蒸気ヘッダ１２２内の圧力
が高まる。この場合には蒸気ヘッダ１２２へ蒸気を送ら
ずに、制御部１４８がバルブ１４７を開けて蒸気を燃焼
器２２０に誘導する。こうすることによって、蒸気ヘッ
ダ１２２内の異常な高圧状態になるのを防止し、かつタ
ービン２１８の出力を増加させて発電機２２４の発電電
力量を増加させることもできる。

【００２３】〔給水系統〕給水系統では、廃熱ボイラ２
１２で蒸気を発生させるための水を供給する。具体的に
は、給水タンク１８８からポンプ２０６（図１のポンプ
５４に相当する）によって水が送り出され、その水は配
管２０８，熱交換器１９２，配管１９６，予熱器２１０
を通じて廃熱ボイラ２１２に供給される。熱交換器１９
２は、上述したように蒸気ヘッダ１２２から送られた蒸
気によって熱交換を行うが、その熱は配管２０８を送ら
れる水に伝わり予熱する。こうして予熱された水は熱交
換器１９２から配管１９６を経て予熱器２１０に送ら
れ、この予熱器２１０において排気ガスの熱により水を
さらに予熱する。したがって、２段階の予熱によって、
水の温度を確実に上昇させることができる。なお、配管
１９６に温度センサ１９４が設けられており、その温度
センサ１９４によって計測された温度に従って、熱交換
器１９２に送られる蒸気量が調整される。そのため、水
の温度の上がり過ぎを防止し、適切な温度で廃熱ボイラ
２１２に水を供給することができる。したがって、過熱
によって配管１９６を痛めることがない。

【００２４】〔電力監視系統〕電力監視系統では、変電
所（図示せず）等が受ける受電量を監視し、発電設備に
おける発電量を制御する。具体的には、電力監視装置１
１９が、発電機２２４によって発電される電力を制御す
る。すなわち、電力監視装置１１９は、配管１７８を通
じてガスタービンに送り込むエアの温度を温度センサ１
７６によって計測して、そのエアの温度を調整するため
に冷却器１５６から配管１７４に流す冷却水の水量を調
整して吸気温度に応じて最大発電量を発生するように制
御する。また、変電所に売電会社より送電された電力を
監視して、燃焼器２２０に供給する燃料量をバルブ１７
０で調整し、および／または、配管１６６を通じて燃焼
器２２０に送る蒸気量をバルブ１４７で調整して買電会
社の最低値を保つように発電機２２４の発電量を制御す
る。

【００２５】以上のように構成されるコジェネレーショ
ンシステムでは、全体として蒸気の流れは図３に示すフ
ローチャートのようにコントロールされる。まず、圧力
センサ２１３，１４３によって計測された蒸気の圧力に
従って、その蒸気の流れが制御される。すなわち、圧力
センサ２１３によって計測された圧力（以下、「第１計
測圧力」と呼ぶ。）が判別される［ステップＳ３０］。
その第１計測圧力が第１圧力範囲（例えば、17.5Kgf/cm
²以上）のときには、排ガスバイパス２１４によって排
気ガスを排出する排出量の制御が行われる［ステップＳ
５０］。一方、第１計測圧力が第２圧力範囲（例えば、
17.5Kgf/cm²未満）のときは、圧力センサ１４３によっ
て計測された圧力（以下、「第２計測圧力」と呼ぶ。）
が判別される［ステップＳ３１］。その第２計測圧力が
第３圧力範囲（例えば、17.3Kgf/cm²以上）のときは、
電力監視装置１１９による電力需要（現状受電量−最低
受電量）の有無を検査し［ステップＳ１０］、電力需要
があれば制御部１４８を介して燃焼器２２０に蒸気を送
り込む［ステップＳ１２］。なお、第２計測圧力が第４
圧力範囲（例えば、17.3Kgf/cm²未満）のときは、その
まま配管１１６を通じて蒸気ヘッダ１２２に蒸気を送
る。

【００２６】次に、配管１１６を流れる蒸気は、その流
量が流量センサ１１３によって計測され、その大きさが
制御部１１２，１１４によって判別される［ステップＳ
３２］。流量センサ１１３によって検出された流量が第
１流量範囲（例えば、４t/h未満）のときは、制御部１
１２によってバルブ１２６が閉じられ、制御部１１４に
よってバルブ１２７が開けられる。こうして、蒸気は配
管１２８を通じて蒸気ヘッダ１２２に送られる［ステッ
プＳ５２］。一方、流量センサ１１３によって検出され
た流量が第２流量範囲（例えば、４t/h 以上）のとき
は、制御部１１２によってバルブ１２６が開けられ、制
御部１１４によってバルブ１２７が閉じられる。なお、
バルブ１２７は蒸気ヘッダ１２２の圧力制御のため、圧
力センサ１２９により常時開閉する。こうして、蒸気は
配管１１０からタービン１２５を経て蒸気ヘッダ１２２
に送られる。この場合には、タービン１２５の作動とと
もに圧縮機１２４が作動し、圧縮されたエアが配管１０
８を通じて圧空ヘッダ１０２に送られる。

【００２７】そして、配管１０８を通じて送られるエア
の圧力を圧力センサ１００が計測し、その大きさを制御
部１１２が判別する［ステップＳ３４］。圧力センサ１
００によって計測された圧力（以下、「第３計測圧力」
と呼ぶ。）が第５圧力範囲（例えば、6.2Kgf/cm²以上）
のときには、配管１１０から配管１２８を通じて蒸気が
蒸気ヘッダ１２２に送られる［上記ステップＳ５２］。
また、第３計測圧力が第６圧力範囲（例えば、6.0Kgf/c
m ²未満）のときには、既存の圧縮機１０５（既存圧空
設備）を運転し［ステップＳ１４］、圧空ヘッダ１０２
を介して工場等へ圧縮されたエアを供給する［ステップ
Ｓ１６］。一方、第７圧力範囲（例えば、6.0Kgf/cm²以
上，6.2Kgf/cm²未満）のときには、タービン１２５の作
動とともに圧縮機１２４が作動し、圧縮されたエアが配
管１０８を通じて圧空ヘッダ１０２に送られる［ステッ
プＳ３６］。このようにしてタービン１２５が作動する
と、蒸気圧は低下する（17.0Kgf/cm²程度）。なお、バ
ルブ１２７の開閉によっても蒸気圧は低下する。

【００２８】さらに、吸気側では、吸入されるエアの温
度を温度センサ１７６が計測し、その大きさを制御部１
５８が判別する［ステップＳ３８］。温度センサ１７６
によって計測された温度が所定温度範囲（例えば、１７
℃以上）に達すると、電力監視装置１１９が電力需要の
有無を検査する［ステップＳ１８］。このとき、電力需
要が所定電力量（例えば、500 ＫＷ）以上であれば、制
御部１５８が冷却器１５６を作動させ、冷水を配管１７
４に流してエアを冷却する［ステップＳ２０］。こうし
て、エアを冷却することにより、ガスタービンを通じて
発電機２２４による発電効率を上げる。蒸気ヘッダ４０
０側では、蒸気ヘッダ４００の圧力を圧力センサ４０６
が計測し、その大きさを制御部４０８が判別する［ステ
ップＳ４０］。圧力センサ４０６によって計測された圧
力（以下「第４計測圧力」と呼ぶ。）が第８圧力範囲
（例えば、5.0Kgf/cm²未満）のときには、既存の蒸気ボ
イラ４０４を運転し［ステップＳ２２］、蒸気を工場等
へ供給する。また、第４計測圧力が第９圧力範囲（例え
ば、5.0Kgf/cm²以上，5.2Kgf/cm²未満）のときには、蒸
気をそのまま工場等へ供給する［ステップＳ４２］。そ
して、第４計測圧力が第１０圧力範囲（例えば、5.2Kgf
/cm²以上）のときには、上述した温水蓄熱システムを運
転する［ステップＳ５８］。こうして、給水タンク１８
８内の水を予熱することができる。

【００２９】そして、水の供給側では、廃熱ボイラ２１
２に供給する水の温度を温度センサ１９４が計測し、そ
の大きさに応じてバルブ１４０を調整する［ステップＳ
５４，Ｓ５６］。すなわち、温度センサ１９４によって
計測された水の温度を判別し［ステップＳ５４］、その
温度が所定温度範囲（例えば、６０℃未満）のときには
給水予熱運転を行う［ステップＳ５６］。こうして、廃
熱ボイラ２１２に供給する水を予熱する。

【００３０】上記のように構成されたコジェネレーショ
ンシステムでは、廃熱ボイラ２１２によって発生した蒸
気は、工場等に送る以外に、次のように分配される。（１）蒸気が発生したときの高い圧力を用いてタービン
１２５を駆動させ、圧縮機１２４においてエアの圧縮等
の仕事を行う。このタービン１２５の駆動によって蒸気
の圧力が減圧され、蒸気ヘッダ１２２に送られる。（２）蒸気ヘッダ１２２に送られた蒸気は、いくつかの
システム（設備）に分配される。具体的には、給水タン
ク１８８等からなる温水蓄熱システム，熱交換器１９２
等からなる給水予熱システム，冷却器１５６等からなる
エア冷却システムである。（３）ガスタービンで発生する窒素酸化物の濃度を抑え
るため（配管１６２系統）、およびガスタービンの出力
を増加させるため（配管１６６系統）に燃焼器２２０に
蒸気を送る。

【００３１】上述したような蒸気の分配によって、次の
ような熱ポテンシャルの効率化と、蒸気の有効利用とを
達成することができる。すなわち、廃熱ボイラ２１２か
ら排出された蒸気を用いてタービン１２５を回転させ、
圧縮機１２４によるエアの圧縮を行う仕事をしている。
その仕事量は、バルブ１２７を調整することによって最
大限まで引き上げることができる。そのため、蒸気が有
効に利用され、エネルギー効率を向上させることができ
る。また、タービン１２５を回転させたことによって減
圧された蒸気は、蒸気ヘッダ１２２および熱交換器１９
２を通じて、廃熱ボイラ２１２に供給する水を予熱して
いる。この水が予熱されれば廃熱ボイラ２１２では蒸気
になりやすくなるため、より高温高圧の蒸気が得られ
る。そのため、蒸気がより有効に利用され、エネルギー
効率をより向上させることができる。

【００３２】さらに、タービン１２５を回転させたこと
によって減圧された蒸気は、蒸気ヘッダ１２２およびエ
ジェクタ１８０を通じて復水され、その廃熱ボイラ２１
２に供給する水を蓄える給水タンク１８８に送られる。
そのため、復水された蒸気が有する熱によって給水タン
ク１８８内の水を予熱することになる。この給水タンク
１８８内の水が予熱されれば廃熱ボイラ２１２で蒸気に
なりやすくなるため、より高温高圧の蒸気が得られる。
そのため、エネルギー効率をより向上させることができ
る。そして、廃熱ボイラ２１２から排出され蒸気ヘッダ
１２２に送られた蒸気の供給量が所定の供給量を超える
とき、廃熱ボイラ２１２により得られた蒸気が燃焼器２
２０に送られる。そのため、所定の仕事量を得ながら
も、なおかつ発電効率を向上させることができる。図４
に示す従来のコジェネレーションシステムでは、工場等
の需要の変動により蒸気が過剰となった場合には、その
過剰の蒸気を棄てざるを得ず、蒸気が有効に利用されて
いなかった。しかし、本発明のコジェネレーションシス
テムによれば、工場等の需要の変動により蒸気が過剰と
なった場合でも、燃焼器２２０に送られ発電を行うなど
に利用され、蒸気を有効に活用することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、廃熱ボイラから得られ
た蒸気を用いて直接仕事を行なった後の余剰の蒸気を有
効に再利用するので、その仕事量を最大限まで引き上げ
ることが可能になる。そのため、熱ポテンシャルを効率
よく利用して、エネルギー効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコジェネレーションシステムを示す概
念図である。

【図２】本発明を実現するための配管系統図である。

【図３】蒸気の流量制御を行う処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図４】従来のコジェネレーションシステムを示す概念
図である。

【符号の説明】

１０，１２，１６，１８，２４，３０，４４，４８，５
０，５６，５８配管１４予熱器２０廃熱ボイラ２２燃焼器２６冷却器３２発電機３４圧縮機３６タービン３８排気管４０仕事４６熱交換器４２動力回収装置５２給水タンク５４ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電設備のタービンから排出される熱を
用いて、廃熱ボイラに供給される水を蒸気にし、その廃熱ボイラから排出された蒸気を用いて仕事を行
い、その仕事後の蒸気をフィードバックして再利用すること
を特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項２】請求項１に記載のコジェネレーションシ
ステムにおいて、その仕事後の蒸気を用いて、その廃熱ボイラに供給する
水を予熱することを特徴とするコジェネレーションシス
テム。
【請求項３】請求項１に記載のコジェネレーションシ
ステムにおいて、その仕事後の蒸気を用いて、その廃熱ボイラに供給する
水を蓄える給水タンク内の水を予熱することを特徴とす
るコジェネレーションシステム。
【請求項４】請求項１に記載のコジェネレーションシ
ステムにおいて、発電設備の燃焼器への燃料の供給量が所定の供給量を超
える場合には、その燃焼器に蒸気を噴射することを特徴
とするコジェネレーションシステム。