JP2003518219A - 工業設備および運転機器用コンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 工業設備は、多数の設備構成要素（２、４、６）と、設備プロセスで生じた熱エネルギーのリザーバとしての冷却回路（８、９、１０）と、運転機器用コンテナ（１４）とを有し、この運転機器用コンテナ（１４）内に、設備構成要素（２、４、６）を運転するための電気装置（５２）が配置されている。運転機器用コンテナ（１４）の空調のために、冷却回路（８、９、１０）に接続された空調装置（１６）が設けられている。冷却回路（８、９、１０）内に存在するエネルギーを利用することによって、空調装置（１６）の電気エネルギー需要は小さくされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、設備構成要素を運転するための運転機器用コンテナを備えた工業設
備（特にエネルギー発生用原動所）に関する。また本発明は、そのような設備の
運転機器用コンテナに関する。

【０００２】 設備を運転および制御するために、即ち、設備構成要素および設備プロセスを
運転するために、通常運転機器室内に種々の電気装置が配置されている。その電
気装置は、例えば、変圧器、低圧分電装置、直流分電装置、整流器、バッテリな
どのような電気機器である。ここで電気装置とはまた全ての待機室装置をも意味
する。運転機器室の中に特に、設備プロセスを制御するための複雑な計測制御装
置も収納されているので、運転機器室内における個々の装置相互の労力のかかる
結線および設備構成要素と運転機器室の外部にある分散形計測制御装置との労力
のかかる結線が必要である。通常の設備構想は、設備の建屋地域に一体化された
定置形運転機器室の中に、電気装置が現場で初めて据え付けられるように計画さ
れている。それに応じて、電気装置は設備の現場で相互に接続されねばならない
。この場合、しばしば経験不足の未熟な作業員のために、間違いを生じる可能性
が比較的大きい。

【０００３】 新たに運転機器室を、標準化された電気装置を有する運転機器用コンテナとし
て形成しようと努められている。その場合、電気装置はコンテナ内において既に
プレハブ式に互いに接続されている。その運転機器用コンテナは熟練者によって
既に工場で組み立てられている。運転機器用コンテナを現場で簡単に間違いなし
に接続するために、運転機器用コンテナは特に標準化された接続器を有している
。コントロールセンタセルとして形成された運転機器用コンテナは、シーメンス
社（ドイツ）の技術情報パンフレット「ベライヒ オートマチジールングステヒ
ニック（Bereich Automatisierungstechnik＝自動化技術分野）」、発行日１９
９７年８月に掲載の題名“プレハブ構造のコントロールセンタセル”で知られて
いる。そのコントロールセンタセル内に、コントロールセンタでの運転のために
必要なすべての機器がプレハブ式に据え付けられている。これは、技術装置と、
衛生装置および会議室まで含む事務所装置とを含んでいる。コントロールセンタ
セルは運転準備ができた状態で供給され、現場で僅かな機器配線に接続されるだ
けで済む。

【０００４】 運転機器用コンテナの機能性を保証するために、コンテナ内の温度を所望温度
に維持する空調装置が必要である。この空調装置の故障は事情によってはコンテ
ナ内の装置を故障させ、これによって設備の制御を休止させるので、安全上の理
由から空調装置は冗長性を持って形成されている。これは、空調のために比較的
高い経費がかかるという欠点を有する。コンテナに対して一般に通常の電気式空
調装置が設けられている。これはコンテナの屋根上に配置されている。空調装置
の必要な空調出力に応じて、電流消費量が変化し、設備の運転結果に著しく不利
に作用する。

【０００５】 これは特に、発電機出力が特に５ＭＷに制限されている小形のエネルギー発生
設備に当てはまる。言うまでもなく、法的規制（電流供給法）に基づいて、今日
においてそのような小形原動所で発生される電流にとって単位電力当たり比較的
高い価格となる。従って、限られた発電機出力において発生される電力の最大量
を電源系統に供給することができるようにするために、設備内部の電流消費量を
できるだけ少なくするように努められている。特に空調装置の冗長配置に起因す
る大きな電流消費量は設備の効率を著しく低下させる。ここで効率とは、電源系
統に供給される電力と発電機から供給された電力との割合を意味する。

【０００６】 米国特許第４６８５６１７号明細書において、特に温室を加熱するためおよび
湿度を調整するために、エネルギー発生設備の冷却回路に接続されている装置が
知られている。

【０００７】 本発明の課題は、設備のできるだけ高い効率を可能にすることにある。

【０００８】 この課題を解決するために、本発明に基づいて、工業設備（特にエネルギー発
生用原動所）は、多数の設備構成要素と、設備プロセスで生じた熱エネルギーの
リザーバとしての冷却回路と、別個の構造ユニットとして形成された運転機器用
コンテナとを有している。その運転機器用コンテナ内に、設備構成要素の運転の
ために設けられた少なくとも１つの電気装置が配置されている。運転機器用コン
テナの空調のために、冷却回路に接続された空調装置が設けられ、この空調装置
は切換ユニットを介して、冷却回路の熱源および吸熱源に接続されている。

【０００９】 本発明は、運転機器用コンテナの空調のために、設備内に存在する冷却回路を
リザーバとして利用する、という基本的な考えに基づいている。ここでリザーバ
とは、熱エネルギーを蓄えるために、即ち、熱エネルギーを吸収および排出する
ために適している蓄積媒体を備えた蓄熱器を意味する。このリザーバにおける温
度レベルに応じて、リザーバは運転機器用コンテナの空調のために冷却並びに加
熱に利用される。設備プロセスで生ずる熱エネルギーが供給されるリザーバを使
用する決定的な利点は、空調のために必要な電気エネルギーがほとんど零にされ
ることにある。空調のために必要なエネルギーはいわば設備の運転中に生ずる「
廃棄エネルギー」から供給される。

【００１０】 運転機器用コンテナを別個の構造ユニットとして形成することは、運転機器用
コンテナが予め作られて設備まで運ばれ、そこで設備構成要素に、大きな据付け
労力を要することなしに簡単且つ迅速に接続されるという利点を有する。好適に
は、空調装置がコンテナ内に既に予め設置されている。コンテナ方式によれば、
特に運転開始時間およびこれによって設備投資費用に良好な影響が与えられる。

【００１１】 リザーバとしては冷却材（特に冷却水）を備えた冷却回路が特に適している。
そのような冷却回路は、多くの設備において種々の設備構成要素を運転するため
に必要である。特に水が加熱される熱エネルギー発生設備（原動所）の場合、そ
の水は十分高い効率を得るために回路内を導かれ、冷却されねばならない。その
際一般にかなりの熱エネルギーが大気に放出されるが、この熱エネルギーが空調
装置の運転に有利に利用される。

【００１２】 冷却回路は熱源並びに吸熱源を有しているので、コンテナの加熱並びに冷却に
利用できる。このために、熱源および吸熱源は好適には異なった温度を有してい
る。冷却回路において、熱源は冷却材の冷却塔への戻り路によって形成され、吸
熱源は冷却塔からの冷却材の送り路によって形成されている。

【００１３】 空調装置を適当な出力に調整するために、切換ユニットが設けられ、この切換
ユニットを介して、空調装置は熱源および吸熱源に接続されている。切換ユニッ
トは、熱源と吸熱源とのいずれかに接続するために使われ、あるいはまた、熱源
および吸熱源からそれぞれ供給された熱エネルギーを実際の要求に応じて適当に
混合するために使われる。

【００１４】 エネルギー発生設備においては、一般に、主冷却回路と、この主冷却回路に比
べて低い熱出力の副冷却回路が設けられている。この副冷却回路の熱出力は一般
に空調のために必要な熱エネルギーの数倍の大きさであるので、（特に標準化の
点からも）、空調装置は好適にはこの副冷却回路に接続されている。副冷却回路
は例えばタービン油を冷却するためあるいは発電機を冷却するために使われる。

【００１５】 好適には、冷却回路の熱出力、即ちリザーバから供給された熱エネルギーは、
空調装置の熱エネルギーよりもかなり大きい。これによって、空調装置が冷却出
力に影響を及ぼさないことが保証される。そのように設計されている場合、空調
装置は既存の設備に問題なしに据え付けられる。

【００１６】 空調装置は特に単純で従って頑丈で安価な構成において好適には水−空気熱交
換器を有している。冷却回路の冷却水に蓄えられた熱エネルギーは、そのような
熱交換器を介して、運転機器用コンテナ内の空気に放出される。

【００１７】 本発明の有利な実施態様において、運転機器室における温度に関係して空調装
置の出力を自動的に調整する制御装置が設けられている。この制御装置によって
、運転機器室ないしはコンテナ内の温度が有利に予め定められた設定温度に制御
される。

【００１８】 運転機器用コンテナの設置並びに交換における柔軟性をできるだけ高めるため
に、運転機器用コンテナは移動可能に設置され、そのために走行手段を有してい
る。この走行手段は例えば車輪あるいはローラであるか、車輪およびローラを設
置するために設けられた装置である。好適には、コンテナは車輪を介してレール
上にあるいは脚柱上に支持されている。これは、コンテナの位置決めおよび特に
交換を容易にする。特に、運転機器用コンテナが簡単に別の運転機器用コンテナ
と交換できるように、標準化された運転機器用コンテナを利用するように考慮さ
れている。従って、コンテナ内に配置された電気装置（例えば制御装置）が故障
した際、このコンテナは簡単に完全に交換される。これによって、設備の停止時
間は最短にされる。

【００１９】 この設備は、特に有利に、エネルギー発生のために設計され、その発生可能な
最大電力は数ＭＷ、特に５ＭＷに制限されている。そのような設備の場合、空調
装置を特に顕著な省エネ構造に形成できる。これによって、設備の効率は（通常
の空調装置を利用する場合に比べて）高められ、運転結果が改善される。これは
特に、そのような空調装置に対して適用される規則に対して当てはまり、それに
応じて、発生される単位出力当たり高い収益が得られる。

【００２０】 本発明の課題は本発明に基づいて請求項８に記載の運転機器用コンテナによっ
て解決される。

【００２１】 運転機器用コンテナの有利な実施態様は従属請求項に記載されている。運転機
器用コンテナは特に、標準化されたモジュール構造を特徴とする。設備に関して
上述した形成および利点はコンテナにも同じように適用される。

【００２２】 以下において図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

【００２３】 図１において、エネルギー発生設備は、熱エネルギー発生ユニット２と、ター
ビン４と、発電機６と、復水器８と、冷却塔９と、副冷却回路１０に配置された
複数の熱交換器１２と、空調装置１６を備えた運転機器用コンテナ１４と、空調
装置１６に接続されている切換ユニット１８とを有している。熱エネルギー発生
ユニット２は例えば燃焼室および蒸気を発生するためのボイラを有している。そ
の蒸気は蒸気管２０を介してタービン４に導入され、このタービン４を駆動する
。タービン４の回転は軸２２を介して電気エネルギーを発生するための発電機６
に伝達される。タービンから復水器８に蒸気管２０が通じ、復水器８で蒸気が凝
縮される。復水器８は主冷却回路に組み入れられ、この冷却回路に付設された冷
却塔９に接続されている。復水器８で蒸気が凝縮して生じた復水は、給水として
給水管２４を介してエネルギー発生ユニット２に導入される。

【００２４】 給水管２４および蒸気管２０は水・蒸気回路２５を形成している。

【００２５】 設備の運転中において例えば発電機６のような設備構成要素の過熱を防止する
ために、その設備構成要素を適温にする熱交換器１２が副冷却回路１０に設けら
れている。

【００２６】 冷却塔９を組み入れられた副冷却回路１０は熱エネルギーのリザーバを形成し
ている。このリザーバは熱エネルギーを、一方では設備プロセスから受け取り、
他方では大気との熱交換によって受け取る。従って、リザーバに含まれる熱エネ
ルギーは、主にエネルギー発生プロセスからの廃熱から供給される。副冷却回路
１０は吸熱源として送り路２６を有し、熱源として戻り路２８を有している。典
型的には、副冷却回路１０における送り路温度は２５℃であり、戻り路温度は３
５℃である。

【００２７】 そのような適度な温度は、運転機器用コンテナ１４の空調に特に適している。
従って、空調装置１６は副冷却回路１０から熱エネルギーを供給される。そのた
めに、冷却水が切換ユニット１８を介して導入される。切換ユニット１８は冷水
管３０を介して送り路２６に、温水管３２を介して戻り路２８に接続されている
。切換ユニット１８は弁（特に三方弁）３４を有している。空調装置１６の適当
な空調容量を得るために、空調装置１６は弁３４によって、温水ないし冷水ある
いはそれらの混合水が交互に供給される。空調装置１６は切換ユニット１８に混
合管３６を介して接続されている。この混合管３６は運転機器用コンテナ１４に
ある接続器３９を介して空調装置１６に接続されている。別の接続器３９を介し
て、空調装置１６から副冷却回路１０への戻り管３８が通じている。

【００２８】 運転機器用コンテナ１４内に更に好適には温度センサ４０が配置されている。
この温度センサ４０は制御装置４２に接続されている。制御装置４２は、所望の
設定温度に調整するために、測定された実際温度に関係して三方弁を制御する。
制御装置４２は特に、運転機器用コンテナ１４内における温度を自動制御する働
きをする。

【００２９】 設備における現場での据付け作業をできるだけ少なくするために、切換ユニッ
ト１８および制御装置４２は好適には運転機器用コンテナ１４に一体に組み入れ
られている。この場合、運転機器用コンテナ１４に、配管（詳しくは、１つは冷
水管、１つは温水管、１つは戻り管）用の３つの接続器３９が配置されている。
この場合、混合管３６は省かれる。

【００３０】 空調装置１６を副冷却回路１０に接続することによって、運転機器用コンテナ
１４の内部空間を冷却並びに加熱することができる。空調装置は残留エネルギー
あるいは廃棄エネルギーおよび大気エネルギーを利用しているので、これはほと
んど電気エネルギーを必要としない。その制御および調整のためにだけ電気エネ
ルギーが必要とされる。設備形式に応じて冷却回路の代わりに、あるいは冷却回
路に加えて、加熱回路も関与させられることは自明である。運転機器用コンテナ
１４が待機室として設けられているとき、その温度は一般に室温に、即ち約２２
℃に設定される。副冷却回路１０を介しての空調装置１６では一般に約２５℃〜
３０℃の範囲における温度しか得られないので、その用途に対して、運転機器用
コンテナ１４内の温度を２２℃まで冷却するために、小さな出力の通常の補助空
調装置が設けられる。通常の空調装置による一般的な完全空調に比べて、ここで
採用されている通常の空調装置はかなり小形に形成され、冗長性を持って設計す
る必要はない。コンテナ１４が電気構成要素に対する運転機器室として使われる
とき、空調装置１６は、温度が３５℃を超過しないように設定される。

【００３１】 空調装置１６は単純に頑丈に形成された水−空気熱交換器４４を有し、この熱
交換器４４はコンテナ１４内に配置されている。従って、空調は水冷ないしは水
加熱によって行われる。この構成は、空調された空気が吹き出される通常の空調
装置に比べて、ほとんど故障しない。この頑丈な構成によって、空調装置１６は
ほとんど故障せず、非常に点検し易い。この単純な構成によって、安価な運転費
用（少ないエネルギー費用、少ない点検費用）の利点のほかに、ほんの僅かな据
付け費用しか生じないという利点が得られる。

【００３２】 運転機器用コンテナ１４内に複数の電気装置５２が配置されている。これらの
電気装置５２は設備を運転および制御するために、差込み接続器５０を介して、
例えばエネルギー発生ユニット２、タービン４および発電機６のような種々の設
備構成要素に接続される。電気装置５２は一般に異なった構成要素である。例え
ばこれらの電気装置は待機室装置を形成し、計測制御装置あるいは開閉装置を有
している。これらは例えば低圧分電、直流分電、整流のために使われ、このため
に特に変圧器あるいはバッテリとして形成されている。好適には、個々の電気装
置５２は予め作られ、標準化され、運転機器用コンテナ１４の設置前に既に互い
に結線されている。設備には個々の設備構成要素の接続器しか必要とされない。
このために、差込み接続器５０が標準化され、即ち、特に予め量産され、間違っ
た接続が回避されるようにコード化されている。電気装置のほかに、例えば事務
所装置（図示せず）も設けられている。

【００３３】 好適には、電気装置５２は、運転機器用コンテナ１４が種々の設備に対して使
用できるように相互に合わされ、標準化されている。これによって、運転機器用
コンテナ１４の個々の構成要素の設備特有の高価な構成が省かれる。

【００３４】 図２における運転機器用コンテナ１４は車輪５４の形をした走行手段を有して
いる。運転機器用コンテナ１４は車輪５４を介してレール５６上を走行でき、容
易に移動可能に支持されている。レール５６は脚柱５８に一体化されている。運
転機器用コンテナ１４の下側に脚柱５８によって自由空間が形成され、この自由
空間の中に、特にいわゆるケーブル台上に機器配線が敷設されている。図２にお
いて、運転機器用コンテナ１４は脚柱５８上に横に移動可能に配置されている。
この代わりに、運転機器用コンテナ１４はその長手方向に移動可能に支持するこ
ともできる。レール５６上における運転機器用コンテナ１４の設置に基づいて、
コンテナ１４を簡単に出し入れすることができ、これによって、その組立費用が
安価にされる。またこれによって、標準化に関連して、完全なコンテナ１４の非
常に迅速な交換ができ、これによって故障時における設備の停止時間は短くなる
。予め据え付けられた電気装置５２を備えたコンテナ方式の別の利点は、コンテ
ナ１４が電気装置に対して同時に包装および搬送保護として使われ、設備の全運
転中に電気装置５２を保護することにある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 エネルギー発生設備の概略ブロック回路図。

【図２】 走行手段上に移動可能に設置された運転機器用コンテナの概略構成図。

【符号の説明】

２ 熱エネルギー発生ユニット ４ タービン ６ 発電機 ８ 復水器 ９ 冷却塔 １０ 副冷却回路 １４ 運転機器用コンテナ １６ 空調装置 １８ 切換ユニット ２６ 送り路（吸熱源） ２８ 戻り路（熱源） ４２ 制御装置 ４６ 走行手段（車輪） ５０ 差込み接続器 ５２ 電気装置

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の設備構成要素（２、４、６）と、設備プロセスで生じ
   た熱エネルギーのリザーバとしての冷却回路（８、９、１０）と、別個の構造ユ
   ニットとして形成された運転機器用コンテナ（１４）とを備え、この運転機器用
   コンテナ（１４）内に設備構成要素（２、４、６）を運転するための電気装置（
   ５２）が配置されている工業設備、特にエネルギー発生用原動所において、運転
   機器用コンテナ（１４）の空調のために、冷却回路（８、９、１０）に接続され
   た空調装置（１６）が設けられ、この空調装置（１６）が切換ユニット（１８）
   を介して、空調装置（１６）の出力を調整するために冷却回路（８、９、１０）
   の熱源（２８）および吸熱源（２６）に接続されていることを特徴とする工業設
   備。
2. 【請求項２】 空調装置（１６）が冷却回路（８、９、１０）の副冷却回路
   （１０）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の設備。
3. 【請求項３】 冷却回路（８、９、１０）の熱出力が空調装置（１６）の熱
   出力よりかなり大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の設備。
4. 【請求項４】 空調装置（１６）が水−空気熱交換器（４４）を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の設備。
5. 【請求項５】 運転機器室（１４）内の温度に関係して空調装置（１６）の
   出力を調整するための制御装置（４２）が設けられていることを特徴とする請求
   項１乃至４の１つに記載の設備。
6. 【請求項６】 運転機器用コンテナ（１４）が移動可能に設置され、そのた
   めに走行手段（４６）を有していることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記
   載の設備。
7. 【請求項７】 エネルギー発生のために設計され、その発生可能な最大電力
   が５ＭＷに制限されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の設備
   。
8. 【請求項８】 空調装置（１６）を有する請求項１乃至７の１つに記載の設
   備に対する運転機器用コンテナ（１４）において、運転機器用コンテナ（１４）
   が、設備プロセスで生ずる熱エネルギーのリザーバとしての冷却回路（８、９、
   １０）に空調装置（１６）を接続するための接続器（３９）を備え、空調装置（
   １６）の出力を調整するために空調装置（１６）を冷却回路（８、９、１０）の
   熱源（２８）および吸熱源（２６）に接続する切換ユニット（１８）が設けられ
   ていることを特徴とする運転機器用コンテナ。
9. 【請求項９】 空調装置（１６）が水−空気熱交換器（４４）を有している
   ことを特徴とする請求項８記載の運転機器用コンテナ。
10. 【請求項１０】 運転機器用コンテナ（１４）内の温度に関係して空調装置
    （１６）の加熱出力および冷却出力を調整するための制御装置（４２）が設けら
    れていることを特徴とする請求項８又は９記載の運転機器用コンテナ。
11. 【請求項１１】 予め作られた電気装置（５２）が内部に配置されているこ
    とを特徴とする請求項８乃至１０の１つに記載の運転機器用コンテナ。
12. 【請求項１２】 設備構成要素（２、４、６）に電気装置（５２）を接続す
    るための標準化された差込み接続器（５０）を有していることを特徴とする請求
    項１３記載の運転機器用コンテナ。