JP2006161634A

JP2006161634A - 高湿度可燃性ガス発電システム

Info

Publication number: JP2006161634A
Application number: JP2004352591A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Tochio; 信一郎栃尾
Original assignee: Nishishiba Electric Co Ltd
Current assignee: Nishishiba Electric Co Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】発電量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能な高湿度可燃性ガス発電システムを提供する。
【解決手段】高湿度可燃性ガスを圧縮するガス圧縮機と、前記ガス圧縮機から供給される高湿度可燃性ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置から供給される高湿度可燃性ガスを加熱する加熱装置と、前記加熱装置から供給される高湿度可燃性ガスを燃料とする発電装置と、前記ガス圧縮機と前記冷却装置と前記加熱装置と前記発電装置を納める筐体と、前記筐体内部を冷却するための冷却空気を送風する冷却ファンから構成される高湿度可燃性ガス発電システムであって、前記冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に前記加熱装置を設置したので、発電量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能な高湿度可燃性ガス発電システムを提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水分を多量に含む高湿度可燃性ガス、例えばバイオマスをメタン発酵処理したときに得られる可燃性ガスを発電装置用の燃料として利用する高湿度可燃性ガス発電システムに関する。

地球温暖化への対策としてバイオマスの利用が国策として掲げられており、公共、民間を問わずその利用方法が種々検討されている中で、バイオマスを発電用の燃料として利用し、その燃焼エネルギーを電力に変換することが最終的な利用のしやすさ、および地球温暖化対策効果の点で優れている。そのためバイオマスを利用した発電システム、および発電システムを構成する周辺機器が種々開発されてきている。ここで、発電用として利用できるバイオマスとしては、食品廃棄物、家畜糞尿、下水汚泥、および有機物を含んだ廃水等があるが、これらのバイオマスは一般的に水分を多量に含んでいるので、燃料として直接燃焼させることは困難である。

そこで、発電用の燃料として利用するためには、嫌気性メタン発酵と呼ばれる処理を行うことでメタンを主成分とする可燃性ガスを生成し、それをガスエンジン、およびガスタービン等の内燃機関の燃料として利用する。内燃機関の機械的な出力は発電機によって電力へ変換することができるので、様々な用途に利用することができる。メタン発酵処理はその処理プロセス中で水分とガスが接触しているため、得られる生成ガスは水分を多量に含んだ高湿度可燃性ガスである。この高湿度可燃性ガスは発電システムを構成する機器を腐食させ故障の原因となる場合がある。また、内燃機関にガス中の水分が凝縮した水が浸入すると、失火の原因となって発電システムの安定運転ができなくなるので、高湿度可燃性ガス発電システムには水分の除去、および水分除去後のガス処理が必要である。

従来の高湿度可燃性ガス発電システムを図３を参照して説明する。
図に示すように、従来の高湿度可燃性ガス発電システムは、発電装置１、ガス圧縮機２、除湿装置３、加熱装置４、およびフィルタ５から構成されている。そしてこれらの高湿度可燃性ガス発電システムを構成する機器を収納し風雨から保護する筐体６を装備している。７はメタン発酵設備等のバイオマスガス化設備、８は吸気口、９は冷却ファンである。

メタン発酵設備等のバイオマスガス化設備７によって生成された可燃性ガスは通常3000Pa以下の低い圧力であるので、高湿度可燃性ガス発電システムに供給された可燃性ガスはまずガス圧縮機２で発電装置１が要求する圧力まで圧縮し圧力を高める。次に除湿装置３によってガス圧縮機２で圧縮され高温高圧の状態になっている可燃性ガス中に含まれる水分を除去する。除湿装置３の除湿方式としては冷凍機、または高湿度可燃性ガス発電システムの外部から供給される冷却水を用いた熱交換器によって、露点温度以下に可燃性ガスを冷却することで可燃性ガス中の水分を結露させて除湿するもの等がある。

図３では外部から冷却水の供給を受ける場合を示している。除湿装置３によって水分を除去された可燃性ガスは加熱装置４によって加熱され可燃性ガスの相対湿度を減少させる。除湿装置３によって水分を除去したことで可燃性ガスの絶対湿度は低下しているが、可燃性ガス中の水蒸気は飽和しており、相対湿度では依然として100％近い状態にある。したがって、このまま発電装置１に可燃性ガスを供給した場合には、ガス配管の屈曲部、および縮流部、圧力損失の高い部分等や、ほんの少しでも温度変化のある部分で結露し水滴が溜まってしまう恐れがある。そこで、加熱装置４によってガスを加熱し相対湿度を低下させることで、ガス配管途中での結露を防止する。一般的に除湿装置３から出てくる可燃性ガスの温度に対して、加熱装置４によって10℃前後温度上昇させれば結露の防止としては効果的である。例えば除湿装置３から25℃のガスが出てきた場合、加熱装置４によって35℃まで温度上昇させれば相対湿度は60％前後に低下させることができ、下流側のガス配管や機器内部での結露を防止することができる。

加熱装置４の加熱方式としては電気ヒータによって加熱する方法、および高湿度可燃性ガス発電システムの外部から供給される温水や蒸気を用いた熱交換器によって加熱する方法等がある。図３では外部から温水の供給を受ける場合を示している。加熱装置４によって相対湿度を低下させた可燃性ガスはフィルタ５で粒子状の不純物を除去した後、発電装置１で燃料として利用され電力を発生する。

発電装置１における発電機の駆動源としてはガスエンジン、ガスタービン等がある。筐体６は高湿度可燃性ガス発電システムを構成する機器を収納し、風雨から保護する。また、筐体６には吸気口８、および冷却ファン９が備えられており、吸気口８から外気を吸い込み、筐体６に収納している機器を冷却し熱くなった冷却空気を冷却ファン９によって筐体６の外部へ除去するようになっている。

上記した高湿度可燃性ガス発電システムにおいて、加熱装置４の熱源として電気ヒータや外部から供給される温水等が使用されるが、電気ヒータを使用する場合にはその消費電力分だけ高湿度可燃性ガス発電システムとしての発電電力量が減少してしまうという欠点がある。また、外部から供給される温水等を熱源として用いる場合には、熱源から加熱装置４までの配管が必要になるが、設置場所によっては配管が困難なため、熱源が利用できず高湿度可燃性ガス発電設備の設置を断念せざるを得ない場合があった。

加熱装置４の消費電力量を削減する方法については、例えば特許文献１に開示されている。この公報に記載されている高湿度可燃性ガスの圧縮供給装置では、圧縮機の圧縮熱を利用することで電力を消費せずに可燃性ガスを加熱している。しかしこの方法では、圧縮熱を輸送する熱媒体の供給配管が必要となるため配管設置の困難さは克服されていない。
特開２００４−９２５６５号公報

本発明は上記情況に対処するためになされたもので、その課題は発電量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能な高湿度可燃性ガス発電システムを提供することにある。

本発明は前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、高湿度可燃性ガスを圧縮するガス圧縮機と、前記ガス圧縮機から供給される高湿度可燃性ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置から供給される高湿度可燃性ガスを加熱する加熱装置と、前記加熱装置から供給される高湿度可燃性ガスを燃料とする発電装置と、前記ガス圧縮機と前記冷却装置と前記加熱装置と前記発電装置を納める筐体と、前記筐体内部を冷却するための冷却空気を送風する冷却ファンから構成される高湿度可燃性ガス発電システムであって、前記冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に前記加熱装置を設置したことを特徴とする。

このように構成すると、加熱装置を冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に設置したことによって発電電力量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能な高湿度可燃性ガス発電システムを提供できる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の高湿度可燃性ガス発電システムにおいて、前記加熱装置をフィン付管としたことを特徴とする。

このように構成すると、加熱装置を冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に設置したことによって発電電力量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能であり、さらにフィン付管を加熱装置として設置しているので、発電システム構成を簡略化した高湿度可燃性ガス発電装置を提供することができる。

本発明によれば、発電量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能な高湿度可燃性ガス発電システムを提供できる。

以下、本発明の最良の実施の形態を図を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す高湿度可燃性ガス発電システムの構成図である。既に説明した図３の従来例と同一符号は同一部分または相当部分を示し、その説明を省略する。本実施形態が図３の従来例と相違する構成は、筐体６の内部において、加熱装置４を冷却ファン９の直前に設置することによって、加熱装置４が冷却空気の最下流に配置するようにした点である。また、この場合、加熱装置４は、可燃性ガスと冷却空気との間で熱交換を行うガス−空気式の熱交換器を用いる。

本実施形態の高湿度可燃性ガス発電システムを稼動させると、吸気口８から吸い込まれた外気は筐体６の内部に収納されている発電装置１、およびガス圧縮機２が発生する熱により温度が上昇した後、冷却ファン９によって筐体６の外部へ排出されるが、加熱装置４が冷却ファン９の直前に配置されているため、高温となった冷却空気と可燃性ガスとの間で熱交換が発生し、可燃性ガスの温度を上昇させることができる。すなわち、可燃性ガスの相対湿度を減少させることができる。例えば、発電装置１として30kW級のガスタービンを使用した場合には、発電装置１から発生する熱によって冷却空気は温度が45℃前後、流量は960kg/h前後となっている。一方、除湿装置３から出てくる可燃性ガスは温度25℃前後で、流量は24kg/h前後である。この場合、総括伝熱係数20kcal/m²・h・℃前後の一般的なガス−空気式の熱交換器の場合には、伝熱面積は0.3ｍ²前後とすれば、加熱装置４から出てくる可燃性ガスの温度は35℃前後となり相対湿度は60％前後となるので結露防止として効果的である。

以上説明したように本実施形態によれば、加熱装置を冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に設置したことによって発電電力量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能な高湿度可燃性ガス発電システムを提供できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、図１の第１実施形態における加熱装置４としてフィン付管１０を設置することである。このフィン付管１０の一例を図２に示す。

本実施形態の高湿度可燃性ガス発電システムは、上記のように構成されているので、設置場所の条件によって除湿装置３からフィルタ５の間の距離が長い場合には、ガス配管そのものを加熱装置４として構成することが可能となる。したがって、ガス−空気式の熱交換器を別途用意する必要はなくなる。例えば、発電装置１として30kW級のガスタービンを使用した場合には、総括伝熱係数12kcal/m²・h・℃前後の一般的なフィン付管では、フィン付管の管路長として5.6ｍ以上あれば、加熱装置４から出てくる可燃性ガスの温度は35℃前後で相対湿度は60％前後となるので、結露防止として効果的である。したがって、設置場所の条件によって除湿装置３からフィルタ５の間の距離が5.6ｍ以上となる場合には加熱装置４としてフィン付管１０を使用できる。

以上説明したように本実施形態によれば、加熱装置を冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に設置したことによって発電電力量を減少させることなく、また、外部から熱源を得られない場合にも設置することが可能となり、フィン付管を加熱装置として設置することで、発電システム構成を簡略化した高湿度可燃性ガス発電装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の高湿度可燃性ガス発電システムの構成図。本発明の第２の実施形態に係るフィン付管の斜視図。従来の高湿度可燃性ガス発電システムの構成図。

符号の説明

１…発電装置、２…ガス圧縮機、３…除湿装置、４…加熱装置、５…フィルタ、６…筐体、７…ガス化設備、８…吸気口、９…冷却ファン、１０…フィン付管。

Claims

高湿度可燃性ガスを圧縮するガス圧縮機と、前記ガス圧縮機から供給される高湿度可燃性ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置から供給される高湿度可燃性ガスを加熱する加熱装置と、前記加熱装置から供給される高湿度可燃性ガスを燃料とする発電装置と、前記ガス圧縮機と前記冷却装置と前記加熱装置と前記発電装置を納める筐体と、前記筐体内部を冷却するための冷却空気を送風する冷却ファンから構成される高湿度可燃性ガス発電システムであって、前記冷却ファンが送風する冷却空気の最下流に前記加熱装置を設置したことを特徴とする高湿度可燃性ガス発電システム。
請求項１に記載の高湿度可燃性ガス発電システムにおいて、前記加熱装置をフィン付管としたことを特徴とする高湿度可燃性ガス発電システム。