JP2006161634A - 高湿度可燃性ガス発電システム - Google Patents
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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
【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。
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。
(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。
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 (2)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004352591A JP2006161634A (ja) | 2004-12-06 | 2004-12-06 | 高湿度可燃性ガス発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004352591A JP2006161634A (ja) | 2004-12-06 | 2004-12-06 | 高湿度可燃性ガス発電システム |
Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014163300A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Hitachi Ltd | ガスタービンプラント |
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2004
- 2004-12-06 JP JP2004352591A patent/JP2006161634A/ja active Pending
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