JP2016044663A - Engine power generation system - Google Patents

Engine power generation system

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JP2016044663A
JP2016044663A JP2014172170A JP2014172170A JP2016044663A JP 2016044663 A JP2016044663 A JP 2016044663A JP 2014172170 A JP2014172170 A JP 2014172170A JP 2014172170 A JP2014172170 A JP 2014172170A JP 2016044663 A JP2016044663 A JP 2016044663A
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武田 文夫
Fumio Takeda
文夫 武田
藤居 達郎
Tatsuro Fujii
達郎 藤居
博敏 石丸
Hirotoshi Ishimaru
博敏 石丸
秀世 河野
Hideyo Kono
秀世 河野
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine power generation system which supplies exhaust heat generated in an engine generator to power generation, and which improves power generation efficiency with a simple configuration.SOLUTION: An engine power generation system includes: a generator; an engine connected to a driving shaft of the generator and for driving the generator via the driving shaft; a steam generator connected to an exhaust pipe of the engine, and for generating steam by heating circulation water by the heat from the exhaust pipe; an expander connected to the steam generator via steam piping, and for driving by the steam delivered from the steam generator; and a reduction gear for connecting the expander and the driving shaft of the engine, and for decelerating and transmitting rotational power generated in the expander to the driving shaft of the engine.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エンジンによって発電を行うエンジン発電システムに関する。   The present invention relates to an engine power generation system that generates power with an engine.

内燃機関の排熱を利用する技術として、例えば特許文献1では、「変速機143に接続された内燃機関1の廃熱で水を加熱して高圧蒸気を発生する蒸発器3と、蒸発器3で発生した高圧蒸気を一定トルクの出力に変換する容積型の膨張機4と、膨張機4が排出した低圧蒸気を液化する凝縮器5と、凝縮器5で液化された水を蒸発器3に供給する給水ポンプ6とによってランキンサイクルを構成する廃熱回収装置2を設け、前記膨張機4を遊星歯車機構122を介して発電・電動機124に接続するとともに、前記膨張機4を遊星歯車機構122およびベルト式無段変速機123を介して内燃機関1の出力軸142に接続する。」ことが記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique that uses exhaust heat of an internal combustion engine: “Evaporator 3 that heats water with waste heat of internal combustion engine 1 connected to transmission 143 to generate high-pressure steam; The high-pressure steam generated in step 1 is converted into a constant torque output, the condenser 5 that liquefies the low-pressure steam discharged from the expander 4, and the water liquefied by the condenser 5 to the evaporator 3. A waste heat recovery device 2 constituting a Rankine cycle is provided by a feed water pump 6 to be supplied, and the expander 4 is connected to a generator / motor 124 via a planetary gear mechanism 122, and the expander 4 is connected to the planetary gear mechanism 122. And is connected to the output shaft 142 of the internal combustion engine 1 through a belt-type continuously variable transmission 123. "

特開2001−227616号公報JP 2001-227616 A

発電機によって電気を発電するとともに、そこで発生する熱を利用して供給するシステムとして、コージェネレーションシステムが知られている。しかし、熱需要が少ない顧客サイトでは、発電効率が重視されるため、排熱も発電に供したいという課題がある。   A cogeneration system is known as a system that generates electricity with a generator and supplies the electricity using the generated heat. However, at customer sites where the demand for heat is low, power generation efficiency is important, so there is a problem that exhaust heat is also required for power generation.

ここで、上記特許文献1のような排熱回収方法では、自動車に搭載された内燃機関の排熱を利用するために、膨張機で得られたエネルギーを回収するための発電機も本来のエンジンシステムとは別に設ける必要があり、コストも高く、新たなスペースが必要であるという課題があった。   Here, in the exhaust heat recovery method as described in Patent Document 1, in order to use the exhaust heat of the internal combustion engine mounted on the automobile, the generator for recovering the energy obtained by the expander is also the original engine. There is a problem that it must be provided separately from the system, the cost is high, and a new space is required.

本発明は上記課題に鑑み、エンジン発電機において生じる排熱を発電に供し、簡易な構成で発電効率を向上させるエンジン発電システムを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an engine power generation system that uses exhaust heat generated in an engine generator for power generation and improves power generation efficiency with a simple configuration.

上記課題を解決するために、代表的な本発明の一つは、発電機と、前記発電機の駆動軸と接続し、前記発電機を前記駆動軸を介して駆動するエンジンと、前記エンジンの排気管と接続し、前記排気管からの熱によって循環水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、該蒸気発生装置と蒸気配管を介して接続し、前記蒸気発生装置から送られた蒸気によって駆動する膨張機と、前記膨張機と前記エンジンの駆動軸とを接続するものであって、前記膨張機で発生した回転動力を減速させて前記エンジンの駆動軸へ伝達する減速機と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, one of the representative aspects of the present invention includes a generator, an engine connected to the drive shaft of the generator, and driving the generator via the drive shaft, A steam generator connected to an exhaust pipe and heating the circulating water by heat from the exhaust pipe to generate steam; and the steam sent from the steam generator connected to the steam generator via a steam pipe An expander driven by the motor, and a speed reducer that connects the expander and the drive shaft of the engine, and that decelerates the rotational power generated by the expander and transmits it to the drive shaft of the engine. It is characterized by providing.

本発明によれば、エンジン発電機において生じる排熱を発電に供し、簡易な構成で発電効率を向上させるエンジン発電システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an engine power generation system that uses exhaust heat generated in an engine generator for power generation and improves power generation efficiency with a simple configuration.

排ガスの熱エネルギーから動力回収を行うエンジン発電システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of an engine power generation system that recovers power from thermal energy of exhaust gas. 給水容器を備えた排ガスの熱エネルギーから動力回収を行うエンジン発電システムの全体構成図。The whole block diagram of the engine power generation system which collects motive power from the thermal energy of the exhaust gas provided with the water supply container. 膨張機の回収動力を高効率にするための蒸気流量の制御を行う排ガスから動力回収を行うエンジン発電システムの制御系統図。The control system figure of the engine electric power generation system which recovers motive power from the waste gas which controls the steam flow rate for making recovery power of an expander highly efficient. 排ガスの熱エネルギーから動力回収を行うと共に、温度の低下した排ガスから更に温水として熱を回収可能なエンジン発電システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of an engine power generation system capable of recovering power from exhaust gas thermal energy and recovering heat as warm water from exhaust gas whose temperature has decreased.

以下,本発明の実施形態に係る排ガスから動力回収を行うエンジン発電システムについて図1〜図4を用いて説明する。
Hereinafter, an engine power generation system that recovers power from exhaust gas according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1にエンジン発電機のエンジンの排ガスから動力を回収するエンジン発電システムの一実施例を示す。エンジン発電機1は発電機3がエンジン2と一体の構造をしており、発電機とエンジンは駆動軸が各々直結され発電機はエンジンと同一回転数で駆動される。エンジンの端部から出たエンジン駆動軸7には電磁クラッチ6と減速機5を介して膨張機4がその回転軸で接合されている。   FIG. 1 shows an embodiment of an engine power generation system for recovering power from exhaust gas from an engine of an engine generator. The engine generator 1 has a structure in which a generator 3 and an engine 2 are integrated, and the generator and the engine are directly connected to the drive shaft, and the generator is driven at the same rotational speed as the engine. An expander 4 is joined to the engine drive shaft 7 that is protruded from the end portion of the engine via an electromagnetic clutch 6 and a speed reducer 5 at its rotation shaft.

次に、膨張機4を駆動する蒸気の発生に関わる装置と蒸気管及び循環水の配管系統について説明する。エンジン2の排気管15は蒸気発生装置8と接続されており、高温のエンジン排ガスが蒸気発生装置8へ流入し、同じく蒸気発生装置8に接続された循環水入口管16から流入する循環水を加熱して高温,高圧の蒸気を発生させる。   Next, an apparatus related to generation of steam for driving the expander 4, a steam pipe, and a piping system for circulating water will be described. The exhaust pipe 15 of the engine 2 is connected to the steam generator 8, and high-temperature engine exhaust gas flows into the steam generator 8, and the circulating water flowing in from the circulating water inlet pipe 16 connected to the steam generator 8 is also used. Heat to generate high temperature and high pressure steam.

エンジン排ガスは循環水を加熱した後、排ガス出口管35から排出され、生成された蒸気は電動弁(1)9を介して膨張機へ流入する。図1では膨張機に容積形膨張機を用いることとしてスクリュー型膨張機を示す。蒸気は蒸気入口管17から膨張機4の吸入ポートへ流入する。膨張機4の雄・雌一対のロータで形成される作動室内では高温、高圧の蒸気が膨張することによって雄・雌両ロータを互いに逆方向に回転させて動力を発生させる。   The engine exhaust gas heats the circulating water and is then discharged from the exhaust gas outlet pipe 35, and the generated steam flows into the expander via the motor-operated valve (1) 9. In FIG. 1, a screw type expander is shown as a positive displacement expander. Steam flows from the steam inlet pipe 17 into the suction port of the expander 4. In the working chamber formed by the pair of male and female rotors of the expander 4, high-temperature and high-pressure steam expands to rotate the male and female rotors in opposite directions to generate power.

膨張により圧力、温度が低下した蒸気は吐出ポートから膨張機蒸気出口管18を通って凝縮器10へ流入し冷却される。凝縮器10で冷却された蒸気は凝縮して水となり循環する。凝縮器10から出た循環水は循環ポンプ11でエンジン冷却ジャケット入口管19を通ってエンジン2の冷却ジャケット14へ送られる。エンジンの冷却ジャケット14でエンジンを冷却することで沸点近くまで加熱された循環水はエンジン冷却ジャケット出口管20から出て給水ポンプ12で昇圧され、循環水入口管16を通って蒸気発生装置8へ送られる。   The steam whose pressure and temperature have decreased due to expansion flows into the condenser 10 from the discharge port through the expander steam outlet pipe 18 and is cooled. The steam cooled by the condenser 10 is condensed and circulated as water. Circulating water exiting the condenser 10 is sent to the cooling jacket 14 of the engine 2 through the engine cooling jacket inlet pipe 19 by the circulation pump 11. The circulating water heated to near the boiling point by cooling the engine with the engine cooling jacket 14 exits from the engine cooling jacket outlet pipe 20 and is pressurized by the feed water pump 12, and passes through the circulating water inlet pipe 16 to the steam generator 8. Sent.

ここで、給水ポンプ12と蒸気発生装置8とを接続する循環水入口管16の間には蒸気発生装置8から給水ポンプ12へ逆流するのを防止するために逆止弁13が設けられている。   Here, a check valve 13 is provided between the circulating water inlet pipe 16 connecting the feed water pump 12 and the steam generator 8 in order to prevent backflow from the steam generator 8 to the feed water pump 12. .

また、凝縮器10は、エンジンを冷却して高温となった冷却水を冷却するラジエータの役割と、膨張機が排出した低圧蒸気を液化する凝縮器の役割とを共用化するため、十分な冷却熱量を有する凝縮器を採用する。   In addition, the condenser 10 cools down sufficiently because the role of the radiator that cools the cooling water that has become high temperature by cooling the engine and the role of the condenser that liquefies the low-pressure steam discharged from the expander are shared sufficiently. Adopt a condenser with heat.

また、図1では膨張機としてスクリュータイプを示すが、発生する蒸気量に応じてスクロールタイプやロータリータイプなど他の容積形膨張機を用いても良い。凝縮器10の冷却は空冷の場合、冷却ファン27により周囲の空気へ放熱する。但し、外部の冷却水を用いた水冷も可能である。膨張機4の回収動力はエンジン駆動軸7へ接続される。そのため、エンジンの回転数に対して数倍の高速になる膨張機は減速機5を介してエンジン駆動軸へ接続される。ここで、エンジン及び発電機の回転数を定格条件で一定としたときに、排ガスの温度、流量はほぼ一定となるため、排ガスから生成される蒸気量もほぼ一定となる。そのため、膨張機の仕様回転数はエンジンの定格回転数に合わせて効率の良い回転数に設定し、減速機の速比は、その比率に合わせた速比を設定する。   Moreover, although the screw type is shown as an expander in FIG. 1, you may use other positive displacement expanders, such as a scroll type and a rotary type, according to the amount of steam to generate | occur | produce. When the condenser 10 is cooled by air, the cooling fan 27 radiates heat to the surrounding air. However, water cooling using external cooling water is also possible. The recovered power of the expander 4 is connected to the engine drive shaft 7. Therefore, the expander that is several times faster than the engine speed is connected to the engine drive shaft via the speed reducer 5. Here, when the rotational speeds of the engine and the generator are constant under rated conditions, the temperature and flow rate of the exhaust gas are substantially constant, and the amount of steam generated from the exhaust gas is also substantially constant. Therefore, the specification rotation speed of the expander is set to an efficient rotation speed according to the rated rotation speed of the engine, and the speed ratio of the reduction gear is set to a speed ratio corresponding to the ratio.

また,膨張機のトラブル等の発生に対してエンジン駆動軸への接続を切断するための電磁クラッチ6を介して接続する。さらに、膨張機の回転を微調整するために流入する蒸気量を制御可能とする電動弁(1)9を設けている。   Moreover, it connects via the electromagnetic clutch 6 for cut | disconnecting a connection to an engine drive shaft with respect to generation | occurrence | production of the trouble of an expander, etc. Furthermore, an electric valve (1) 9 is provided that enables control of the amount of steam flowing in to finely adjust the rotation of the expander.

以上のように、本実施例では、エンジン発電機において該エンジンの排ガスから蒸気を生成し、生成した蒸気によって膨張機を作動させ、前記エンジン発電機の駆動軸に動力を回収することで発電効率を高めた排ガスから動力回収を行う。このように、膨張機の動力回収用の専用機を設けず、エンジン発電システムで備えた発電機を駆動するエンジンの駆動軸へ回収することで、エンジン発電装置で備えた発電機は動力回収用の発電機よりも発電容量が大きいので発電効率も高く、別途発電機を設ける必要が無いため価格の低減、省スペース化が図れ、結果、簡易な構成でエンジン発電機の発電効率を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, the engine generator generates steam from the exhaust gas of the engine, operates the expander with the generated steam, and recovers power to the drive shaft of the engine generator to generate power generation efficiency. Power recovery from exhaust gas with improved In this way, the generator provided in the engine power generator is used for power recovery by recovering to the engine drive shaft that drives the generator provided in the engine power generation system without providing a dedicated machine for power recovery of the expander. Because the power generation capacity is larger than that of the generator of this type, the power generation efficiency is also high, and it is not necessary to install a separate power generator, so the price can be reduced and the space can be saved. Can do.

また、エンジンを冷却して高温となった冷却水を冷却するラジエータと膨張機が排出した低圧蒸気を液化する凝縮器とを十分な冷却熱量を有する凝縮器を用いて共用化することで、エンジンの冷却水の熱を外気へ放出するラジエータと、膨張機が排出した低圧蒸気を液化する専用の凝縮器と、を別々に設ける必要がなく、コストや設置スペースを削減することができる。   In addition, by sharing the radiator that cools the cooling water that has become a high temperature by cooling the engine and the condenser that liquefies the low-pressure steam discharged from the expander by using a condenser with sufficient cooling heat, It is not necessary to separately provide a radiator for releasing the heat of the cooling water to the outside air and a dedicated condenser for liquefying the low-pressure steam discharged from the expander, and cost and installation space can be reduced.

また、本実施例では、凝縮器で液化された水をエンジンの冷却ジャケットを通してエンジンを冷却することで沸点近くまで加熱させてから蒸発器に送る構成としている。これによって、凝縮器で液化された低温の水を直接加熱することと比較して、蒸発機で沸点に達するための加熱に要する顕熱エネルギーをエンジン冷却ジャケットから得ることができるため、排ガスの熱エネルギーの多くを循環水の蒸発のためのエネルギーとして利用でき、多くの蒸気を発生させることができる。   In the present embodiment, the water liquefied by the condenser is cooled to the boiling point by cooling the engine through the cooling jacket of the engine, and then sent to the evaporator. This makes it possible to obtain the sensible heat energy required for heating to reach the boiling point in the evaporator from the engine cooling jacket as compared to directly heating the low-temperature water liquefied in the condenser. Much of the energy can be used as energy for evaporation of the circulating water, and a lot of steam can be generated.

また、本実施例の膨張機は、エンジン駆動軸には電磁クラッチ6と減速機5を介して、その回転軸で接合されている。そのため、例えばベルト式無段変速機等で接続するのと比較して回転に伴う機械損失による伝達ロスを低減することができる。
Further, the expander of the present embodiment is joined to the engine drive shaft via the electromagnetic clutch 6 and the speed reducer 5 with its rotation shaft. Therefore, transmission loss due to mechanical loss due to rotation can be reduced as compared with, for example, connection with a belt-type continuously variable transmission or the like.

図2に第2実施例を示す。図2は図1に示す実施例と基本構成は同じであるが、エンジン2の冷却ジャケット14から循環水を取り出すエンジン冷却ジャケット出口管20と蒸気発生装置8へ循環水を供給する給水ポンプ12の間に循環水に含まれる気泡を除いて、流れを安定させるための給水容器21を設けている。給水容器21の上部からエンジン冷却ジャケット14から戻った循環水を流入させて、下部の給水容器出口管22から循環水を供給することで、循環水に気泡が混入していた場合は給水容器21の上部空間に気泡が溜まるため、放気電磁弁23を開閉することで気泡を放出することが可能である。循環水が減少した場合は給水タンク21の下部に設けた外部給水管24からその配管に設けた電動弁(2)25を開閉することで補給が可能である。
FIG. 2 shows a second embodiment. 2 has the same basic configuration as the embodiment shown in FIG. 1 except that an engine cooling jacket outlet pipe 20 for extracting circulating water from the cooling jacket 14 of the engine 2 and a feed water pump 12 for supplying the circulating water to the steam generator 8. A water supply container 21 for stabilizing the flow is provided by removing bubbles contained in the circulating water. When the circulating water returned from the engine cooling jacket 14 flows in from the upper part of the water supply container 21 and is supplied from the lower water supply container outlet pipe 22, if bubbles are mixed in the circulating water, the water supply container 21. Since the air bubbles are accumulated in the upper space, the air bubbles can be released by opening and closing the air release electromagnetic valve 23. When the circulating water decreases, replenishment is possible by opening and closing the motor-operated valve (2) 25 provided in the pipe from the external water supply pipe 24 provided in the lower part of the water supply tank 21.

図3に第3の実施例を示す。図3では主に、実施例3に示す装置構成における膨張機4の出力制御を行うための信号系統を示す。 エンジン2及び発電機3の回転数はエンジンまたは発電機の軸に設けた回転検出器29で検出され、その信号はコントローラ28へ送られる。膨張機4の吸入ポートへ流入する蒸気量はその圧力を圧力センサ31で検出し、その信号は信号線によりコントローラ28へ送られる。同様に蒸気の温度は温度センサ30で検出し、同様にその信号は信号線でコントローラへ送られる。また、膨張機蒸気入口管17に設けた電動弁(1)9はコントローラ28からの信号により開閉可能である。   FIG. 3 shows a third embodiment. FIG. 3 mainly shows a signal system for performing output control of the expander 4 in the apparatus configuration shown in the third embodiment. The rotation speeds of the engine 2 and the generator 3 are detected by a rotation detector 29 provided on the shaft of the engine or generator, and the signal is sent to the controller 28. The amount of steam flowing into the suction port of the expander 4 is detected by the pressure sensor 31 and the signal is sent to the controller 28 through a signal line. Similarly, the temperature of the steam is detected by the temperature sensor 30, and similarly, the signal is sent to the controller via a signal line. The motor-operated valve (1) 9 provided in the expander steam inlet pipe 17 can be opened and closed by a signal from the controller 28.

エンジン及び発電機の回転数を定格条件で一定としたときに、排ガスの温度、流量はほぼ一定となる。そこで、排ガスから生成される蒸気量もほぼ一定となる。   When the engine and generator speeds are constant under rated conditions, the exhaust gas temperature and flow rate are substantially constant. Therefore, the amount of steam generated from the exhaust gas is also substantially constant.

その場合、膨張機の仕様回転数はエンジンの定格回転数に合わせて効率の良い回転数に設定し、その比率に合わせた減速機の速比を設定する。   In that case, the specified rotational speed of the expander is set to an efficient rotational speed in accordance with the rated rotational speed of the engine, and the speed ratio of the reduction gear is set in accordance with the ratio.

ここで、膨張機ではロータの容積を一定とすると、吸入圧力と吐出圧力の比で示す膨張により仕事をするので、エンジンの回転に対して膨張機の回転をマッチングさせるためには、蒸気発生装置から供給される蒸気の圧力が膨張機の吸入ポートで一定であればよいことになる。   Here, in the expander, if the volume of the rotor is constant, work is performed by expansion indicated by the ratio of the suction pressure and the discharge pressure. Therefore, in order to match the rotation of the expander with the rotation of the engine, the steam generator As long as the pressure of the steam supplied from the expansion port is constant at the suction port of the expander, it is only necessary.

しかし、発電容量に応じてエンジンの負荷や回転数が変わったとき、エンジンの回転に対して膨張機の回転をマッチングさせるように調整をする場合、膨張機4へ流入する蒸気流量を電動弁(1)9を開閉して制御することで可能である。
すなわち、回転検出器29によってエンジン2や発電機3の回転数の変化を検出すると、膨張機の吸入ポートへ流入する蒸気の圧力Pを圧力センサ31で検出し、コントローラ28で予め設定してある蒸気圧P0と比較し、蒸気圧Pが設定圧P0よりも高ければ電動弁(1)9を絞り、設定圧P0になったところで、電動弁(1)9を停止させる。逆に蒸気圧Pが設定圧P0よりも低い場合には電動弁(1)9を開けて、設定圧P0になったところで電動弁(1)9を停止させることで可能である。尚、設定圧P0は、エンジン2,発電機3の回転数に応じて設定される。
However, when the engine load and the rotational speed change according to the power generation capacity, when adjusting the rotation of the expander to match the rotation of the engine, the flow rate of the steam flowing into the expander 4 is controlled by the electric valve ( 1) It is possible by opening and closing 9 to control.
That is, when the rotation detector 29 detects a change in the rotational speed of the engine 2 or the generator 3, the pressure P of the steam flowing into the intake port of the expander is detected by the pressure sensor 31 and preset by the controller 28. If the vapor pressure P is higher than the set pressure P0 as compared with the vapor pressure P0, the motor-operated valve (1) 9 is throttled, and when the set pressure P0 is reached, the motor-operated valve (1) 9 is stopped. Conversely, when the vapor pressure P is lower than the set pressure P0, the motor-operated valve (1) 9 is opened, and when the set pressure P0 is reached, the motor-operated valve (1) 9 is stopped. The set pressure P0 is set according to the rotational speed of the engine 2 and the generator 3.

また、膨張機4はドライスクリュー圧縮機と同様にロータ間には隙間を設けてタイミングギヤにより非接触で駆動される。隙間は性能上、仕様のロータ温度でできるだけ小さく設定される。従って、ロータが高温になり仕様温度以上の膨張になると、ロータが焼損してしまう可能性がある。   Similarly to the dry screw compressor, the expander 4 is driven in a non-contact manner by a timing gear with a gap provided between the rotors. The gap is set as small as possible at the specified rotor temperature in terms of performance. Therefore, if the rotor becomes hot and expands above the specified temperature, the rotor may burn out.

これを防止するために、温度センサ30で流入蒸気温度を検出しておき、蒸気温度が設定値を超えたら電動弁(1)9を閉じる制御を行う。これによって、蒸気発生装置の異常が生じた際、膨張機の温度上昇を防止し、ロータの焼き付きを防止することができる。
In order to prevent this, the inflow steam temperature is detected by the temperature sensor 30, and when the steam temperature exceeds a set value, the motor-operated valve (1) 9 is controlled to close. Accordingly, when an abnormality occurs in the steam generator, the temperature of the expander can be prevented from rising and the rotor can be prevented from seizing.

図4に更に他の実施例4を示す。基本構成は図2、図3と同様であるが、蒸気発生装置8を通過したエンジン2の排ガスはまだ温度が高いので、更に熱交換器32を設けて外部の水を加熱して温水にして熱回収を行う。冷却水入口配管33から流入した水は熱交換器32で加熱されて温水となるため冷却水出口配管34から出た後、給湯器へ接続して温水として利用するか、温水を吸収式冷温水機へ接続することで排熱による冷房空調が可能である。   FIG. 4 shows still another embodiment 4. The basic configuration is the same as in FIG. 2 and FIG. 3, but the exhaust gas of the engine 2 that has passed through the steam generator 8 is still high in temperature, so a heat exchanger 32 is further provided to heat external water to warm water. Perform heat recovery. Since the water flowing in from the cooling water inlet pipe 33 is heated by the heat exchanger 32 to become hot water, it goes out of the cooling water outlet pipe 34 and then is connected to a water heater to be used as hot water, or the hot water is absorbed by cold water Cooling air conditioning by exhaust heat is possible by connecting to the machine.

図1の実施例1を基に本発明による排ガスから動力回収を行うエンジン発電システムにおける熱収支を示す。発電容量35kWの発電機を駆動するエンジンの排ガス温度を530℃と仮定すると、蒸気発生装置で循環水から温度160℃、圧力0.6MPaの蒸気を39kg/h生成可能である。その後、膨張機で大気圧近くまで膨張させると膨張機の効率と発電機の効率を考慮して回収される動力から発電される電力は約1.7kWとなる。従って、発電容量35kWに対して排熱回収により発電量は約5%増加することができる。膨張機で膨張した蒸気は凝縮器で冷却され、温度20℃圧力0.08MPaの水になる。その後、循環ポンプでエンジンの冷却ジャケットへ供給され、エンジンを冷却することで90℃、0.2MPaの温水になる。循環水はさらに給水ポンプで蒸気発生装置入口の圧力まで昇圧され、蒸気発生装置へ供給される。蒸気発生装置を出た排ガスは循環水を加熱することで175℃に温度が下がり排出される。   The heat balance in the engine power generation system which collects motive power from the exhaust gas by this invention based on Example 1 of FIG. 1 is shown. Assuming that the exhaust gas temperature of an engine that drives a generator with a power generation capacity of 35 kW is 530 ° C., it is possible to generate 39 kg / h of steam at a temperature of 160 ° C. and a pressure of 0.6 MPa from the circulating water with the steam generator. Thereafter, when the expander is expanded to near atmospheric pressure, the electric power generated from the recovered power in consideration of the efficiency of the expander and the efficiency of the generator is about 1.7 kW. Therefore, the amount of power generation can be increased by about 5% by exhaust heat recovery for a power generation capacity of 35 kW. The steam expanded by the expander is cooled by the condenser and becomes water having a temperature of 20 ° C. and a pressure of 0.08 MPa. Then, it is supplied to a cooling jacket of the engine with a circulation pump, and becomes 90 ° C. and 0.2 MPa hot water by cooling the engine. The circulating water is further pressurized to the pressure at the inlet of the steam generator by a feed water pump and supplied to the steam generator. The exhaust gas exiting the steam generator is discharged to a temperature of 175 ° C. by heating the circulating water.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1:エンジン発電機、2:エンジン、3:発電機、4:膨張機、5:減速機、6:電磁クラッチ、7:エンジン駆動軸、8:蒸気発生装置、9:電動弁(1)、10:凝縮器、11:循環ポンプ、12:給水ポンプ、13:逆止弁、14:エンジン冷却ジャケット、15:排気管、16:循環水入口管、17:膨張機蒸気入口管、18:膨張機蒸気出口管、19:エンジン冷却ジャケット入口管、20:エンジン冷却ジャケット出口管、21:給水容器、22:給水容器出口管、23:放気電磁弁、24:外部給水管、25:電動弁(2)、26:電気出力、27:冷却ファン、28:コントローラ、29:回転検出器、30:温度センサ、31:圧力センサ、32:熱交換器、33:冷却水入口配管、34:冷却水出口配管、35:排ガス出口管、36:放気弁、37:吸収式冷温水機 1: engine generator, 2: engine, 3: generator, 4: expander, 5: speed reducer, 6: electromagnetic clutch, 7: engine drive shaft, 8: steam generator, 9: electric valve (1), 10: condenser, 11: circulation pump, 12: feed water pump, 13: check valve, 14: engine cooling jacket, 15: exhaust pipe, 16: circulation water inlet pipe, 17: expander steam inlet pipe, 18: expansion Steam outlet pipe, 19: Engine cooling jacket inlet pipe, 20: Engine cooling jacket outlet pipe, 21: Water supply container, 22: Water supply container outlet pipe, 23: Air discharge solenoid valve, 24: External water supply pipe, 25: Motorized valve (2), 26: electrical output, 27: cooling fan, 28: controller, 29: rotation detector, 30: temperature sensor, 31: pressure sensor, 32: heat exchanger, 33: cooling water inlet piping, 34: cooling Water outlet piping, 35: exhaust gas Mouth tube, 36: Hokiben, 37: absorption chiller

Claims (7)

発電機と、
前記発電機の駆動軸と接続し、前記発電機を前記駆動軸を介して駆動するエンジンと、
前記エンジンの排気管と接続し、前記排気管からの熱によって循環水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発生装置と、
該蒸気発生装置と蒸気配管を介して接続し、前記蒸気発生装置から送られた蒸気によって駆動する膨張機と、
前記膨張機と前記エンジンの駆動軸とを接続するものであって、前記膨張機で発生した回転動力を減速させて前記エンジンの駆動軸へ伝達する減速機と、
を備えるエンジン発電システム。
A generator,
An engine connected to a drive shaft of the generator, and driving the generator via the drive shaft;
A steam generator that is connected to an exhaust pipe of the engine and generates steam by heating circulating water by heat from the exhaust pipe;
An expander connected to the steam generator via a steam pipe and driven by steam sent from the steam generator;
A speed reducer that connects the expander and the drive shaft of the engine, and that decelerates the rotational power generated by the expander and transmits it to the drive shaft of the engine;
An engine power generation system comprising:
請求項1において、さらに、
前記膨張機と蒸気出口管を介して接続し、前記膨張機から送られた蒸気を凝縮して循環水を生成する凝縮器と、
前記凝縮器と水配管を介して接続し、前記凝縮器で生成された循環水によって前記エンジンを冷却する冷却ジャケットと、を備え、
前記冷却ジャケットから流出した循環水は、給水ポンプによって昇圧され、前記蒸気発生装置へ送られることを特徴とするエンジン発電システム。
The claim 1, further comprising:
A condenser connected to the expander via a steam outlet pipe, and condensing steam sent from the expander to generate circulating water;
A cooling jacket that is connected to the condenser via a water pipe and cools the engine by circulating water generated by the condenser;
Circulating water that has flowed out of the cooling jacket is pressurized by a feed water pump and sent to the steam generator.
請求項1または請求項2おいて、さらに、
前記減速機と前記エンジンの駆動軸との間に、前記膨張機と前記エンジンとの接続を切断可能な電磁クラッチを備えることを特徴とするエンジン発電システム。
In claim 1 or claim 2, further,
An engine power generation system comprising an electromagnetic clutch capable of disconnecting the connection between the expander and the engine between the speed reducer and the drive shaft of the engine.
請求項1乃至請求項3のいずれかにおいて、さらに、
前記冷却ジャケットと、前記蒸気発生装置へ給水する給水ポンプとの間に循環水に含まれる気泡を取り除く給水容器を設けたことを特徴とするエンジン発電システム。
In any one of Claim 1 thru | or 3, Furthermore,
An engine power generation system comprising a water supply container for removing bubbles contained in circulating water between the cooling jacket and a water supply pump for supplying water to the steam generator.
請求項1乃至請求項4のいずれかにおいて、さらに、
前記発電機または前記エンジンの回転数を検出する回転数検出センサと、
前記膨張機の蒸気入口管に備える電動弁と、
前記膨張機に吸入される蒸気の圧力を検出する圧力センサと、
前記回転数検出センサによって検出した前記発電機または前記エンジンの回転数に変化が生じると、前記圧力センサによって検出する蒸気の圧力が所定の値になるよう前記電動弁を開閉制御するコントローラと、
を備えることを特徴とするエンジン発電システム。
In any one of Claim 1 thru | or 4, Furthermore,
A rotational speed detection sensor for detecting the rotational speed of the generator or the engine;
A motorized valve provided in a steam inlet pipe of the expander;
A pressure sensor for detecting a pressure of steam sucked into the expander;
A controller that controls opening and closing of the motor-operated valve so that the pressure of the steam detected by the pressure sensor becomes a predetermined value when a change occurs in the rotational speed of the generator or the engine detected by the rotational speed detection sensor;
An engine power generation system comprising:
請求項5において、さらに、
前記膨張機に吸入される蒸気の温度を検出する温度センサを備え、
前記コントローラは、前記温度センサによって検出した温度が既定値を超えた場合には、前記電動弁を閉制御することを特徴とするエンジン発電システム。
In claim 5, further:
A temperature sensor for detecting the temperature of steam sucked into the expander;
The controller is configured to close the motor-operated valve when the temperature detected by the temperature sensor exceeds a predetermined value.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、さらに、
前記蒸気発生装置から排出された排気ガスと冷却水とが熱交換を行う熱交換器を備えることを特徴とするエンジン発電システム。
In any one of Claims 1 thru | or 6, Furthermore,
An engine power generation system comprising a heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas discharged from the steam generator and cooling water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800533C2 (en) * 2019-02-05 2023-07-24 Битцер Кюльмашиненбау Гмбх Expander installation and installation for producing electric energy from heat

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