JP6790458B2 - ガスエンジンコージェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジンやディーゼルエンジン等から排出される高熱の排ガスを利用して蒸気を生成するガスエンジンコージェネレーションシステムに関する。

ガスタービンエンジンやディーゼルエンジン等（以下「排ガス発生源」ともいう）から排出される高熱の排ガスを利用して蒸気を生成する排ガスボイラがある。この種の排ガスボイラとしては、多数の水管から構成する缶体を備え、缶体への給水をエコノマイザで予熱するものが知られている（特許文献１参照）。
具体的には、排ガス発生源から発生する排ガスは、排ガス導入路を介して導入され、排ガス通路の上流側で缶体の水管内の水を加熱することで蒸気を発生させ、排ガス通路の下流側でエコノマイザを介して缶体への給水を予熱させ、排ガス導出路を介して排出される。
他方、排ガス導入路と排ガス導出路とは排ガスバイパス路で接続され、排ガス通路の入り口にダンパが設けられ、排ガスを排ガスボイラを介して排出するか、排ガスバイパス路を介して排出するかを択一的に切り換えるか、又は両者の分配割合を調整可能とされる。

特開２０１０−２６６０７４号公報

このような排ガスボイラは、排ガスボイラの入口側にのみダンパを設け、エコノマイザの出口側にはダンパを設けないことが多い。このため、ボイラ運転停止中に、排ガスバイパス路に排ガスをバイパスする場合であっても、エコノマイザ出口側にダンパがないので、ボイラ運転停止中に排ガスが排ガスバイパス路の出口側を経由してエコノマイザに逆流することがある。そうすると、排ガス通路の下流側でエコノマイザを介して缶体への給水が予熱される現象が発生する。このような排ガスの逆流が続くと、エコノマイザ内の水が沸騰蒸発し、エコノマイザ内の水位が低下する。
ボイラ運転停止中に排ガスが逆流し、エコノマイザ内の水が沸騰し、その結果エコノマイザ内の水位が低下した状態で排ガスボイラの運転を開始した場合、エコノマイザが満水になるまで排ガスボイラへの給水が遅れ、例えば水管過熱などのボイラトラブルを引き起こすことにもなる。

このため、エコノマイザの出口側にもダンパを設けることで、このような逆流を防止することができるが、ダンパは高価なため、現実的解決策ではない。

本発明は、上述したように、排ガスボイラの入口側にのみダンパを設けた排ガスボイラにおいて、ボイラ運転停止中に、排ガスバイパス路に排ガスをバイパスする場合に、排ガスがエコノマイザに逆流することにより、エコノマイザ内の水が沸騰し低水位となっているような場合であっても、排ガスボイラ側にダンパを切り換えて排ガスボイラの運転を開始したときに、排ガスボイラへの給水遅れを解消させることを目的とする。

本発明は、ガスエンジンから排出される排ガスを流す排ガス通路と、前記排ガス通路に配置される熱交換室と、前記熱交換室の内部における上流側に配置され、給水ラインから供給された供給水をボイラ水として内部に貯留し、排ガスの熱を回収して蒸気を発生させる排ガスボイラと、前記排ガスボイラに貯留されるボイラ水の水位を検出する水位検出部と、前記熱交換室の内部における下流側に配置されると共に前記給水ラインに接続され、前記給水ラインを流通する給水を前記排ガスにより予熱するエコノマイザと、前記熱交換室の入口に配置され、該熱交換室の入口を開閉する排ガスボイラ入口開閉部と、前記熱交換室をバイパスさせて排ガスを前記熱交換室よりも下流側へ流すバイパス路と、前記バイパス路に配置され、該バイパス路を開閉するバイパス開閉部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記水位検出部により検出される検出水位と、予め設定された目標水位設定値と、に基づいて、前記排ガスボイラへの給水を制御する給水制御部と、前記排ガスボイラ入口開閉部の閉状態が予め設定された第１時間継続することを判定する閉状態継続判定部と、前記閉状態継続判定部により前記排ガスボイラ入口開閉部の閉状態が前記第１時間継続したことを判定された場合に、又は前記閉状態継続判定部により前記排ガスボイラ入口開閉部の閉状態が前記第１時間継続したことを判定され、前記排ガスボイラ入口開閉部が開状態となった場合に、前記目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値に設定する水位仮設定部と、を備える、ガスエンジンコージェネレーションシステムに関する。

本発明は、ガスエンジンから排出される排ガスを流す排ガス通路と、前記排ガス通路に配置される熱交換室と、前記熱交換室の内部における上流側に配置され、給水ラインから供給された供給水をボイラ水として内部に貯留し、排ガスの熱を回収して蒸気を発生させる排ガスボイラと、前記排ガスボイラに貯留されるボイラ水の水位を検出する水位検出部と、前記熱交換室の内部における下流側に配置されると共に前記給水ラインに接続され、前記給水ラインを流通する給水を前記排ガスにより予熱するエコノマイザと、前記熱交換室の入口に配置され、該熱交換室の入口を開閉する排ガスボイラ入口開閉部と、前記熱交換室をバイパスさせて排ガスを前記熱交換室よりも下流側へ流すバイパス路と、前記バイパス路に配置され、該バイパス路を開閉するバイパス開閉部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記水位検出部により検出される検出水位と、予め設定された目標水位設定値と、に基づいて、前記排ガスボイラへの給水を制御する給水制御部と、ガスエンジン運転開始信号を検出する運転開始信号検出部と、前記運転開始信号検出部により、前記ガスエンジン運転開始信号を検出した後に、又は前記運転開始信号検出部により、前記ガスエンジン運転開始信号を検出し、前記排ガスボイラ入口開閉部が開状態となった場合に、前記目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値に設定する水位仮設定部と、を備える、ガスエンジンコージェネレーションシステムに関する。

また、前記水位仮設定部は、前記目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値に設定してから、予め設定された第２時間を経過した場合、前記目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値に戻すことが望ましい。

また、前記排ガスボイラ入口開閉部と前記バイパス開閉部とは一体で構成された開閉部であって、前記熱交換室と前記バイパス路との分岐部に配置されるようにしてもよい。

本発明によれば、前述したように、排ガスボイラの入口側にのみダンパを設けた排ガスボイラにおいて、ボイラ運転停止中に、排ガスバイパス路に排ガスをバイパスする場合に、排ガスがエコノマイザに逆流したことにより、エコノマイザ内の水が沸騰し低水位となっているような場合であっても、バイパス側にダンパを切り換えて排ガスボイラの運転を開始したときに、排ガスボイラへの給水遅れを解消させることが可能となる。

本発明のガスエンジンコージェネレーションシステムの一実施例を示す概略図である。 本実施形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムの動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムにおける制御部の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムの動作の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係るガスエンジンコージェネレーションシステムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明のガスエンジンコージェネレーションシステム１の一実施例を示す概略図である。

本実施例のガスエンジンコージェネレーションシステム１は、ガスタービンエンジンやディーゼルエンジン等の排ガス発生源（図示せず）から排出される排ガスの排熱を用いて蒸気を生成する排ガスボイラ２と、排ガス通路３と、バイパス路４と、制御部５と、記憶部６と、を備える。

排ガスボイラ２は、缶体２１と、気水分離器２２と、蒸気ライン２３と、蒸気ヘッダ２４と、水位検出部２５と、給水ライン２６と、排水ライン２７と、を備える。

缶体２１は、例えば多管式の貫流ボイラとされる。具体的には、缶体２１は、上部管寄せ２１２と下部管寄せ２１３との間を多数の水管２１１で接続して構成される。上部管寄せ２１２と下部管寄せ２１３とは、上下に離隔して平行に配置され、内部は中空に形成されている。一方、各水管２１１は垂直に配置され、上端部が上部管寄せ２１２に接続され、下端部が下部管寄せ２１３に接続される。
缶体２１に供給された水は、水管２１１において排ガスにより加熱され蒸気を生成させる。

気水分離器２２は、缶体２１において生成された蒸気を、上部管寄せ２１２を介して導入させる。気水分離器２２を介して分離された水分は分離水戻し管（図示せず）を介して下部管寄せ２１３に戻される。気水分離器２２を介して乾き度が向上された蒸気は蒸気ライン２３へ導出される。蒸気ライン２３は、蒸気ヘッダ２４に接続されており、蒸気ライン２３へ導出された蒸気は、蒸気ヘッダ２４を介して蒸気使用設備（図示せず）へ供給可能とされる。

水位検出部２５は、缶体２１に設けられ、缶体２１内（水管２１１内）の水位を検出する。水位検出部２５は、制御部５と電気的に接続されている。水位検出部２５により検出された缶体２１内の水の水位（「検出水位」という）は、制御部５に検出信号として出力される。

給水ライン２６は、下部管寄せ２１３に接続され、缶体２１へ水を供給する。給水ライン２６には、給水ポンプ２６１と、給水制御弁２６２と、エコノマイザ２６３とが、配置される。

給水ポンプ２６１は、インバータ（図示せず）を備え、インバータの出力する駆動周波数を指定することで入力された駆動周波数に応じた回転速度で駆動することができる。
給水制御弁２６２は、開閉自在であり、給水源から缶体２１への水の供給を制御することができる。給水制御弁２６２は、弁開度を調節可能な比例制御弁としてもよい。
給水ポンプ２６１及び給水制御弁２６２は制御部５と電気的に接続され、制御部５から出力される制御信号に基づいて制御される。

エコノマイザ２６３は、給水ライン２６における排ガスボイラ２よりも上流側に設置され、排ガスの予熱により缶体２１に供給される給水を予熱する。

排水ライン２７は、下部管寄せ２１３に接続される。排水ライン２７には、排水制御弁２７１が配置される。
排水制御弁２７１は、缶体２１内からの水の排水量を調節する。排水制御弁２７１は、弁開度を調節可能な比例制御弁としてもよい。排水制御弁２７１は制御部５と電気的に接続され、制御部５から出力される制御信号に基づいて制御される。

排ガス通路３の上流側端部には、排ガス入口３Ａが形成され、排ガス発生源（図示せず）から排出される排ガスが導入される。排ガス通路３の下流側端部には、排ガス出口３Ｂが形成され、排ガス入口３Ａから導入された排ガスが排出されるように構成される。

排ガス通路３における排ガス入口３Ａと排ガス出口３Ｂとの間には、熱交換室３２が配置される。そして、この熱交換室３２の入口に排ガスボイラ入口開閉部３１が設けられ、熱交換室３２内の上流側に缶体２１が設けられ、熱交換室３２内の下流側にエコノマイザ２６３が設けられる。

排ガスボイラ入口開閉部３１は、開閉されることで、排ガスを熱交換室３２に導入するか否かを調整可能とする。排ガスボイラ入口開閉部３１は、制御部５と電気的に接続され、制御部５から出力される制御信号に基づいて制御される。

排ガスボイラ入口開閉部３１が開放されることで、排ガスは、熱交換室３２内の上流側で缶体２１の水管２１１内の水を加熱することで蒸気を発生させ、熱交換室３２内の下流側でエコノマイザ２６３を介して缶体２１への給水を予熱させた後、排ガス出口３Ｂから排出される。

バイパス路４は、排ガスを、熱交換室３２をバイパスさせて、排ガス出口３Ｂ（熱交換室３２の下流側の外）へ流す。バイパス路４の入口側には、バイパス開閉部４１が設けられる。

バイパス開閉部４１は、開閉されることで、排ガスをバイパスに導入するか否かを調整可能とする。バイパス開閉部４１は、制御部５と電気的に接続され、制御部５から出力される制御信号に基づいて制御される。

排ガスボイラ入口開閉部３１及びバイパス開閉部４１を設けることで、排ガスを熱交換室３２を介して、排ガスボイラ２及びエコノマイザ２６３を通過させた後に排出させるか、又はバイパス路４を介して排出させるかを択一的に切り換えるか、又は両者の分配割合を調整可能とされる。
具体的には、例えば、排ガスボイラ入口開閉部３１及びバイパス開閉部４１にダンパを適用した場合、ダンパを駆動させるモータ又はエアシリンダを制御して、ダンパの回転停止位置を調整することで、分配割合を調整可能とするように構成してもよい。また、排ガス通路３又はバイパス路４のいずれかを択一的に開き、残りを閉じるように制御してもよい。

次に制御部５の構成について説明する前に、本実施形態において、排ガスをバイパス路４を介して排ガス出口３Ｂから排出させる場合に、排ガスの逆流によりエコノマイザが加熱されるケースについて説明する。

前述したように、蒸気使用設備に蒸気を供給しない場合、排ガスボイラ入口開閉部３１を閉鎖し、バイパス開閉部４１を開放させ、排ガスをバイパス路４を介して排ガス出口３Ｂから排出させることで、水管２１１内の水を加熱しないようにして蒸気生成を停止（すなわち、排ガスボイラを運転停止）させることができる。
しかしながらエコノマイザ出口側に排ガス通路を閉じる機構がない場合、排気ガスの一部が、排ガス出口３Ｂから熱交換室３２の出口側を経由して熱交換室３２内の下流側に逆流することが避けられない。このため、排気ガスの逆流が続くと、エコノマイザ２６３内の水が、逆流した排ガスにより沸騰蒸発させられることになる。

エコノマイザ２６３内の水が逆流した排ガスにより沸騰蒸発させられるケースとして、ガスエンジンが起動されてからガスエンジン運転信号が出力されるまでの間（以下、「ケース１」という）、又は排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態（バイパス開閉部４１の開状態）が予め設定された第１時間継続する間（以下、「ケース２」という）の２つのケースが挙げられる。

［ケース１：ガスエンジン起動後からガスエンジン運転信号が出力されるまで］
排ガスボイラ２が起動されてから、蒸気を生成するまでの処理の流れについて、図２を参照して説明する。図２は、排ガスボイラ２が起動されてから、蒸気を生成するまでの処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳＴ１１において、例えば、運転開始ボタンがオンされることにより、排ガスボイラ２の運転開始指示がなされる。

ステップＳＴ１２において、排ガスボイラ入口開閉部３１を閉鎖、バイパス開閉部４１を開放させる。

ステップＳＴ１３において、缶体２１に給水する。

ステップＳＴ１４において、缶体２１内の水位が所定の水位に達したか否かを検出する。所定の水位に達した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１５に移る。所定の水位に達していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１３に戻る。

ステップＳＴ１５において、排ガスボイラ２は、発電システム（ガスエンジン側）に向けてボイラ起動準備完了信号を出力する。

ステップＳＴ２１において、発電システム（ガスエンジン側）は、ボイラ起動準備完了信号を受信することで、ガスエンジンを起動して、燃料ガスを燃焼させることで発電する。

ステップＳＴ１６において、排ガスをバイパス路４を介して排ガス出口３Ｂから排出させる。

ステップＳＴ２２において、発電システム（ガスエンジン側）は、排ガスから熱を回収することが可能な状態か否かを判定する。排ガスから熱を回収することが可能な状態である場合（Ｙｅｓの場合）ステップＳＴ２３に移る。排ガスから熱を回収することが可能な状態でない場合（Ｎｏの場合）ステップＳＴ２２に戻る。

ステップＳＴ２３において、発電システム（ガスエンジン側）は、排ガスボイラ２に向けてガスエンジン運転信号を出力する。

ステップＳＴ１７において、排ガスボイラ２は、バイパス開閉部４１を閉鎖、排ガスボイラ入口開閉部３１を開放させることで、蒸気生成を開始する。

このように、ガスエンジンコージェネレーションシステム１において、ガスエンジンは起動されると燃料ガスを燃焼させるが、ガスエンジンが起動されてから所定時間経過後に排ガスから熱を回収させることを許可するガスエンジン運転信号が出力される。
このため、ガスエンジンが起動されてからガスエンジン運転信号が出力されるまでの間、排ガスボイラ２においては排ガスボイラ入口開閉部３１を閉鎖し、バイパス開閉部４１を開放させることで、排ガスをバイパス路４を介して排ガス出口３Ｂから排出させている（ステップＳＴ１６）。
この間に、排気ガスの一部が、排ガス出口３Ｂから熱交換室３２の出口側を経由して熱交換室３２内の下流側に逆流することで、エコノマイザ２６３内の水を沸騰蒸発させる可能性がある。

［ケース２：排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が予め設定された第１時間継続する間］
蒸気使用設備に蒸気を供給しない場合、排ガスボイラ２は、排ガスボイラ入口開閉部３１を閉鎖し、バイパス開閉部４１を開放させ、排ガスをバイパス路４を介して排ガス出口３Ｂから排出させることで、水管２１１内の水を加熱しないようにする。それにより、蒸気生成を停止（すなわち、排ガスボイラを運転停止）させることができる。
予め設定された第１時間（例えば１０分間）、排気ガスの一部が、排ガス出口３Ｂから熱交換室３２の出口側を経由して熱交換室３２内の下流側に逆流することで、エコノマイザ２６３内の水が沸騰蒸発させられる可能性がある。

以上のように、排ガスをバイパス路４を介して排ガス出口３Ｂから排出させる場合に、エコノマイザ２６３内の水位が低下する場合がある。このような状態で、排ガスボイラ２の運転を開始した場合、水管２１１内の水が蒸発させられることで缶体２内の水位が下がり、その時点で給水を行った場合、エコノマイザ２６３が満水になるまで水管２１１への給水が遅れ、水管過熱などのボイラトラブルを引き起こす可能性がある。

ケース１又はケース２が発生した場合に、強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水をすることで缶体２１への給水遅れを解消させるために、制御部５は、図３に示すように、開閉切換部５１と、給水制御部５２と、運転開始信号検出部５３と、閉状態継続判定部５４と、水位仮設定部５５と、を備える。図３は、制御部５の機能的構成を示す機能ブロック図である。
次に、制御部５の備える各部の機能について説明する。

開閉切換部５１は、例えば、排ガスボイラ２の運転開始指示又は運転停止指示等に応じて、排ガスを熱交換室３２を介して、排ガスボイラ２及びエコノマイザ２６３を通過させた後に排出させるか、又はバイパス路４を介して排出させるかを択一的に切り換えるか、又は両者の分配割合を調整可能に制御する。
具体的には、例えば、排ガスボイラ入口開閉部３１及びバイパス開閉部４１にダンパを適用した場合、開閉切換部５１は、排ガスボイラ入口開閉部３１及びバイパス開閉部４１に設けられたダンパを駆動させるモータ又はエアシリンダを制御して、ダンパの回転停止位置を調整することで、分配割合を調整可能とするように構成してもよい。

給水制御部５２は、水位検出部２５により検出される検出水位と、予め設定された目標水位設定値（「第１目標水位設定値」という）と、に基づいて、排ガスボイラ２への給水を制御する。
具体的には、給水制御部５２は、水位検出部２５により検出される検出水位が第１目標水位設定値となるように、給水ポンプ２６１及び／又は給水制御弁２６２を制御する。
例えば、給水ポンプ２６１がインバータを備える場合、給水制御部５２は、インバータの出力する駆動周波数を指定することで入力された駆動周波数に応じた回転速度で給水ポンプを駆動するようにしてもよい。
また、給水制御部５２は、給水制御弁２６２を開閉させることで給水制御するようにしてもよい。なお、給水制御弁２６２が弁開度を調節可能な比例制御弁の場合、給水制御部５２は、給水制御弁２６２の開度を調整することで、開度に応じた流量を給水するようにしてもよい。

次に、運転開始信号検出部５３について説明する。
前述したように、排ガスボイラ２は、運転開始指示がなされると、給水等の準備を行い、準備が完了すると、発電システム（ガスエンジン側）に対して、ボイラ起動準備完了信号を出力する。その後、発電システム（ガスエンジン側）から、排ガスから熱を回収することが可能な状態であることを示すガスエンジン運転開始信号が出力されるまで、排ガスボイラ２は、ボイラ起動準備状態で待機する。
運転開始信号検出部５３は、発電システム（ガスエンジン側）から、排ガスから熱を回収することが可能な状態であることを示すガスエンジン運転開始信号が出力されたことを検出する。それにより、排ガスボイラ２は、排ガスボイラ入口開閉部３１を開放させることで、蒸気を生成することができる、

閉状態継続判定部５４は、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が予め設定された第１時間（例えば１０分）継続したことを判定する。ここで、第１時間として、例えば、排ガスボイラ入口開閉部３１を閉鎖し、バイパス開閉部４１を開放させてから、排気ガスの一部が、熱交換室３２内の下流側に逆流することで、エコノマイザ２６３内の水が沸騰蒸発してエコノマイザ２６３内の水位が所定水位以下になる時間を設定することができる。また、エコノマイザ２６３内の水が沸騰蒸発して空になる時間を設定することができる。

水位仮設定部５５は、運転開始信号検出部５３により、ガスエンジン運転開始信号を検出した後に、目標水位設定値を予め設定された第１目標水位設定値よりも高い値（「第２目標水位設定値」）に仮設定する。
又は水位仮設定部５５は、運転開始信号検出部５３により、ガスエンジン運転開始信号を検出し、排ガスボイラ入口開閉部３１が開状態となった場合に、目標水位設定値を第２目標水位設定値に仮設定するようにしてもよい。
そうすることで、給水制御部５２により強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水をすることで、排ガスボイラ２への給水遅れを解消させることが可能となる。
水位仮設定部５５は、目標水位設定値を、第２目標水位設定値に設定してから、予め設定された第２時間を経過した場合、目標水位設定値を、第１目標水位設定値に戻す。

それにより、排ガスボイラ２において、発電システム（ガスエンジン側）がガスエンジンを起動してからガスエンジン運転信号を出力するまでの間、エコノマイザ２６３内の水が沸騰し低水位となるような場合（ケース１）に、排ガスボイラ２の運転を開始したときに、給水制御部５２により直ちに強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水をすることで、排ガスボイラ２への給水遅れを解消させることが可能となる。

同様に、水位仮設定部５５は、閉状態継続判定部５４により、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続した後に、目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値（「第３目標水位設定値」）に仮設定する。
又は、水位仮設定部５５は、閉状態継続判定部５４により、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続した後に、排ガスボイラ入口開閉部３１が開状態となった場合に、目標水位設定値を、第３目標水位設定値に仮設定するようにしてもよい。
そうすることで、給水制御部５２により強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水をすることで、排ガスボイラ２への給水遅れを解消させることが可能となる。
水位仮設定部５５は、目標水位設定値を、第３目標水位設定値に設定してから、予め設定された第３時間を経過した場合、目標水位設定値を、第１目標水位設定値に戻す。

それにより、排ガスボイラ２において、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が予め設定された第１時間継続することにより、エコノマイザ２６３内の水が沸騰し低水位となった場合（ケース２）に、排ガスボイラ２の運転を行うとき、給水制御部５２により直ちに強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水をすることで、排ガスボイラ２への給水遅れを解消させることが可能となる。

なお、第２目標水位設定値及び第３目標水位設定値は、同じ値でも異なる値でもよい。同様に、第２時間及び第３時間は、同じ値でも異なる値でもよい。

記憶部６には、ガスエンジンコージェネレーションシステム１の運転を実施する制御プログラム、排ガスボイラ入口開閉部３１及びバイパス開閉部４１の開閉状態、予め設定される目標水位設定値に関する情報（例えば、第１目標水位設定値、第２目標水位設定値、第３目標水位設定値等）、予め設定される時間に関する情報（例えば、第１時間、第２時間、第３時間等）が記憶される。

［動作説明］
次に、図４及び図５を参照して、制御部５の処理の流れについて説明する。図４及び図５は、それぞれ、ケース１及びケース２における制御部５の処理の一例を示すフローチャートである。

まず、図４を参照して、ケース１における制御部５の処理の流れを説明する。なお、排ガスボイラ２は、運転開始指示に応じて、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉鎖及びバイパス開閉部４１の開放を行い、缶体２１内への所定水位の給水を行い、発電システム（ガスエンジン側）に向けてボイラ起動準備完了信号を出力したものとする。
なお、図４では、水位仮設定部５５が、運転開始信号検出部５３により、ガスエンジン運転開始信号を検出し、排ガスボイラ入口開閉部３１が開状態となった場合に、目標水位設定値を第２目標水位設定値に仮設定する場合の処理について説明する。

ステップＳＴ１０１において、制御部５（運転開始信号検出部５３）は、発電システム（ガスエンジン側）から、ガスエンジン運転開始信号が出力されたか否かを検出する。ガスエンジン運転開始信号を検出した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１０２に移る。ガスエンジン運転開始信号を検出しない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１０１に戻る。

ステップＳＴ１０２において、制御部５（開閉切換部５１）は、バイパス開閉部４１の閉鎖及び排ガスボイラ入口開閉部３１の開放を行う。

ステップＳＴ１０３において、制御部５（水位仮設定部５５）は、目標水位設定値を第２目標水位設定値に設定する。

ステップＳＴ１０４において、制御部５（水位仮設定部５５）は、目標水位設定値を第２目標水位設定値に設定してから、第２時間を経過したか否かを検出する。第２時間を経過した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１０５に移る。第２時間を経過しない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１０４に戻る。

ステップＳＴ１０５において、制御部５（水位仮設定部５５）は、目標水位設定値を第１目標水位設定値に戻す。
なお、ステップＳＴ１０３からステップＳＴ１０５にかけて、給水制御部５２は、水位検出部２５により検出される検出水位と目標水位設定値とに基づいて、缶体２１への給水を制御する。

［変形例］
図４において、ステップＳＴ１０２とステップＳＴ１０３の順序を置き換えることで、水位仮設定部５５が、運転開始信号検出部５３により、ガスエンジン運転開始信号を検出した後に、目標水位設定値を第２目標水位設定値に仮設定する場合の処理が説明できる。

次に、図５を参照して、ケース２における制御部５の処理の流れを説明する。図５では、水位仮設定部５５が、閉状態継続判定部５４により、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続した後に、排ガスボイラ入口開閉部３１が開状態となった場合に、目標水位設定値を、第３目標水位設定値に仮設定する場合の処理について説明する。

ステップＳＴ１１１において、排ガスボイラ２は排ガスボイラ入口開閉部３１を開放状態、バイパス開閉部４１を閉鎖した状態で蒸気を生成する。

ステップＳＴ１１２において、排ガスボイラ２の停止指示（待機指示）に応答して、制御部５（開閉切換部５１）は、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉鎖及びバイパス開閉部４１の開放を行う。

ステップＳＴ１１３において、制御部５（閉状態継続判定部５４）は、時間のカウントを開始する。

ステップＳＴ１１４において、排ガスボイラ２の運転指示に応答して、制御部５（開閉切換部５１）は、排ガスボイラ入口開閉部３１の開放及びバイパス開閉部４１の閉鎖を行う。

ステップＳＴ１１５において、制御部５（閉状態継続判定部５４）は、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態の継続時間が第１時間継続したか否かを判定する。排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続したことを判定した場合、ステップＳＴ１１６に移る。排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続していない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１１１に移る。

ステップＳＴ１１６において、制御部５（水位仮設定部５５）は、目標水位設定値を第３目標水位設定値に設定する。

ステップＳＴ１１７において、制御部５（水位仮設定部５５）は、目標水位設定値を第３目標水位設定値に設定してから、第３時間を経過したか否かを検出する。第３時間を経過した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳＴ１１８に移る。第３時間を経過しない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳＴ１１７に戻る。

ステップＳＴ１１８において、制御部５（水位仮設定部５５）は、目標水位設定値を第１目標水位設定値に戻し、ステップＳＴ１１１に移る。
なお、ステップＳＴ１１６からステップＳＴ１１８にかけて、給水制御部５２は、水位検出部２５により検出される検出水位と目標水位設定値とに基づいて、缶体２１への給水を制御する。

［変形例］
なお、図５において、ステップＳＴ１１４をステップＳＴ１１６とステップＳＴ１１７の間に移すことで、水位仮設定部５５が、閉状態継続判定部５４により、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続した後に、目標水位設定値を、第３目標水位設定値に仮設定する場合の処理が説明できる。

以上、ケース１とケース２における、制御部５の処理フローの一例を説明したが、制御部５の処理は、このフローチャートに限定されるものではない。

［効果説明］
以上のように、本実施形態のガスエンジンコージェネレーションシステム１は、水位検出部２５により検出される検出水位と予め設定された目標水位設定値とに基づいて、排ガスボイラ２への給水を制御する給水制御部５２と、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が予め設定された第１時間継続することを判定する閉状態継続判定部５４と、閉状態継続判定部５４により、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続したことを判定した後に、排ガスボイラ入口開閉部３１が開状態となった場合に、目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値（第２目標水位設定値）に設定する水位仮設定部５５と、を備える。

これにより、排ガスボイラ２において、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が予め設定された第１時間継続することにより、エコノマイザ２６３内の水が沸騰し低水位となるような場合（ケース２）に、排ガスボイラ２を運転を行うとき、給水制御部５２により直ちに、強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水がなされるため、排ガスボイラ２への給水遅れを解消させることが可能となる。

また、本実施形態のガスエンジンコージェネレーションシステム１は、水位検出部２５により検出される検出水位と、予め設定された目標水位設定値と、に基づいて、前記排ガスボイラ２への給水を制御する給水制御部５２と、ガスエンジン運転開始信号を検出する運転開始信号検出部５３と、運転開始信号検出部５３により、ガスエンジン運転開始信号を検出した場合に排ガスボイラ入口開閉部３１を開状態にすると共に、目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値（第３目標水位設定値）に設定する水位仮設定部５５と、を備える。

それにより、排ガスボイラ２において、発電システム（ガスエンジン側）がガスエンジンを起動してからガスエンジン運転信号を出力するまでの間、エコノマイザ２６３内の水が沸騰し低水位となるような場合（ケース１）に、排ガスボイラ２の運転を開始したとき、給水制御部５２により直ちに、強制的にエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水がなされるため、排ガスボイラ２への給水遅れを解消させることが可能となる。

また、本実施形態の排ガスボイラ２における、水位仮設定部５５は、目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値（第２目標水位設定値又は第３目標水位設定値）に設定してから、予め設定された時間（第２時間又は第３時間）を経過した場合、目標水位設定値を予め設定された目標水位設定値（第１目標水位設定値）に戻す。

これにより、給水制御部５２により先行してエコノマイザ２６３内の沸騰した水に相当する給水がなされた後、通常の目標水位に戻すことができる。

以上、この発明を実施形態により説明したが、この発明は、その主旨を変更しない範囲
で種々変更実施可能なことは勿論である。

［変形例１］
本実施形態においては、熱交換室３２の入口側に排ガスボイラ入口開閉部３１を設け、バイパス路４の入口側にバイパス開閉部４１を設けているが、これに限定されない。例えば、熱交換室３２とバイパス路４との分岐部に、排ガスボイラ入口開閉部３１とバイパス開閉部４１とを一体で構成した開閉部を設けてもよい。例えば、熱交換室３２とバイパス路４との分岐部に、排ガスボイラ入口開閉部３１とバイパス開閉部４１とを一体で構成した開閉部（例えば三方ダンパ等）を設けて、排ガスを排ガスボイラ２を介して排出するか、バイパス路４を介して排出するかを択一的に切り替えるか、又は両者の分配割合を調整可能としてもよい。

［変形例２］
本実施形態のケース２において、閉状態継続判定部５４は、排ガスボイラ入口開閉部３１の閉状態が第１時間継続したことを判定しているが、予め複数の閾値となる時間（例えば第１閾時間値＜第２閾時間値＜・・・）を設定しておき、各閾値の大きさに対応して、水位仮設定部５５により設定される第１番目の目標水位＜第２番目の目標水位＜・・・を設定してもよい。
そうすることで、エコノマイザ２６３内の沸騰した水の量に対応する、きめ細かな目標水位を選定することができる。

１ ガスエンジンコージェネレーションシステム
２ 排ガスボイラ
２１ 缶体
２１１ 水管
２１２ 上部管寄せ
２１３ 下部管寄せ
２２ 気水分離器
２３ 蒸気ライン
２４ 蒸気ヘッダ
２５ 水位検出部
２６ 給水ライン
２６１ 給水ポンプ
２６２ 給水制御弁
２６３ エコノマイザ
２７ 排水ライン
２７１ 排水制御弁
３ 排ガス通路
３Ａ 排ガス入口
３Ｂ 排ガス出口
３１ 排ガスボイラ入口開閉部
３２熱交換室
４ バイパス路
４１ バイパス開閉部
５ 制御部
５１ 開閉切換部
５２ 給水制御部
５３ 運転開始信号検出部
５４ 閉状態継続判定部
５５ 水位仮設定部
６ 記憶部

Claims (4)

1. ガスエンジンから排出される排ガスを流す排ガス通路と、
   前記排ガス通路に配置される熱交換室と、
   前記熱交換室の内部における上流側に配置され、給水ラインから供給された供給水をボイラ水として内部に貯留し、排ガスの熱を回収して蒸気を発生させる排ガスボイラと、
   前記排ガスボイラに貯留されるボイラ水の水位を検出する水位検出部と、
   前記熱交換室の内部における下流側に配置されると共に前記給水ラインに接続され、前記給水ラインを流通する給水を前記排ガスにより予熱するエコノマイザと、
   配置前記熱交換室の入口に配置され、該熱交換室の入口を開閉する排ガスボイラ入口開閉部と、
   前記熱交換室をバイパスさせて排ガスを前記熱交換室よりも下流側へ流すバイパス路と、
   前記バイパス路に配置され、該バイパス路を開閉するバイパス開閉部と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記水位検出部により検出される検出水位と、予め設定された目標水位設定値と、に基づいて、前記排ガスボイラへの給水を制御する給水制御部と、
   前記排ガスボイラ入口開閉部の閉状態が予め設定された第１時間継続することを判定する閉状態継続判定部と、
   前記閉状態継続判定部により前記排ガスボイラ入口開閉部の閉状態が前記第１時間継続したことを判定された場合に、又は前記閉状態継続判定部により前記排ガスボイラ入口開閉部の閉状態が前記第１時間継続したことを判定され、前記排ガスボイラ入口開閉部が開状態となった場合に、前記排ガスボイラの入口側にのみダンパを設けた排ガスボイラにおいて、ボイラ運転停止中に、排ガスバイパス路に排ガスをバイパスする場合に、排ガスがエコノマイザに逆流することにより、エコノマイザ内の水が沸騰した状態で、排ガスボイラ側にダンパを切り換えて排ガスボイラの運転を開始した場合、エコノマイザが満水になるまで排ガスボイラへの給水が遅れることにより、缶体内の水位が下がり、引き起こされる可能性のあるボイラトラブルを避けるため、前記目標水位設定値を予め設定された目標水位設定値よりも高い値に設定する水位仮設定部と、
   を備える、ガスエンジンコージェネレーションシステム。
2. ガスエンジンから排出される排ガスを流す排ガス通路と、
   前記排ガス通路に配置される熱交換室と、
   前記熱交換室の内部における上流側に配置され、給水ラインから供給された供給水をボイラ水として内部に貯留し、排ガスの熱を回収して蒸気を発生させる排ガスボイラと、
   前記排ガスボイラに貯留されるボイラ水の水位を検出する水位検出部と、
   前記熱交換室の内部における下流側に配置されると共に前記給水ラインに接続され、前記給水ラインを流通する給水を前記排ガスにより予熱するエコノマイザと、
   前記熱交換室の入口に配置され、該熱交換室の入口を開閉する排ガスボイラ入口開閉部と、
   前記熱交換室をバイパスさせて排ガスを前記熱交換室よりも下流側へ流すバイパス路と、
   前記バイパス路に配置され、該バイパス路を開閉するバイパス開閉部と、
   制御部と、
   を備え
   前記制御部は、
   前記水位検出部により検出される検出水位と、予め設定された目標水位設定値と、に基づいて、前記排ガスボイラへの給水を制御する給水制御部と、
   ガスエンジン運転開始信号を検出する運転開始信号検出部と、
   前記運転開始信号検出部により、前記ガスエンジン運転開始信号を検出した後に、又は前記運転開始信号検出部により、前記ガスエンジン運転開始信号を検出し、前記排ガスボイラ入口開閉部が開状態となった場合に、前記排ガスボイラの入口側にのみダンパを設けた排ガスボイラにおいて、ボイラ運転停止中に、排ガスバイパス路に排ガスをバイパスする場合に、排ガスがエコノマイザに逆流することにより、エコノマイザ内の水が沸騰した状態で、排ガスボイラ側にダンパを切り換えて排ガスボイラの運転を開始した場合、エコノマイザが満水になるまで排ガスボイラへの給水が遅れることにより、缶体内の水位が下がり、引き起こされる可能性のあるボイラトラブルを避けるため、前記目標水位設定値を予め設定された目標水位設定値よりも高い値に設定する水位仮設定部と、
   を備える、ガスエンジンコージェネレーションシステム。
3. 前記水位仮設定部は、前記目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値よりも高い値に設定してから、予め設定された第２時間を経過した場合、前記目標水位設定値を、予め設定された目標水位設定値に戻す、請求項１又は請求項２に記載のガスエンジンコージェネレーションシステム。
4. 前記排ガスボイラ入口開閉部と前記バイパス開閉部とは、一体で構成された開閉部であって、前記熱交換室と前記バイパス路との分岐部に配置される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のガスエンジンコージェネレーションシステム。

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