JP7033094B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
はじめに、本発明の第1実施形態に係るコージェネレーションシステムの構成及びその運転方法について説明する。なお、以下の各図において、実線矢印は、燃料、改質ガス、水又は水蒸気が通流可能な管路及びその流れ方向を表している。また、破線矢印は、計測や制御の伝送のための信号線を表している。
図1は、第1実施形態に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示したものである。
メタンの水蒸気改質を行った場合、上記式(1)のような吸熱反応である。これにより、メタン1モルの低位発熱量に対して、メタン改質後の改質ガスの低位発熱量は、165kJ高くなる。
発電装置1は、ディーゼルエンジン、火花点火エンジン等を用いた公知のエンジン発電機が適用される。エンジン発電機のエンジンにおいては、燃料供給装置101が吸気管または燃焼室に備えられている。燃料としては、ガソリンや軽油等の石油系燃料だけでなく、エタノール混合ガソリン、バイオエタノールおよびメタンなど公知のものを用いることができる。さらに、改質ガス供給装置102からは、改質ガスがエンジンの吸気管または燃焼室に供給される。したがって、エンジン発電機は、燃料及び改質ガスの双方もしくは少なくとも片方を用いて発電する構成となっている。
水流量制御装置P1は、水タンクまたは水道管と第一熱交換器2の水入口流路とを接続する流路に備えられている。水流量制御装置P1は、制御された所定量の水を第一熱交換器2に供給する。第一熱交換器2へ供給する流量に関しては、第一熱交換器2の出口における高温水蒸気の温度を基に制御することが好ましい。出口の水蒸気温度が所定温度以上の場合は、熱交換器へ供給する水の量を増やし、所定温度以下の場合は、水の量を減らす。このような流量制御により、熱交換器出口の水蒸気温度を所定温度に保つことが可能となる。ここで、所定温度(設定温度)は、発電装置の仕様、熱利用装置の仕様および燃料により決められる。特に、熱利用装置および燃料により決めることが好ましい。
第一熱交換器2および第二熱交換器5には、公知の熱交換器を用いることができる。発電装置1のサイズおよび仕様に合わせて、適切な熱交換器を選択して用いる。一般的なシェルアンドチューブ型、プレート型、フィンチューブ型等の公知の熱交換器や排熱ボイラーなど、発電装置1の排熱を用いて蒸気を生成することができれば、その構成に制限はない。熱交換器の構造および個数にも制限はなく、複数台設置した場合でも、並列、直列などの配置に関しても制限はない。
図2は、図1の分配器3の一例を示したものである。
次に、燃料を改質ガスに変換する改質器について説明する。
熱利用装置は、施設ごとに必要な装置でよく、制限はない。乾燥機、暖房装置、吸収式冷凍機、給湯器などの熱源として用いるなど、公知の熱利用装置が想定される。
図1において、制御装置51は、水供給量制御装置P1、分配器3、燃料流量制御装置V1、燃料供給装置101及び改質ガス供給装置102の少なくとも一つの制御を行う。また、図には示されていない温度計、圧力計、流量計等を構成品又は構成品をつなぐ配管に設置した場合は、それらの信号を基に制御を行う。
図7は、第2実施形態に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示したものである。
図8は、第3実施形態に係るコージェネレーションシステムの概略構成を示したものである。
Claims (9)
- 電力の供給が可能な発電装置と、
前記発電装置の排気と水とを熱交換して前記排気を降温させるとともに前記水から水蒸気を得る第一熱交換器と、
前記水蒸気と燃料とを反応させて改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器で生成される前記改質ガスを熱交換によって冷却する第二熱交換器と、
前記第二熱交換器で冷却される前記改質ガスを前記発電装置に供給する改質ガス供給装置と、
前記改質器及び熱利用装置のうち少なくとも一方に前記水蒸気を供給する分配器と、
前記改質器への前記燃料の供給量を調整する燃料流量制御バルブと、
前記分配器における前記水蒸気の供給先を変更して熱電比を調整する制御装置と、を備え、
前記分配器から前記改質器へ供給される前記水蒸気の量を基に前記燃料流量制御バルブを制御する、コージェネレーションシステム。 - 前記制御装置は、前記分配器における前記水蒸気の供給量を変更可能である、請求項1記載のコージェネレーションシステム。
- 前記制御装置は、前記熱利用装置の要求熱量を基に前記分配器を制御する、請求項1又は2に記載のコージェネレーションシステム。
- 前記第一熱交換器へ前記水を供給する水供給装置を更に備え、
前記制御装置は、前記第一熱交換器の出口における前記水蒸気の温度を基に前記水供給装置を制御する、請求項1~3のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記第一熱交換器に供給される前記水の少なくとも一部と前記発電装置を冷却する冷却液との間で熱交換を行って前記水を昇温させ前記冷却液を降温させる第三熱交換器を更に備えた、請求項1記載のコージェネレーションシステム。
- 前記発電装置は、エンジン発電機又はタービン発電機である、請求項1~5のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
- 前記発電装置は、レシプロエンジンを用いたエンジン発電機であり、
前記燃料は、メタンである、請求項1~5のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。 - 前記発電装置は、レシプロエンジンを用いたエンジン発電機であり、
前記燃料は、メタンであり、
前記改質器へ供給される前記水蒸気のモル数と前記改質器へ供給される前記燃料に含まれる炭素原子のモル数との比が5以上になるように前記燃料流量制御バルブを制御する、請求項1記載のコージェネレーションシステム。 - 前記第二熱交換器により加熱された水を前記熱利用装置及び前記第一熱交換器のうち少なくとも一方に供給するもう一つの分配器を更に備えた、請求項1~8のいずれか一項に記載のコージェネレーションシステム。
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