JPH0512603U - 複合発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排熱を効率よく回収することができ、エネル
ギー効率の高い複合発電装置を提供する。 【構成】 内燃機関または燃料電池等を駆動源として発
電を行なう発電ユニットＵと、この発電ユニットＵより
出力される高位排熱を貯蔵する高温蓄熱槽３と、この高
温蓄熱槽３から熱を取り出して蒸気機関６を作動させる
作動媒体を蒸気化させる蒸気発生器４と、発電ユニット
Ｕより出力される低位排熱を回収して作動媒体を予熱す
る予熱器５と、蒸気発生器４からの発生蒸気により作動
する蒸気機関６と、この蒸気機関を駆動源として発電を
行なう発電機７と、蒸気機関６からの戻り蒸気を冷却し
て液化する凝縮器８と、この凝縮器８を冷却する冷却器
９とを具備する構成とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、発電ユニットに蒸気タービンを組み合わせた複合発電装置に関する 。

【０００２】

【従来の技術】

従来、複合発電装置として、ガスタービン／蒸気タービンを併用する複合発電 装置が自家用、発電所用として提供されている。その他にも、大気汚染を軽減し て環境を改善するとともに、熱／電気トータルエネルギーの効率を高くすること のできる装置として、ガスエンジン・コージェネ、燃料電池・コージェネなどが 知られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来のコージェネにおいては、通常の事業用発電設備と比 較した場合、発電量がきわめて小容量であるため、ガスタービン、ガスエンジン 、燃料電池の各コージェネは発電効率が低いという問題がある。（それぞれ順に 約２５％、約３２％、約３８％程度の発電効率しかない。） また、上記の複合発電装置で発生される熱エネルギーは、電気需要の多い夏期 や冬期でしか使用されていないのが現状であり、トータルエネルギーを年間ベー スで計算すると、エネルギー効率が大きく低下してしまう問題もあった。

【０００４】 ところで、エネルギー効率において、エネルギーの利便性を考えた場合、電気 は熱に対してはるかに勝っていると言える。したがって、年間を通して電気の発 生量をより多くすべきであるが、上記したコージェネでは、運転中に発生する余 剰熱は捨てられ、回収されないため、極めて非経済的であった。

【０００５】 本考案は、前述の課題に鑑みてなされたもので、排熱を効率よく回収すること ができ、エネルギー効率の高い複合発電装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

そこで、本考案の複合発電装置では、内燃機関または燃料電池等を駆動源とし て発電を行なう発電ユニットと、この発電ユニットより出力される高位排熱を貯 蔵する高温蓄熱槽と、この高温蓄熱槽から熱を取り出して蒸気機関を作動させる 作動媒体を蒸気化させる蒸気発生器と、前記発電ユニットより出力される低位排 熱を回収して前記作動媒体を予熱する予熱器と、前記蒸気発生器からの発生蒸気 により作動する蒸気機関と、この蒸気機関を駆動源として発電を行なう発電機と 、前記蒸気機関からの戻り蒸気を冷却して液化する凝縮器と、この凝縮器を冷却 する冷却器とを具備する構成とした。

【０００７】

【作用】

本考案の複合発電装置においては、発電ユニットから排出される高位排熱およ び低位排熱を高温蓄熱槽および予熱器によりそれぞれ回収するようにしたから、 排熱の利用効率が向上する。また、高位排熱と低位排熱を分離して回収するよう にしたから、高位排熱を温度低下させることなく効率的に回収でき、本考案の蒸 気サイクルにおいて、高いエクセルギーで熱サイクルが形成される。また、凝縮 器を冷却器の冷熱により大気温度より十分低下させるようにしているため、蒸気 機関の入力／出力間の熱落差を大きくすることができ、蒸気機関のサイクル効率 が向上する。これにより、発電効率が向上する。

【０００８】

【実施例】

以下本考案の一実施例を、図１ないし図２を参照して説明する。

【０００９】 図１において、符号Ｕは内燃機関１を駆動源として発電機２により発電を行な うエンジン・コージェネレーション・ユニット（発電ユニット）、符号３は内燃 機関１より排出される排ガスより回収される高温排熱を貯蔵する高温蓄熱槽、符 号４はこの高温蓄熱槽３から熱を取り出して蒸気機関を作動させる作動媒体を蒸 気化させる蒸気発生器、符号５は内燃機関１の冷却液から回収した熱を前記作動 媒体を予熱する予熱器、符号６は前記蒸気発生器４で発生した蒸気により駆動さ れる蒸気タービン、符号７はこの蒸気機関６を駆動源として発電を行なう発電機 、符号８は前記蒸気機関６からの戻り蒸気を冷却して液化する凝縮器、符号９は 凝縮器８を冷却する冷却塔（冷却器）をそれぞれ示している。そして、これら符 号１ないし符号９により本考案の複合発電装置は基本構成されている。

【００１０】 前記エンジン・コージェネレーション・ユニットＵは、内燃機関（ディーゼル エンジンまたはガスエンジン）１を駆動して発電機２により電気を発生させるも のであり、内燃機関１から排出される排ガスは排気管１０を通って外部に排出さ れるようになっている。また、排気管１０の途中には排ガス中の熱を液媒を介し て高温蓄熱槽３に伝える排ガス熱交換器１１が設けられている。さらに、内燃機 関１のエンジンジャケットの冷却経路の途中には、冷却水中の熱を予熱器５に伝 える冷却水熱交換器１２が設けられている。

【００１１】 前記のエンジン・コージェネレーション・ユニットＵの運転中において、排ガ ス熱交換器１１において回収された高温排熱は、配管２０を通る液媒を介して高 温蓄熱槽３の蓄熱体に貯蔵されるようになっている。この、高温蓄熱槽３に貯蔵 された熱は、エンジン・コージェネレーション・ユニットＵと蒸気タービン６が 同じ時間帯で同時運転されている場合において、リアルタイムで配管２１を通る 液媒を介して取り出され、蒸気発生器４に高温熱を与えるようになっている。ま た、蒸気発生器４では熱が与えられる結果、蒸気タービン６の作動媒体であるフ ロン液またはアンモニア液を、蒸発させるようになっている。この蒸気発生器４ で加熱されるフロン液またはアンモニア水は配管３０の上流側に設けられた予熱 器５により予熱されるようになっている。また、この予熱器５には、エンジン・ コージェネレーション・ユニットＵの運転中に、エンジンジャケットの冷却水の 熱が配管２２を流れる液媒を介してリアルタイムに与えられるようになっている 。

【００１２】 一方、蒸気発生器４において作られたフロンガスやアンモニアガスなどの蒸気 は配管３０を通って蒸気タービン６に送られ、先端ノズルから噴出されることに より蒸気タービン（テリータービン）６を超高速で回転させるようになっている 。これにより蒸気タービン６の駆動軸１３に直結された発電機７において発電が 行なわれるようになっている。なお、この発電機７において発生した電力は、イ ンバーター１４を介して商用電源に接続するようにしている。

【００１３】 また、蒸気タービン６を回転させた蒸気は、配管３０の途中に設けられたエコ ノマイザー１５を介して凝縮器７において冷却され、フロン液またはアンモニア 液に戻されるようになっている。この場合、凝縮器７はクーリングタワー８から 配管２３を介して送られた冷却液により冷却され、蒸気が効果的にフロン液また はアンモニア液に戻されるようになっている。この凝縮器７において冷却された フロン液またはアンモニア液は、エコノマイザー２３を介して配管３０を通り循 環ポンプ１６により予熱器５の一次側に圧送されるようになっている。そして、 配管３０を介して蒸気発生器５、蒸気タービン６、凝縮器７を作動媒体が循環す る蒸気サイクルが構成されている。

【００１４】 本実施例によれば、次のような作用効果を奏する。 （１）本実施例の複合発電装置は、エンジン排熱を高位排熱と低位排熱とに分離 して回収し、高位排熱を高温蓄熱槽３に回収し、低位排熱を予熱器５に与えるよ うに構成したから、エンジン排熱を効率的に回収することができる。特に、高位 排熱と低位排熱を分離して回収するように構成したから、高位排熱をその温度を 低下させることなく、高い温度で回収することができる。したがって、高いエク セルギーで熱サイクルを形成することができる。また、蒸気タービン６の蒸気の 入力／出力温度の熱落差を大きく取ることができ、発電効率の高い複合発電装置 を得ることができる。特に、本実施例の複合発電装置は、上記したように、エン ジン排熱と大気熱源（冷却塔）との温度差により蒸気タービン６を駆動して発電 する構成であり、この高温熱源／低温熱源の温度差は５０度ｄｅｇ以上となる。 したがって、本考案以外の未利用エネルギー発電システムである海水温度差発電 などに比較して熱落差が大きく、エネルギー効率が極めて高い発電装置である。 （２）本実施例の複合発電装置を構成する機器は、従来の機器で対応可能である ため、その実現性が容易である。 （３）蒸気タービン６の作動媒体としてフロンまたはアンモニアを使用している ので、蒸気タービン６の復水器の冷却水が不要であり、複合発電装置の簡素化が 図れる。 （４）複合発電装置に高温蓄熱槽３を付加したので、ピーク帯以外の時間におい ては、低位排熱のみを蒸気サイクルに回収して蒸気タービン６を運転し、その間 、高位排熱は高温蓄熱槽３に回収して高温蓄熱しておき、それぞれ平行して運転 することができる。そして、ピーク帯の時間には、高温蓄熱槽３から高温蓄熱を 瞬時的に取り出して蒸気サイクルに追加的に供給することができ、通常の蒸気サ イクルに比較して発電ピーク時に数倍の発電出力を得ることができ、夏期あるい は冬期の電力需要に応じた適切な運転を行なうことができる。 （５）上記の構成を採用することにより、電気／熱供給のトータルシステムを容 易に達成することができる。

【００１５】 図２は、本考案の第２実施例を示すもので、本実施例では、発電ユニットとし て、第１実施例の複合発電装置におけるエンジン・コージェネレーション・ユニ ットＵの代わりに燃料電池パッケージ３０を使用し、冷却器として、凝縮器７の 代わりに氷蓄熱槽３１を使用している。

【００１６】 前記燃料電池パッケージ３０は、パッケージ内部の燃料電池本体により電気を 発生させ、その化学反応に伴う蒸気または温水を外部に排出するユニットである が、本実施例では、この燃料電池パッケージ３０から排出される高位排熱を配管 ２４を通して高温蓄熱槽３に回収すると共に、低位排熱を配管２５を通して予熱 器５に与え、また、深夜電力を利用して氷蓄熱槽３１に夜間蓄熱運転しておき、 複合発電装置の稼働時に、氷蓄熱槽３１から氷蓄熱を取り出して凝縮器８を冷却 するように構成している。

【００１７】 本実施例の複合発電装置によれば、燃料電池パッケージ３０からの高位排熱を 温度を低下させることなく高温蓄熱槽３に回収して必要時に蒸気発生器４に与え ることができ、また燃料電池パッケージ３０からの低位排熱は予熱器５に回収す ることにより、蒸気サイクル効率が向上すると共に、排熱利用の効率も合わせて 向上する。さらに、燃料電池パッケージ３０は、排ガスではなく、化学反応を伴 う蒸気または温水のみが排出されるから、環境対策にも望ましく、複合発電装置 に最適なユニットの一つであると言える。

【００１８】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の複合発電装置によれば、内燃機関または燃料電 池等を駆動源として発電を行なう発電ユニットと、この発電ユニットより出力さ れる高位排熱を貯蔵する高温蓄熱槽と、この高温蓄熱槽から熱を取り出して蒸気 機関を作動させる作動媒体を蒸気化させる蒸気発生器と、前記発電ユニットより 出力される低位排熱を回収して前記作動媒体を予熱する予熱器と、前記蒸気発生 器からの発生蒸気により作動する蒸気機関と、この蒸気機関を駆動源として発電 を行なう発電機と、前記蒸気機関からの戻り蒸気を冷却して液化する凝縮器と、 この凝縮器を冷却する冷却器とを具備する構成としたから、以下のような効果を 奏することができる。 （イ）発電ユニットからの排熱を高位排熱と低位排熱とに分離して回収するよう に構成したから、排熱を効率的に回収するとともに、高位排熱をその温度を低下 させることなく、高い温度で回収し、高いエクセルギーで熱サイクルを形成する ことができる。また、蒸気タービンの蒸気の入力／出力温度の熱落差を大きく取 ることができ、発電効率の高い複合発電装置を得ることができる。 （ロ）上記の構成機器は、従来の機器で十分対応可能であるため、その実現性が 容易である。 （ハ）蒸気タービンの作動媒体としてフロンまたはアンモニアを使用すれば、蒸 気タービンの復水器の冷却水が不要であり、複合発電装置の簡素化を図ることが できる。 （ニ）高温蓄熱槽を構成機器に付加したので、ピーク帯以外の時間においては、 低位排熱のみを蒸気サイクルに回収して蒸気タービンを運転し、その間、高位排 熱は高温蓄熱槽に回収して高温蓄熱しておき、平行運転が可能であり、ピーク帯 の時間に高温蓄熱槽から高温蓄熱を瞬時的に取り出して蒸気サイクルに追加的に 供給することができ、通常の蒸気サイクルに比較して発電ピーク時に数倍の発電 出力を得ることができ、夏期あるいは冬期の電力需要に応じた適切な運転を行な うことができる。 （ホ）上記の構成により、電気／熱供給のトータルシステムを容易に達成するこ とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案の第１実施例を示すシステム構成
図である。

【図２】図２は本考案の第２実施例を示すシステム構成
図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 発電機 ３ 高温蓄熱槽 ４ 蒸気発生器 ５ 予熱器 ６ 蒸気タービン（蒸気機関） ７ 発電機 ８ 凝縮器 ９ 冷却塔（冷却器） ３０ 燃料電池パッケージ（発電ユニット） ３１ 氷蓄熱槽（冷却器）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関または燃料電池等を駆動源とし
   て発電を行なう発電ユニットと、この発電ユニットより
   出力される高位排熱を貯蔵する高温蓄熱槽と、この高温
   蓄熱槽から熱を取り出して蒸気機関を作動させる作動媒
   体を蒸気化させる蒸気発生器と、前記発電ユニットより
   出力される低位排熱を回収して前記作動媒体を予熱する
   予熱器と、前記蒸気発生器からの発生蒸気により作動す
   る蒸気機関と、この蒸気機関を駆動源として発電を行な
   う発電機と、前記蒸気機関からの戻り蒸気を冷却して液
   化する凝縮器と、この凝縮器を冷却する冷却器とを具備
   することを特徴とする複合発電装置。