JPS6332108A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はスクリュー膨張機、ガスタービンその他のガス
燃焼膨張機を含むガス燃焼膨張装置を使用する発電装置
に係り、更に詳細には前記ガス燃焼膨張装置の排ガスを
効果的に利用した発電装置に関する。

「従来の技術及びその問題点」 現在ガスタービンによる燃焼膨張機を用いた発電装置は
大型から中型、小型へと用途を拡げており、数百ＫＷを
大型とすれば、数千ＫＷを中型領域、数百ＫＷを小型分
野と区分される。

そして中型領域から小型領域に使用する発電装置は小型
パッケージ化する必要があり、更に防音のため、ケース
中に纏めて設置する必要があった。

一方ガスタービン燃焼膨張機に送る都市ガスは一度昇圧
する必要がある為に、燃料ガス圧縮機を用いているが、
該圧縮機は電動機によって駆動される為に、前記発電装
置と一体化させる事は出来ず、一般には別室に防爆室を
設けて設置され、而も駆動用電動機として防爆型電動機
を使用せねばならなかった。

従って中型、小型発電装置においても全体装置をパッケ
ージ化出来ないこと、スペースが分離して防爆設備が必
要である事、設備費用の増加になるネ等の種々の問題が
あった。

更に前記発電装置におけるガスタービンの排気ガス温度
はエンジン排気ガス温度より高く、これを利用する技術
に排ガスボイラーを付けて低圧スチームを得て電力を得
ようとしたものが提案されているが、低温スチームター
ビン発電では能率が悪く強いて用いるとすれば、小型で
あるために更にコストの高いものとなり実際には実現は
困難なものである。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、電動機を用いず
に前記燃料ガス圧ｌｉｉ機を駆動させる事により、ガス
膨張機発電装着の全体を一体的にパッケージ化すること
を目的とするものである。

又本発明の他の目的とする所は、前記排ガスボイラーか
ら得たエネルギーの高効率利用を図る事にある。

「問題点を解決する為の手段」 本発明は前記問題点を解決する為に 先ず第１発明において、ガスタービンその他のガス燃焼
膨張機を使用する発電装置において排ガスボイラーから
のスチームにより駆動される容積膨張機を連動して動力
回収を行ない、発電機を両軸として燃料ガス圧縮機も駆
動し、これによりガス膨張機発電装置の全体を一体的に
パッケージ化し得るものであり、その主要構成を作用と
ともに説明するに、 ■スクリュー膨張機、ガスタービンその他のガス燃焼膨
張機を含むガス燃焼膨張装置に変速装置を介して発電機
を、又該発電機のいずれか一方の軸側、例えば出力軸側
や変速装置側に、前記ガス燃焼膨張機に供給する燃料ガ
スの昇圧を行う燃料ガス圧縮機を、夫々直接又は間接的
に連結する事により、電動機を用いずに燃料ガス圧ｗｊ
機を駆動させる事が出来、これにより発電装置全体をパ
ッケージ化出来、この結果モーター駆動による防爆の必
要性がなくなり、且つ防音とコンパクト化が達成される
。

この場合、前記燃料ガス圧縮機にスクリュー型圧縮機を
用いたが故にガス燃焼膨張機の負荷変動によっても円滑
に駆動させる事が出来る。

又前記ガス燃焼膨張装置に変速装置を介して発電機を連
結するという事は、ガス燃焼膨張装置を構成するガス燃
焼膨張機に変速装置を介して発電機を連結する場合と、
前記ガス燃焼膨張機に空気を供給する空気圧縮機を、ガ
ス燃焼膨張機と変速装置の間に介在させて、該変速装置
の出力軸側に発電機を連結する場合のいずれも含む。

■前記ガス燃焼膨張機よりの排ガスを熱源として利用す
る排ガスボイラーからのスチームによりスチーム膨張機
を駆動し、該スチーム膨張機によって回収された動力を
変速装置を介して前記発電機又は／及びガス燃焼膨張装
置に伝達させる事により、スチーム膨張機から得られる
動力によって、燃料ガス圧縮機の動力を得る事が出来、
排ガスボイラーのエネルギーの効率的利用が図れるとと
もに、発電機の出力軸側に燃料ガス圧ｍ機を連結した事
に起因するガス燃焼膨張機の伝達エネルギーが低減する
事がない。

この場合前記排ガスボイラーからのスチームは気−液混
合の二層流である為に、スチーム膨張機にスクリュー型
膨張機を用いるのがよい。

■尚、前記発電機には同期発電機や発電機として機能す
る誘導電動機を用いる事が出来るが、本発明の好ましい
実施例として前記発電機に誘導電動機を用い、ガス燃焼
膨張機の起動時に、商用電源を用いて前記誘導電動機を
回転させ、その回転力をガス燃焼膨張機に伝達させるよ
う構成すれば、別設置の空気圧縮機その他の特別な起動
機が不要になり、その分装置の小型化、設置コストと運
転コストの低減、構成の簡単化等が回走となる。この場
合前記発電機にインバータ制御可能な誘導電動機を用い
る車により、回転数等を自在に変化させる事が出来、一
層円滑な起動が容易になる。

■前記排ガスボイラーにガス又は液体燃料を熱源とする
燃焼装置を付設し、発電装置起動時に排ガスボイラーの
燃焼を事前に行うことにより発生したスチームをスチー
ム膨張機に導いて、該スチーム膨張機の駆動力をガス燃
焼膨張機に伝達して起動を行う事により、前記スチーム
膨張機がガス燃焼膨張機のスターターとして機能し、ガ
ス燃焼膨張機を起動させる為の特別な起動装置（起動用
空気圧縮機や空気溜め）が不要となる。

この場合、前記燃焼装置の熱源は、燃料ガス圧縮機に導
く燃料ガス導入管よりガスを分岐して用いる事により重
油その他の特別な熱源が不要になる。

又前記ガス燃焼膨張装置、変速装置、スチーム膨張機、
発電機及び燃料ガス圧縮機はパッケージ内に一体的に収
容するのがよい。

尚、前記ガス燃焼膨張機にはガスタービン又はスクリュ
ー型ガス膨張機等を用いることができ、又該燃焼膨張装
置の燃焼室に空気を供給する空気圧縮機も前記燃焼膨張
機と同軸に連結されたスクリュー型圧縮機を用いる番に
よりパッケージ化の容易化と熱効率の向上を図る事が可
能となる。

第２発明においては、スクリュー膨張機、ガスタービン
その他のガス燃焼膨張機を使用する発電装置において、
前記ガス燃焼膨張機よりの排ガスを熱源として利用する
排ガスボイラーからのスチームによりスクリュー型膨張
機を駆動し、該スクリュー型膨張機によって回収された
動力によって冷凍機を駆動し、更に前記スクリュー型膨
張機から排出されるスチームを吸収冷凍機に導入し又は
／及び排ガスボイラーから出る排ガスを直接吸収冷凍機
に導入して冷水を作るよう構成する事により、排ガスボ
イラーの排出エネルギーの最も効率よい有効利用が図れ
るとともに、冷房又は冷凍装置の特別な駆動源を必要と
しない。

而も発電装置を有する建屋内には必ず冷房装置が必須で
ある為に、この面からも好ましく、特にコジェネレーシ
ョン冷暖房と熱併給発電システムに好適である。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の種類、寸法、材質、形状、その相対配置などは
特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれ
のみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない
。

次に本発明の実施例を第１図乃至第３図により説明する
。

第１図は、ガス燃焼膨張装置を用いた第１発明及び第２
発明に係る発電装置の基本構成図で、Ａはガス燃焼膨張
装置、０はガス燃焼膨張装置Ａを含めた発電装置を収容
するパッケージ体を示す。

１はガスタービン又はスクリュー膨張機からなるガス燃
焼膨張機で入力軸１１側に空気圧ｆＩｉｉ機２、出力軸
１２側には変速装置４を介して発電機５が、又発電機５
の出力軸１４側には燃料ガス圧１１ｉｉ機６が夫々連結
され、ガス燃焼膨張機１に燃焼ガスを供給する燃焼室３
とともにパッケージＤ内に収容されている。

燃焼室３には高圧燃料ガス管２９が燃料ガス圧縮機６よ
り連通し、バーナー３“にガス燃焼膨張機１と同軸１１
の空気圧縮機２よりの圧縮空気と共に燃焼し、燃焼ガス
を膨張機１内に噴射して動力を発生し、その駆動力を変
速装置４を介して発′￥Ｌ機５に伝達され、所定の発電
を行うとともに、発ＴＬ機５の出力軸１４側に連結した
燃料ガス圧縮機６も同調して回転し、該燃料ガス圧縮機
６の回転により圧縮燃料ガスが高圧燃料ガス管２９を介
して燃焼室３内のバーナー３“に供給され、以下前記動
作を繰返す。

これにより前記燃料ガス圧縮機６を駆動させるモーター
、及びモーターに付設する防爆装置は不要となり、前記
各装置を一体化させたパッケージｂ化が回旋となる。

尚、前述した通り、前記発電機５に誘導電動機、特にイ
ンバータ制御可能な誘導電動機を用い、前記ガス燃焼膨
張機１の起動時に、商用電源を用いて前記誘導電動機を
回転させ、その回転力をガス燃焼膨張機ｌに伝達させる
よう構成すれば、空気圧！Ｉｉｉ機その他の特別な起動
機が不要となる。

又前記燃料ガス圧縮機６′は発電機５の変速装置４側に
連結する事も可能であり、これにより装行全体が無用に
長くなる事を防ぐ事が出来る。

第２図は前記基本構成に加えて排ガスボイラー８の高効
率利用を図った他の実施例を示し、Ｂは排ガスボイラー
装置系、Ｃはスクリュー型スチーム膨張機と連結系、Ｄ
はパッケージ体を示す。

第２図において排ガスボイラー８の熱交換器２３で発生
するスチームは導管１９を通じスクリュー型スチーム膨
張機７に噴射される。

この際、例えばガスタービン１よりの温度６００″〜７
００　”　Ｃの排ガスにより排ガスボイラー８から約圧
力約１０　ｋｇ／ｃ　ｒｒｒ’以下の圧縮スチームが得
られ、これをスクリュー型膨張器７に導入する７Ｂによ
り、該スクリュー型膨張器７から排ガスエネルギー動力
が回収され、該動力が変速装置４を通じて発電機５に加
算される。

ちなみに、ガス燃焼膨張機ｌよりの動力伝達により、発
電機５よりの出力的１，０ＯＯＫＷの電力が得られる装
置とすると、前記スクリュ一式スチーム膨張機７からは
約＋００ＫＷの出力が得られ、そして燃料ガス圧縮機６
は約７０ＫＷ程度であるため、排ガス回収で得られた動
力で燃料ガス圧ｌｉｉ機６の動力が得られるとともに円
滑に駆動し、発電機５の出力が低減されない。

尚スチーム膨張機７は変速装置４に連結されており、ガ
ス燃焼発電機系とともにパッケージＤ内に収容されてい
る。

一方前記排ガスポイラー８は、復水器９とポンプ１０に
よりスチーム膨張機サイクルが形成される。

更に前記排ガスボイラー８には、ガス導管２７より分岐
された分岐管２８と接続するバーナー４７が別に設けら
れている。

これにより排ガスボイラー８はガス燃焼膨張機１が運転
中はスチームをスチーム膨張機７に供給し、前記動作を
行うが、起動前に前記バーナー４７の燃焼により、スチ
ーム発生を行いスチーム膨張機７を起動し、それによっ
て変速装置４を通じてガス膨張機１の起動が行われ空気
圧縮機２を駆動し、燃料ガス圧ｗｉ機８も起動する。

この結果、ガス燃焼膨張装置Ａより動力が発電機５に伝
達され、発電が行われる。

従って前記スチーム膨張機７は起動機としても働くもの
である為に、ガス燃焼膨張機ｌを起動させる為の起動機
（スターター）が不要となる。

第３図は排ガスボイラーとスチーム膨張機７より得られ
る動力及び熱エネルギーを利用して冷水を得る為の本第
２発明の他の実施例で、Ｅは吸収冷凍装置であり、Ｆは
冷凍サイクルである。

前記各実施例との相違点を中心に説明すると、排ガスボ
イラー８よりのスチームにより駆動さるスチーム膨張機
７はその出力軸側に冷凍機３０を連結し、該冷凍機３０
の駆動により蒸発器３５より冷水を得る。

更に膨張機７より排出されたスチームは、管３３を通っ
て吸収式冷凍機Ｅの再生器３８に導入されて加熱源とな
り、更に排ガスボイラー８の排気ガスも管２２を通じて
再生器３８を加熱する。

これにより蒸発器３Ｂからも冷水を得る事が出来る。

尚、３９は吸収器、４０は凝縮器である。

又蒸発器３６と蒸発器３５はシリーズに連結しても、パ
ラレルに連結して使用しても何れでもよい。

かかる実施例によれば、排ガスボイラー８よりの熱エネ
ルギーを全て利用出来、更に大きく捕えれば燃焼室３の
燃焼熱エネルギーを全て熱併給発電として利用出来、極
めて無駄のないコ・ゼネレション的な熱利用となる。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、ガス燃焼膨張装置又は
誘導電動機としても機能する発電機の回転力を利用して
燃料ガス圧１ＩｉＪｊａを駆動させる事が出来、而も前
記燃料ガス圧縮機はスクリュー型燃料ガス圧縮機である
為に、ガス燃焼膨張装置の負荷変動によっても円滑に駆
動させる事が出来、これにより燃料ガス圧縮機を駆動さ
せる特別な電動機が不要になる為に発電装器全体をパッ
ケージ化出来、この結果モーター駆動による防爆の必要
性がなくなり、且つ防音とコンパクト化が達成され且つ
コンパックド化したため設置スペースも小となり、コス
トダウンが可能となる。

而も本発明は、排ガスボイラーから動力回収されたガス
燃焼膨張機よりの排ガス熱エネルギーを利用して燃料ガ
ス圧縮機を円滑に駆動させる事が出来たため、発電効率
を大幅に上昇させる事が出来る。

又本発明は、排ガスボイラーよりの熱エネルギーを利用
してガス燃焼膨張装置の起動を行う事が出来る為に、別
に設けていた起゛動装置は不要になり、コストダウンと
発電効率の向上につながる。

更に前記排ガスボイラーよりの熱エネルギーを利用して
冷房等の冷水も得る事が出来る為に、発電効率のみなら
ず熱併給発電装置として、極めて無駄のないコ・ゼネレ
ション的な熱利用が可能となる。等の種々の著効を有す
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ガス燃焼膨張装置を用いた水弟１及び第２発
明の発電装置の基本構成図で、第２図は前記基本構成に
加えて排ガスボイラーの効率利用を図った本発明の実施
例に係るフロー図、第３図は第２発明の実施例を示すフ
ロー図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）スクリュー膨張機、ガスタービンその他のガス燃焼
   膨張機を含むガス燃焼膨張装置に変速装置を介して発電
   機を、又該発電機のいずれか一方の軸側に、前記ガス燃
   焼膨張装置に供給する燃料ガスの昇圧を行う燃料ガス圧
   縮機を、夫々直接又は間接的に連結し、該燃料ガス圧縮
   機にスクリュー型ガス圧縮機を用いるとともに、前記ガ
   ス燃焼膨張装置よりの排ガスを熱源として利用する排ガ
   スボイラーからのスチームによりスチーム膨張機を駆動
   し、該スチーム膨張機によつて回収された動力を変速装
   置を介して前記発電機又は／及びガス燃焼膨張装置に伝
   達させるように構成した事を特徴とする発電装置 ２）変速装置を介して、前記ガス燃焼膨張装置の動力に
   加えてスチーム膨張機よりの動力が発電機及び発電機を
   介して燃料ガス圧縮機に伝達され、前記スチーム膨張機
   から得られる動力によつて、燃料ガス圧縮機の動力を得
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の発電装置 ３）前記スチーム膨張機がスクリュー型膨張機であり、
   又燃料ガス圧縮機がスクリュー型圧縮機である事を特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の発電装置 ４）前記発電機が誘導電動機を用いた発電機である特許
   請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の
   発電装置 ５）前記発電機がインバータ制御可能な誘導電動機であ
   る特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項
   記載の発電装置 ６）前記発電機を、ガス燃焼膨張機の起動時に誘導電動
   機として回転させ、ガス燃焼膨張機の起動機として働く
   よう構成した特許請求の範囲第１項から第５項までのい
   ずれか１項記載の発電装置７）前記発電機が同期発電機
   である特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
   １項記載の発電装置 ８）前記排ガスボイラーにガス又は液体燃料を熱源とす
   る燃焼装置を付設し、発電装置起動時に排ガスボイラー
   の燃焼を事前に行うことにより発生したスチームをスチ
   ーム膨張機に導いて、該スチーム膨張機の駆動力をガス
   燃焼膨張装置に伝達して起動を行う事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の
   発電装置９）燃料ガス圧縮機に導く燃料ガス導入管より
   ガスを分岐して前記燃焼装置に導くようにした特許請求
   の範囲第８項に記載の発電装置 １０）起動時に前記スチーム膨張機がガス燃焼膨張機の
   スターターとして動力発生機となる事を特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至３項、又は７項から９項までのい
   ずれか１項記載の発電装置１１）前記ガス燃焼膨張装置
   、変速装置、スチーム膨張機、発電機及び燃料ガス圧縮
   機がパッケージ内に収容されている特許請求の範囲第１
   項乃至３項、又は７項乃至１０項までのいずれか１項記
   載の発電装置 １２）ガス燃焼膨張機がスクリュー型ガス膨張機であり
   、前記ガス燃焼膨張装置と同軸に連結され、燃焼膨張装
   置の燃焼室に空気を供給する空気圧縮機がスクリュー型
   圧縮機であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至３項、又は７項乃至１１項までのいずれか１項記載の
   発電装置 １３）スクリュー膨張機、ガスタービンその他のガス燃
   焼膨張機を使用する発電装置において、前記ガス燃焼膨
   張機よりの排ガスを熱源として利用する排ガスボイラー
   からのスチームによりスクリュー型膨張機を駆動し、該
   スクリュー型膨張機によつて回収された動力によつて冷
   凍機を駆動し、更に前記スクリュー型膨張機から排出さ
   れるスチームを吸収冷凍機に導入し又は／及び排ガスボ
   イラーから出る排ガスを直接吸収冷凍機に導入して冷水
   を作ることを特徴とする発電装置