(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
都市ガスラインに設置して冷熱利用や発電に供するエネルギー回収用の膨張タービンの入口側に接続される管路にタービン用自動調圧弁を介設するとともに、バイパス用自動調圧弁を備えるバイパス管路を前記タービン用自動調圧弁の入口側と膨張タービンの排気側とを結んで設ける一方、タービンラインと前記バイパス管路との合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出し、膨張タービンの起動・運転停止時に前記バイパス用自動調圧弁を開閉制御して、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるようにする圧力調節手段と、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出するとともに、タービンラインにおける膨張タービンからのガス流量を検出し、膨張タービンの運転時に前記タービン用自動調圧弁を前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるように開閉制御するとともに、前記検出されるタービンラインのガス流量が所定値を超えない範囲で該所定値に近づくように開閉制御する圧力流量調節手段とを設けてなることを特徴とする都市ガスラインエネルギー回収タービンの制御装置。
【請求項２】
都市ガスラインに設置して冷熱利用や発電に供するエネルギー回収用の膨張タービンのノズルを流量調節可能な可変ノズルに形成するとともに、バイパス用自動調圧弁を備えるバイパス管路を膨張タービンの入口側と排気側とを結んで設ける一方、タービンラインと前記バイパス管路との合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出し、膨張タービンの起動・運転停止時に前記バイパス用自動調圧弁を開閉制御して、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるようにする圧力調節手段と、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出するとともに、タービンラインにおける膨張タービンからのガス流量を検出し、膨張タービンの運転時に前記可変ノズルを前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるように開閉制御するとともに、前記検出されるタービンラインのガス流量が所定値を超えない範囲で該所定値に近づくように開閉制御するノズル調節手段とを設けてなることを特徴とする都市ガスラインエネルギー回収タービンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、都市ガス供給ライン中に設けられて高圧の供給ガスを作動媒体として直接膨張させることにより冷熱利用と発電に供するエネルギー回収タービンのガス安定供給を図るための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガス供給ラインに関連するガバナーステーション等に設置されて、都市ガスの原料である低温高圧ＮＧを直接膨張させるタービンに関連する冷熱利用発電プラントの典型的な先行技術が、実開昭５７−１１４１３９号公報（第１従来例）及び実開昭５８−１３６６０３号公報（第２従来例）に開示されている。第１従来例は、タービン停止時のＮＧ供給の安定化のために、自動調圧弁が介されたバイパス管路をタービンの入口側と排気側との間にバイパス接続した構成となっていて、バイパス管路の自動調圧弁は、タービン下流に設けられた圧力調節計によりコントロールされる。
【０００３】
一方、第２従来例は、バイパス管路の自動調圧弁に加えて、タービン入口に自動調圧弁を設置して、共にタービン下流の圧力だけを検出信号としてコントロールさせた構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
第１従来例の場合、これはタービンの停止時にのみ作動する制御手段であるため、タービンの起動時や運転時にガス供給量が大きく変動する場合、タービン下流の圧力を一定に保持しガスの安定供給を行う手段を有しない。
【０００５】
また、第２従来例の場合は、タービンラインとバイパスラインの流量和としての下流圧を一定にコントロールする機能しか有しないので、タービンライン個別の流量制御が不可能である。従って、タービンの発電量を最大に維持する制御や、タービンラインに流量が多すぎてオーバーロード（過流量による過回転）となるような場合にバイパス弁を開くなどして所定のタービン流量に保持する制御手段を有しない。
【０００６】
本発明は、このような問題点の解消を図るために成されたものであり、本発明の目的は、この種の膨張タービンによる都市ガスラインエネルギー回収をはからせるシステムにおいて、タービンの起動時や流量変動を含む運転時と停止時の全てのケースに対して需要先向けガス供給圧力を一定に保持し、ガスの安定供給を図るとともに、タービンでの発電量を最大に維持し、かつタービンのオーバーロード運転を回避して、運転効率及び安全性を高めることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため以下に述べる構成としたものである。即ち、請求項１の発明は、都市ガスラインに設置して冷熱利用や発電に供するエネルギー回収用の膨張タービンの入口側に接続される管路にタービン用自動調圧弁を介設するとともに、バイパス用自動調圧弁を備えるバイパス管路を前記タービン用自動調圧弁の入口側と膨張タービンの排気側とを結んで設ける一方、タービンラインと前記バイパス管路との合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出し、膨張タービンの起動・運転停止時に前記バイパス用自動調圧弁を開閉制御して、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるようにする圧力調節手段と、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出するとともに、タービンラインにおける膨張タービンからのガス流量を検出し、膨張タービンの運転時に前記タービン用自動調圧弁を前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるように開閉制御するとともに、前記検出されるタービンラインのガス流量が所定値を超えない範囲で該所定値に近づくように開閉制御する圧力流量調節手段とを設けてなることを特徴とする都市ガスラインエネルギー回収タービンの制御装置である。
【０００８】
請求項２の発明は、都市ガスラインに設置して冷熱利用や発電に供するエネルギー回収用の膨張タービンのノズルを流量調節可能な可変ノズルに形成するとともに、バイパス用自動調圧弁を備えるバイパス管路を膨張タービンの入口側と排気側とを結んで設ける一方、タービンラインと前記バイパス管路との合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出し、膨張タービンの起動・運転停止時に前記バイパス用自動調圧弁を開閉制御して、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるようにする圧力調節手段と、前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出するとともに、タービンラインにおける膨張タービンからのガス流量を検出し、膨張タービンの運転時に前記可変ノズルを前記合流ラインの需要先向けガス供給圧力が一定に保持されるように開閉制御するとともに、前記検出されるタービンラインのガス流量が所定値を超えない範囲で該所定値に近づくように開閉制御するノズル調節手段とを設けてなることを特徴とする都市ガスラインエネルギー回収タービンの制御装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態について実施例が示される添付図面を参照しながら説明する。図１には、請求項１記載の発明の一実施例が適用されるガス供給発電プラントの概略系統が示される。このガス供給発電プラントは、例えば都市ガス供給ライン中に設けられるものであって、膨張タービン１と、この膨張タービン１の入口側に接続されてタービンラインの要部を形成するガス管路４と、膨張タービン１の排気側に接続されて同じくタービンラインの要部を形成する下流側ガス管路と、膨張タービン１に軸連結された発電機９とを備えて、これらにより都市ガス供給ラインの主系統が構成される。
【００１０】
この主系統に対して、タービンの運転を制御する制御装置が設けられる。この装置は、タービン用自動調圧弁２と、バイパス用自動調圧弁３が介設されたバイパス管路（バイパスライン）５と、圧力計６と、流量計７と、圧力流量調節計８とから成っている。タービン用自動調圧弁２は、ガス管路４の途中に介設されて、膨張タービン１に送給するガスの圧力・流量を調節する。バイパスライン５は、タービン用自動調圧弁２の入口側と膨張タービン１の排気側とを結んで設けられる。バイパス用自動調圧弁３は、バイパスライン５を流通するガスの圧力・流量を調節する。
【００１１】
圧力調節手段としての圧力計６は、膨張タービン１の排気側管路と前記バイパス管路５とに接続した合流ラインに設けられて、合流ラインの需要先向けガス供給圧力を検出し、バイパス用自動調圧弁３を開閉制御するとともに、圧力流量調節計８に検出信号を伝達する。流量計７は、膨張タービン１の排気側管路のガス流量を検出して圧力流量調節計８に検出信号を伝達する。圧力流量調節計８は、圧力計６及び流量計７の検出信号を受けてタービン用自動調圧弁２を開閉制御する。圧力計（除くバイパス用自動調圧弁３用制御信号）６、流量計７及び圧力流量調節計８は、圧力流量調節手段を構成している。
【００１２】
上記ガス供給発電プラントは、ＬＮＧを昇圧、気化して生成される高圧ガス（ＮＧ）を作動媒体として膨張タービン１で直接膨張させ、膨張タービン１から出た圧力が低下したＮＧを前記合流ラインを経て例えばリザーバータンク等に貯留する一方、膨張タービン１で発生する速度エネルギーを発電機９によって電気エネルギーに変換するようになっている。
【００１３】
次に、前記制御装置による動作を説明する。膨張タービン１の起動時や停止時に圧力計６が排気圧力の上昇ならびに低下を検出して、タービンラインとバイパスラインの合流ラインの需要先ガス供給圧力を一定に保持するための制御信号をバイパス用自動調圧弁３に出力する。これによって、バイパス用自動調圧弁３は開閉動作して弁開度が調節され、バイパスライン５のバイパス流量が制御されて、圧力の上昇ならびに低下が防止され、需要先ガス供給圧力を一定に保持することができる。
【００１４】
一方、膨張タービン１の運転中は、圧力計６と流量計７が圧力、流量の変化を検出して圧力流量調節計８を経て合流ラインの需要先向けガス供給圧力を一定に保持するとともに、タービンラインの流量を所定値以下に保持するための制御信号をタービン用自動調圧弁２に出力する。すなわち、予め定められた所定値を超えない流量範囲で発電量を最大にするようにタービンラインのガス流量を所定の最大値に保持するとともに、合流ラインの需要先向けガス供給圧力を一定に保持するようにタービン用自動調圧弁２の開閉制御（開度制御）を行う。そして、膨張タービン１の予め定められた最大排出ガス流量を超える場合には、その超える分の流量のガスをバイパス用自動調圧弁３に流して開閉制御を行うことを併用して、合流ラインの需要先ガス供給圧力を一定に保持するようにしている。このようにして、合流ラインの需要先向けガス供給圧力を一定に保持させることが可能であり、しかも、膨張タービン１のオーバーロードを防止することができる。
【００１５】
図２には、請求項２記載の発明の他実施例が適用されるガス供給発電プラントの概略系統が示される。このガス供給発電プラントの制御装置において、図１に示される実施例の制御装置に類似し対応する各部材には同一の参照符号を付して、ここでは重複する説明を避けて特徴ある部分について以下に述べる。
【００１６】
図２に示される上記実施例で特に注目される点は、膨張タービン１例えばラジアルタービンにおいて、動翼の周りに設けられるノズルを、流量変更可能な可変ノズル１０に形成してなることと、この可変ノズル１０の流量を調節する機構として、エアシリンダ、サーボモータ等のアクチュエータによってタービンケーシング外からの操作が可能な周知のノズル操作器１１と、このノズル操作器１１を自動操作するノズル調節器１２とを有するノズル調節手段を備えることとの２点である。そして、ノズル調節器１２は、圧力計６及び流量計７の検出信号を受けてノズル操作器１１のストローク、回転数等の作動量を制御する。圧力計（除くバイパス用自動調圧弁３用制御信号）６、流量計７、ノズル調節器１２及びノズル操作器１１は、ノズル調節手段を構成している。
【００１７】
次いで、制御装置による動作を説明する。膨張タービン１の起動時や停止時に圧力計６が排気圧力の上昇ならびに低下を検出して、タービンラインとバイパスラインの合流ラインの需要先向けガス供給圧力を一定に保持するための制御信号をバイパス用自動調圧弁３に出力する。これによって、バイパス用自動調圧弁３は開閉動作して弁開度が調節され、バイパスライン５のバイパス流量が制御されて、圧力低下が防止され、需要先向けガス供給圧力を一定に保持することができる。
【００１８】
一方、膨張タービン１の運転中は、圧力計６と流量計７が圧力、流量の変化を検出してノズル調節器１２を経て合流ラインの需要先ガス供給圧力を一定に保持するとともに、タービンラインの流量を所定値以下に保持するための制御信号をノズル操作器１１に出力する。すなわち、予め定められた所定値を超えない流量範囲で発電量を最大にするようにタービンラインのガス流量を所定の最大値に保持するとともに、合流ラインの需要先向けガス供給圧力を一定に保持するように可変ノズル１０の開閉制御（開度制御）を行う。そして、膨張タービン１の予め定められた最大排出ガス流量を超える場合には、その超える分の流量のガスをバイパス用自動調圧弁３に流して開閉制御を行うことを併用して、合流ラインの需要先ガス供給圧力を一定に保持するようにしている。このようにして、合流ラインの需要先向けガス供給圧力を一定に保持させることが可能であり、しかも、膨張タービン１のオーバーロードを防止することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２０】
本発明のうち請求項１記載の発明は、起動、運転、停止の全ての状況下で需要先向けガス供給圧力を一定に保つとともに、運転時において状況に応じた最大の発電量や冷熱量の確保を達成できる。また、所定流量を超えない範囲で運転するためタービンがオーバーロード（過流量）することがなく安定した運転が保証される。
【００２１】
また、本発明のうち請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果と比較して、運転時におけるより大きなタービンヘッドが得られるため発電量や冷熱量をより大きく取れる効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるガス供給発電プラントの概略系統図である。
【図２】本発明の他実施例によるガス供給発電プラントの概略系統図である。
【符号の説明】
１…膨張タービン、                ２…タービン用自動調圧弁、
３…バイパス用自動調圧弁、        ４…ガス管路、
５…バイパス管路、                ６…圧力計、
７…流量計、                      ８…圧力流量調節計、
９…発電機、                    １０…可変ノズル、
１１…ノズル操作器、              １２…ノズル調節器、
【図１】
0003612153.tif 000002
【図２】
0003612153.tif 000003