(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼室を有し，主発電機を駆動する複数基のエンジンを備えた発電設備において、
各エンジンからそれぞれ過給機を介して排出される排ガスを合流させる排ガス集合管と、
この排ガス集合管から供給される排ガスにより第１副発電機を駆動して発電する出力ガスタービンと、
この出力ガスタービンから排出された排ガスにより蒸気を発生させる第１排熱ボイラと、
この第１排熱ボイラで発生された蒸気により第２副発電機を駆動して発電する蒸気タービンとを具備した
ことを特徴とする発電設備。
【請求項２】
複数の燃焼室を有し，主発電機を駆動する複数基のエンジンを備えた発電設備において、
各エンジンと過給機の間にそれぞれ配置されて排ガスにより第１副発電機を駆動し発電する複数の出力ガスタービンと、
この出力ガスタービンから過給機を介して排出された排ガスにより蒸気を発生させる第１排熱ボイラと、
この第１排熱ボイラにより発生された蒸気により第２副発電機を駆動して発電する蒸気タービンとを具備した
ことを特徴とする発電設備。
【請求項３】
エンジンおよび出力ガスタービンならびに蒸気タービンのうち少なくとも１つで全てを除く出力軸と、作業機械の入力軸とを連動連結することにより、燃料または排ガスのエネルギーを動力として回収する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の発電設備。
【請求項４】
第１排熱ボイラから排出される排ガスの熱を回収する第２排熱ボイラを配置し、
この第２排熱ボイラから得られた熱媒を熱媒利用機器に供給するように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発電設備。
【請求項５】
エンジンのラジエータ、および過給機から燃焼室に供給される圧縮空気を冷却する空気冷却器、ならびに第１排熱ボイラの下流側の煙道に配置された第３排熱ボイラを配置し、
蒸気タービンから排出された蒸気の復水器から前記第１排熱ボイラに送られる供給水を、前記ラジエータおよび空気冷却器ならびに第３排熱ボイラの少なくとも１つの排熱により予熱するように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発電設備。
【請求項６】
エンジンのラジエータおよび過給機から燃焼室に供給される圧縮空気を冷却する空気冷却器ならびに第１排熱ボイラの下流側の煙道に配置された第３排熱ボイラの少なくとも１つで回収された熱を、伝熱媒体を介して熱媒利用機器に使用するように構成した
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発電設備。
【請求項７】
複数の燃焼室を有して第１作業機械を駆動する複数基のエンジンと各エンジンからそれぞれ過給機を介して排出される排ガスを合流させる排ガス集合管と、
この排ガス集合管から供給される排ガスにより第２作業機械を駆動して発電する出力ガスタービンと、
この出力ガスタービンから排出された排ガスにより蒸気を発生させる第１排熱ボイラと、
この第１排熱ボイラで発生された蒸気により第３作業機械を駆動する蒸気タービンとを具備し、
燃料または排ガスのエネルギーを動力として回収する
ことを特徴とする動力設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高効率でエネルギーを回収する（コージェネレーションコンパウンドエンジンシステム）ための発電設備および動力に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球規模ではエネルギー資源の有効利用とＣＯ２  排出削減による地球環境保護が提唱され、省エネルギー開発が進められている。一方我が国では原子力発電を始め、大型発電施設も立地難であるため、都市近郊の中規模発電施設が要望され、また発電事業の自由化がそれに拍車をかけている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明のうち請求項１記載の発明は、より高効率発電を行える発電設備および動力を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発電設備は、複数の燃焼室を有し，主発電機を駆動する複数基のエンジンを備えた発電設備において、各エンジンからそれぞれ過給機を介して排出される排ガスを合流させる排ガス集合管と、この排ガス集合管から供給される排ガスにより第１副発電機を駆動して発電する出力ガスタービンと、この出力ガスタービンから排出された排ガスにより蒸気を発生させる第１排熱ボイラと、この第１排熱ボイラで発生された蒸気により第２副発電機を駆動して発電する蒸気タービンとを具備したものである。
【０００５】
上記構成によれば、複数基のエンジンから過給機を介して排出される排ガスを合流させて出力タービンを駆動することにより排ガスのエネルギーを回収して発電した後、さらにその排ガスを第１排熱ボイラに導入し、第１排熱ボイラで得られた蒸気により、蒸気タービンを駆動して発電するので、エンジンの駆動により発生する排ガスの熱および動力エネルギーを高効率で回収することができ、省エネルギー化を推進できて高効率発電を実現することができる。
【０００８】
さらに請求項２記載の発明は、複数の燃焼室を有し，主発電機を駆動する複数基のエンジンを備えた発電設備において、各エンジンと過給機の間にそれぞれ配置されて排ガスにより第１副発電機を駆動し発電する複数の出力ガスタービンと、この出力ガスタービンから過給機を介して排出された排ガスにより蒸気を加熱する第１排熱ボイラと、この第１排熱ボイラにより発生された蒸気により第２副発電機を駆動して発電する蒸気タービンとを具備したものである。
【０００９】
上記構成によれば、請求項１の発明と同様の効果を奏することができ、省エネルギーを推進できて高効率発電を実現することができる。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、上記請求項１または２のいずれかに記載の発電設備において、エンジンおよび出力ガスタービンならびに蒸気タービンの少なくとも一つの出力軸と作業機械の入力軸とを連動連結することにより、燃料および排ガスのエネルギーを動力として回収するものである。
【００１１】
上記構成によれば、ポンプなどの動力エネルギーを、エンジンまたは／およびタービンから直接取り出すことにより、エネルギー変換によるロスを無くして有効にエネルギーを利用することができる。
【００１２】
さらに請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発電設備において、第１排熱ボイラから排出される排ガスの熱を回収する第２排熱ボイラを配置し、この第２排熱ボイラから得られた熱媒を熱媒利用機器に供給するように構成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、排ガスの排熱をさらに利用して、施設内外で冷暖房機器や給湯機器、厨房機器の熱源として利用することにより、熱回収効率をより向上させることができる。
【００１４】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発電設備において、エンジンのラジエータ、および過給機から燃焼室に供給される圧縮空気を冷却する空気冷却器、ならびに第１排熱ボイラの下流側の煙道に配置された第３排熱ボイラを配置し、蒸気タービンから排出された蒸気の復水器から前記第１排熱ボイラに送られる供給水を、前記ラジエータおよび空気冷却器ならびに第３排熱ボイラの少なくとも１つの排熱により予熱するように構成したものである。
【００１５】
上記構成によれば、エンジン自体から発生される熱や過給機による空気圧縮により生じた熱を効果的に回収して、第１排熱ボイラへの給水の予熱に利用することができ、熱回収をより充実させることができる。
【００１６】
さらに請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載の発電設備において、エンジンのラジエータ、および過給機から燃焼室に供給される圧縮空気を冷却する燃焼空気冷却器の少なくとも１つに熱回収手段を設け、この熱回収手段で得られた熱を熱媒を介して熱媒利用機器に使用するように構成したものである。
【００１７】
上記構成によれば、エンジン自体から発生される熱や過給機により圧縮空気に生じた熱を効果的に回収して、施設内外の熱源として利用することにより、熱回収効率をより向上させることができる。
【００２０】
さらに請求項９記載の動力設備は、複数の燃焼室を有して第１作業機械を駆動する複数基のエンジンと各エンジンから過給機を介して排出される排ガスを合流させる排ガス集合管と、この排ガス集合管から供給される排ガスにより第２作業機械を駆動して発電する出力ガスタービンと、この出力ガスタービンから排出された排ガスにより蒸気を発生させる第１排熱ボイラと、この第１排熱ボイラで発生された蒸気により第３作業機械を駆動する蒸気タービンとを具備し、燃料または排ガスのエネルギーを動力として回収するものである。
【００２１】
上記構成によれば、燃料と排ガスの熱を、直接動力として取り出すことにより、より効率良く熱回収を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る発電設備の第１の実施の形態を図１，図２に基づいて説明する。
【００２３】
図１に示すように、１は複数たとえば１２本の燃焼室２を有する１２気筒のディーゼルエンジンで、特にセラミックエンジンなどのように断熱燃焼室を採用したエンジンで、さらに低空燃比燃焼方式を採用したエンジンは、排ガス温度が高くなってタービン動力の回収が大きく有利である。このエンジン１が複数基が設置され、各エンジン１の出力軸には主発電機３が連結されており、各エンジン１により主発電機３が駆動されて発電される。エンジン１の各燃焼室２には、排気ターボ過給機４により加圧された後、空気冷却器２２により冷却された圧縮空気を供給する給気管６が接続されている。また各燃焼室２から排ガスを排出する排気管７は、排気ターボ過給機４に接続され、過給機４には各エンジン１の過給機４からの排ガスを合流させる排気集合管８がそれぞれ接続されている。
【００２４】
この排気集合管８の出口には、追い焚きバーナー９ａを備えた追い焚き燃焼装置９が介在された排ガス供給管１０を介して出力ガスタービン１１に接続され、過給機４から集められた排ガスを、必要に応じてさらに加熱し出力ガスタービン１１に送り込むように構成されている。この出力ガスタービン１１の出力軸は、第１副発電機１２に連結されて排ガスのエネルギーを回収して発電するように構成される。
【００２５】
前記出力ガスタービン１１から排出された排ガスの煙道１３には、上流側から順に、第１排熱ボイラ１４、第２排熱ボイラ１５および第３排熱ボイラ１６がそれぞれ介在されている。
【００２６】
前記第１排熱ボイラ１４には、必要に応じて起動される追い焚きバーナー（追い焚き燃焼装置）１４ａが設けられており、排ガスにより発生された蒸気を送り出す蒸気供給管１５ａが蒸気タービン１７に接続され、蒸気タービン１７により第２副発電機１８が駆動される。
【００２７】
なお、ここではエンジン１およびタービン１１，１７の動力をすべて発電機３，１２，１３に導入して発電のみに使用したが、たとえば上水場や下水場などポンプやコンプレッサーなど複数の作業機械を駆動する場合に、エンジン１およびタービン１１，１７の一部動力を直接作業機械に連結して駆動し、これにより電力への変換ロスを除いて有効にエネルギーを利用することができる。また、図５に示すように、エンジン１および各タービン１１，１７の出力軸に全ての発電機３，１２，２１に替えて第１〜第３作業機械４１〜４３を直接連結することもできる。
【００２８】
蒸気タービン１７から蒸気を排出する蒸気配管１９ａは復水器２０に接続され、復水器２０から給水管１９ｂにより給水ポンプ１９を介して第１排熱ボイラ１４に接続される。また仮想線で示すように、給水ポンプ１９から給水配管１９ｂ介してエンジン１の冷却用ラジエータ２１および過給機４で加圧された燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却器２２の伝熱管の一方または両方に接続された後、さらに第３排熱ボイラ１６から第１排熱ボイラ１４に接続される。またここで第３排熱ボイラ１６の温度が低い場合には、第３排熱ボイラ１６をバイパス管１６ａによりバイパスしてもよい。したがって、復水器２０で取り出された水は、第３排熱ボイラ１６やラジエータ２１、燃焼空気冷却器２２のうち、少なくとも１つに導入された後、ついで第１排熱ボイラ１４に導入されて蒸発される。
【００２９】
また第２排熱ボイラ１５は、さらに排ガスの排熱を回収するもので、たとえば熱媒体である水蒸気や水を加熱して施設内や施設外の熱媒利用機器である冷暖房機器２３や給湯機器、厨房機器に供給して排熱を利用したり、水を加熱して施設内の給湯に利用することができる。
【００３０】
図２は、上記構成において、ディーゼルエンジンおよびタービンの動力に対する燃料消費率または熱効率を、ディーゼルエンジンの正味平均有効圧に対し、燃焼最高圧力をパラメータにして理論的に可能な条件を導入した場合のコンピュータによる解析結果を示す。
【００３１】
すなわち、ａは従来の機関単独の熱効率を示す。またｂはセラミックエンジンなどのように断熱燃焼室を採用するとともに、低空燃比（空気過剰率１．５）として機関効率および排気エネルギーを高めた例を示す。またｃは、ｂにおいて排気出力ガスタービン１１または３１（第３の実施の形態に示す）で動力回収した改善例を示す。さらにｂ′およびｃ′は、ｂまたはｃに蒸気タービン１７を付加した本発明を示す。
【００３２】
図２によれば、出力ガスタービン１１および蒸気タービン１６の１方または両方を付加して動力回収した発電設備の熱効率は、断熱・低空燃比燃焼機関を含む機関単独に比較して充分に向上させることができる。またエンジン単体で熱効率の低い４サイクル（中速）ディーゼルエンジン１は素通り空気が少ないため、排気温度が高くかつ過給に要する動力が少なくてすみ、システムとしての熱効率が高くなることが分かる。
【００３３】
図３は図１の変形例で、各エンジン１ごとに過給機１の排ガス出口にそれぞれ出力ガスタービン３１を設けた第２の実施の形態を示し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００３４】
また、図４は図３の変形例で、出力ガスタービン３１をエンジン１と過給機４の間の排気管７に設けた第３の実施の形態を示し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、複数基のエンジンから過給機を介して排出される排ガスを合流させて出力タービンを駆動することにより排ガスのエネルギーを回収して発電した後、さらにその排ガスを第１排熱ボイラに導入し、第１排熱ボイラで得られた蒸気により、蒸気タービンを駆動して発電するので、エンジンの駆動により発生する排ガスの熱および動力エネルギーを高効率で回収することができ、特別の装置を開発する必要もなく従来からある装置を組み合わせて安価に製造することができ、省エネルギー化を推進できて高効率発電を実現することができる。
【００３７】
さらに請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を奏することができ、省エネルギー化を推進できて高効率発電を実現することができる。
【００３８】
また請求項３記載の発明によれば、ポンプなどの動力エネルギーをエンジンまたは／およびタービンから直接取り出すことにより、エネルギー変換によるロスを無くして有効にエネルギーを使用することができる。
【００３９】
さらに請求項４記載の発明によれば、排ガスの排熱をさらに利用して、施設内外で冷暖房機器や給湯機器、厨房機器の熱源として利用することにより、熱回収効率をより向上させることができる。
【００４０】
また請求項５記載の発明によれば、エンジン自体から発生される熱や過給機による空気圧縮により生じた熱を効果的に回収して、第１排熱ボイラへの給水の予熱に利用することができ、熱回収をより充実させることができる。
【００４１】
さらに請求項６記載の発明によれば、エンジン自体から発生される熱や過給機による圧縮空気に生じた熱を効果的に回収して、施設内外の熱源として利用することにより、熱回収効率をより向上させることができる。
【００４３】
さらに請求項７記載の動力設備によれば、燃料と排ガスの熱を、直接動力として取り出すことにより、より効率良く熱回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の発電設備の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同図におけるディーゼルエンジンおよびタービンの動力に対する燃料消費率または熱効率を示す解析結果のグラフである。
【図３】本発明に係る第２の発電設備の実施の形態を示す全体構成図である。
【図４】本発明に係る第３の発電設備の実施の形態を示す全体構成図である。
【図５】本発明に係る動力設備の実施の形態を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    燃焼室
３    主発電機
４    排気ターボ過給機
８    排気集合管
９    追い焚き燃焼装置
１１，３１  出力ガスタービン
１２    第１副発電機
１３    煙道
１４    第１排熱ボイラ
１５    第２排熱ボイラ
１６    第３排熱ボイラ
１７    蒸気タービン
１８    第２副発電機
２０    復水器
２１    ラジエータ
２２    空気冷却器
２３    冷暖房機器
４１〜４３  動力機械
【図１】
0003587630.tif 000002
【図２】
0003587630.tif 000003
【図３】
0003587630.tif 000004
【図４】
0003587630.tif 000005
【図５】
0003587630.tif 000006