(57)【要約】【課題】ガスを燃料として電力及び熱を生成するコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー効率が非常に高いシステムを提供することを課題とする。【解決手段】  ガスを燃料として電力及び熱を生成する、ガスタービン及びガスエンジン、前記ガスタービン及びガスエンジンに備えられた、排ガスから熱を回収する排熱ボイラ、並びにガスエンジンの本体内部を冷却する冷却系統、を備えたコージェネレーションシステムであって、  前記冷却系統は、冷却水導入管、熱交換手段及び温水移送管を備え、導入された冷却水はガスエンジンの本体内部において熱交換手段を介してガスエンジンの熱により温水となり、該温水は温水移送管によって前記排熱ボイラに供給され、排熱ボイラの熱回収に使用される、コージェネレーションシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを燃料として電力及び熱を生成する、ガスタービン及びガスエンジン、前記ガスタービン及びガスエンジンに備えられた、排ガスから熱を回収する排熱ボイラ、並びにガスエンジンの本体内部を冷却する冷却系統、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記冷却系統は、冷却水導入管、熱交換手段及び温水移送管を備え、導入された冷却水はガスエンジンの本体内部において熱交換手段を介してガスエンジンの熱により温水となり、該温水は温水移送管によって前記排熱ボイラに供給され、排熱ボイラの熱回収に使用される、コージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記冷却系統は、前記ガスエンジン作動中に、生成した温水を排熱ボイラに供給するように制御する給水制御手段を備える、請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記冷却系統により得られた温水は、前記排熱ボイラにおいて排ガスが保有する熱により蒸気となり回収される、請求項１または２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
副生油を燃料として蒸気を生成するパッケージボイラを更に備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記ガスタービンの排熱ボイラは、追い焚きバーナを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスを燃料として、電力及び熱を生成するコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力および熱をエネルギーとして消費する工場などでは、省エネルギーや、エネルギーソースの有効利用のため、コージェネレーションシステムの導入が進んでいる。
特許文献１では、ガスタービンコージェネレーション設備において、ガスタービンの吸気の冷却に用いる冷凍機をヒートポンプとして活用することにより、廃熱を、排熱回収ボイラの吸水系統に利用することが開示されている。
【０００３】
特許文献２では、廃棄物焼却システムからの熱を効率的に利用できる、ガスタービンコージェネレーションシステムが開示されている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３２６８１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ガスを燃料として電力及び熱を生成するコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー効率が非常に高いシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ガスエンジンの本体内部を冷却する冷却系統において、ガスエンジンの熱により生成した温水を、排熱ボイラの熱回収に使用することで、エネルギー効率が高いシステムを提供できることに想到した。
【０００７】
すなわち、本発明の概要は、以下のとおりである。
［１］ガスを燃料として電力及び熱を生成する、ガスタービン及びガスエンジン、前記ガスタービン及びガスエンジンに備えられた、排ガスから熱を回収する排熱ボイラ、並びにガスエンジンの本体内部を冷却する冷却系統、を備えたコージェネレーションシステムであって、
前記冷却系統は、冷却水導入管、熱交換手段及び温水移送管を備え、導入された冷却水はガスエンジンの本体内部において熱交換手段を介してガスエンジンの熱により温水となり、該温水は温水移送管によって前記排熱ボイラに供給され、排熱ボイラの熱回収に使用される、コージェネレーションシステム。
［２］前記冷却系統は、前記ガスエンジン作動中に、生成した温水を排熱ボイラに供給するように制御する給水制御手段を備える、［１］に記載のコージェネレーションシステム。
［３］前記冷却系統により得られた温水は、前記排熱ボイラにおいて排ガスが保有する熱により蒸気となり回収される、［１］または［２］に記載のコージェネレーションシステム。
［４］副生油を燃料として蒸気を生成するパッケージボイラを更に備える、［１］〜［３］のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
［５］前記ガスタービンの排熱ボイラは、追い焚きバーナを備える、［１］〜［４］のい
ずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ガスを燃料として電力及び熱を生成するコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー効率が非常に高いシステムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】コージェネレーションシステムの一実施形態を示す模式図である。
【図２】冷却系統の一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参酌し、本発明をより詳細に説明するが、本発明は具体的な実施態様にのみ限定されない。
【００１１】
図１に、本実施形態のコージェネレーションシステム１００の一例を示す。コージェネレーション１００は、ガスを燃料として電力及び熱を生成する、ガスタービン２及びガスエンジン１、並びに該ガスタービン及びガスエンジンのそれぞれの出力を制御する制御手段２０、を備えてもよい。本実施形態のコージェネレーションシステムは、上記以外の装置や手段を備えてもよく、例えば、ガスタービン２及びガスエンジン１で発生した動力を基に発電する発電機１０、副生油を燃料として蒸気を生成するパッケージボイラ４、ガスタービン２及びガスエンジン１の排ガスから熱を回収し、蒸気や温水を生成する排熱ボイラ１１、排熱ボイラ１１を追い焚きする追い焚きバーナ１２などがあげられるが、これらに限られない。
【００１２】
ガスタービン２では、コンプレッサ３で圧縮された大量の空気に対し、燃焼器（図示せず）内で燃料ガスを噴射し燃焼させることで、高温高圧の気体を生成させてガスタービン中のタービンを回転させる。この回転力を発電機１０の軸回転に利用し発電する。一方で、タービンを回転させた高温高圧の気体（排ガス）は、排熱ボイラ１１に送られ、排ガスが保有する熱を回収し、蒸気や温水を生成する。発電機１０で発電された電力、及び排熱ボイラ１１により生成された蒸気は、回収され、電力及び蒸気の使用又は供給に供される。
この際、排熱ボイラ１１に追い焚きバーナ１２を備えることが、蒸気の生成効率が向上するため、好ましい。追い焚きバーナ１２の種類は特に限定されず、既知のものを適宜使用することができる。また、排熱ボイラ１１で使用する水は、コスト低減の観点から、工業用水をイオン交換して用いることが好ましい。
【００１３】
ガスエンジン１は、都市ガス等をレシプロエンジンの燃料として用いることで、燃焼によって得られたエネルギーを回転運動に変換して、発電機１０を回転させ発電する。一方で、燃焼により生じた排ガスは、排熱ボイラ１１に送られ、排ガスが保有する熱により蒸気を生成する。発電機１０で発電された電力、及び排熱ボイラ１１で生成された蒸気は、回収され、電力及び蒸気の使用又は供給に供される。
【００１４】
本実施形態においてガスエンジン１は、その本体内部に冷水系統を有する。ガスエンジン１を稼働させる際には、冷却水によりガスエンジン１を冷却し、その際に熱交換により温水が生成する。生成した温水の利用先は特段限定されず、例えばガスエンジン１に併設された排熱ボイラ１１で蒸気製造に利用してもよく、コージェネレーション内の他の設備、例えばガスタービン２に併設された排熱ボイラ１１で利用してもよい。
前記排熱ボイラにおいて、排ガスが保有する熱により供給された温水から蒸気を得る。得られた温水を排熱ボイラ１１で利用することで、蒸気生成に要するエネルギーを抑制することができる。
【００１５】
図２に、ガスエンジン１において熱交換を行う冷却系統の一形態を示す。ガスエンジン１を冷却する冷却系統３０は、冷却水導入管３２、熱交換手段３３及び温水移送管３４を含み、冷却水同入管３２からガスエンジン１の内部に導入される冷却水３１は、熱交換手段３３を通過することでガスエンジンの熱で温められ、温水が生成する。生成した温水は温水移送管３４から、排熱ボイラ１１に導入される。熱交換手段は、既知のものが適用され、例えばガスエンジン１のエンジン部分に冷却水の流路を接触させることで熱交換させる方法が挙げられる。接触に際しては接触面積が大きいほど熱交換が多く行われることになり、例えばエンジン部分を中心としてらせん状に冷却水の流路を設けることで、エンジンと冷却水の流路の接触面積が大きくなり、好ましい。なお、「ガスエンジンの本体内部において温水となる」とは、エンジン本体を冷却する目的でエンジン外部に設置されたラジエータなどにおいて熱交換が行われることで温水となる場合も含むものとする。
このようにガスエンジン１からの熱を利用した温水を更に活用することで、エネルギー効率を更に向上させることができる。
【００１６】
前記冷却系統は、ガスエンジン１の作動中に、生成した温水を排熱ボイラに供給するように制御する給水制御手段を備えてもよい。このような制御を自動で行うことで、ガスエンジン作動時にのみ、効率良く温水を利用することができる。  
【００１７】
制御手段２０は、ガスタービン２及びガスエンジン１の出力を制御する手段であり、制御手段２０によりガスタービン２及びガスエンジン１の稼働、非稼働及びその出力の程度が支配される。
ガスタービン、及びガスエンジンが複数存在する場合、それぞれを制御手段が制御することが好ましい。
【００１８】
制御手段２０は、ガスタービン２及びガスエンジン１以外の設備を制御することもできる。例えば、副生油を燃料として蒸気を生成するパッケージボイラ４を、蒸気需要の低い夏季にその稼働を抑えるように制御し、蒸気需要の高い冬季にその稼働を上げる制御を行ってもよい。
【００１９】
制御手段２０は、上記ガスタービン２及びガスエンジン１の出力を制御することができればよく、また、必要に応じパッケージボイラ４等の出力を制御してもよい。制御の方法は、例えばコンピュータによる制御であってよく、管理者による制御であってよい。
【００２０】
以下、本発明を用いたコージェネレーションシステムを稼働させた例を示す。
図１に示すコージェネレーションシステムを稼働させた。ガスタービンは４台（ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ７、ＧＴ８）、ガスエンジンは６台（ＧＥ３、ＧＥ４、ＧＥ５、ＧＥ６、ＧＥ９、ＧＥ１０）用意し、ガスタービンのうちＧＴ７とＧＴ８には追い焚きバーナを備え、ガスエンジンのうちＧＥ３とＧＥ４、及びＧＥ９とＧＥ１０には、内部に冷水系統を備えた。また、それぞれのガスタービン及びガスエンジンは排熱ボイラを備える。冷水系統は、ガスエンジン内部で熱交換により生成した温水を排熱ボイラへ供給し、排熱ボイラにおいて該温水を利用した蒸気を得た。
【００２１】
内部に冷水系統を備えないガスエンジンであるＧＥ５とＧＥ６は、エネルギー効率が６０％であったが、冷水系統を備えるガスエンジンであるＧＥ３とＧＥ４はエネルギー効率が７０％であった。
【００２２】
【表１】
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【符号の説明】
【００２３】
１  ガスエンジン
２  ガスタービン
３  コンプレッサ
４  パッケージボイラ
１０  発電機
１１  排熱ボイラ
１２  追い焚きバーナ
２０  制御手段
３０  冷却系統
３１  冷却水
３２  冷却水導入管
３３  熱交換手段
３４  温水移送管
【図１】
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【図２】
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