(57)【要約】【課題】より好適な状態で運転させられる蒸気発生装置及び蒸気発生装置連携システムを提供すること。【解決手段】廃熱源２００と、廃熱源２００を冷却する冷却水が循環する冷却水循環ライン２２０と、冷却水を熱源として低圧蒸気を生成する蒸気発生装置本体１１と、蒸気発生装置本体１１に供給される冷却水の流量を調整する流量調整弁１９と、を備える蒸気発生装置１０であって、蒸気発生装置本体１１において冷却水から除去することが許容される熱量である要求除去熱量を算出する除去熱量算出部５１と、除去熱量算出部５１により算出された要求除去熱量に基づいて流量調整弁１９の開度を算出する開度算出部５２と、開度算出部５２により算出された開度に流量調整弁１９を制御する弁制御部５３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃熱を発生させる廃熱源と、
前記廃熱源を冷却する冷却水が循環する冷却水循環ラインと、
前記冷却水を熱源として低圧蒸気を生成する蒸気発生装置本体と、
前記蒸気発生装置本体に供給される熱源流体の流量を調整する流量調整弁と、を備える蒸気発生装置であって、
前記蒸気発生装置本体において前記冷却水から除去することが許容される熱量である要求除去熱量を算出する除去熱量算出部と、
前記除去熱量算出部により算出された要求除去熱量に基づいて前記流量調整弁の開度を算出する開度算出部と、
前記開度算出部により算出された開度に前記流量調整弁を制御する弁制御部と、を備える蒸気発生装置。
【請求項２】
複数台の請求項１に記載の蒸気発生装置と、
前記除去熱量算出部により算出された要求除去熱量に基いて、運転させる前記蒸気発生装置の台数を決定する台数制御部と、を備える蒸気発生装置連携システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生装置及び蒸気発生装置連携システムに関する。より詳細には、温水等の熱源流体を熱源として蒸気を生成する蒸気発生装置、及びこの蒸気発生装置を複数台備える蒸気発生装置連携システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温水等の熱源流体を熱源として蒸気を生成する蒸気発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような蒸気発生装置により生成された低圧蒸気は、例えば、蒸気昇圧装置によって昇圧された後、蒸気使用機器に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３８９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような蒸気発生装置においては、熱源から適切な熱量を回収することが求められる。即ち、熱源としてガスエンジン等のジャケット冷却水を用いた場合、ガスエンジンには、適正な温度の冷却水が供給されることが好ましい。そのため、蒸気発生装置においては、ガスエンジンに供給される冷却水が適正な温度となるように熱回収を行うことが求められる。
【０００５】
従って、本発明は、より好適な状態で運転させられる蒸気発生装置及び蒸気発生装置連携システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、廃熱を発生させる廃熱源と、前記廃熱源を冷却する冷却水が循環する冷却水循環ラインと、前記冷却水を熱源として低圧蒸気を生成する蒸気発生装置本体と、前記蒸気発生装置本体に供給される熱源流体の流量を調整する流量調整弁と、を備える蒸気発生装置であって、前記蒸気発生装置本体において前記冷却水から除去することが許容される熱量である要求除去熱量を算出する除去熱量算出部と、前記除去熱量算出部により算出された要求除去熱量に基づいて前記流量調整弁の開度を算出する開度算出部と、前記開度算出部により算出された開度に前記流量調整弁を制御する弁制御部と、を備える蒸気発生装置に関する。
【０００７】
また、本発明は、複数台の蒸気発生装置と、前記除去熱量算出部により算出された要求除去熱量に基いて、運転させる前記蒸気発生装置の台数を決定する台数制御部と、を備える蒸気発生装置連携システムに関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、より好適な状態で運転させられる蒸気発生装置及び蒸気発生装置連携システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蒸気発生装置を含む蒸気システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る蒸気発生装置連携システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の蒸気発生装置及び蒸気発生装置連携システムの好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、第１実施形態に係る蒸気発生装置を含んで構成される蒸気システム１について、図１を参照しながら説明する。
第１実施形態の蒸気システム１は、廃熱源としてのガスエンジン２００と、冷却水循環ライン２２０と、蒸気を生成する蒸気発生装置１０と、この蒸気発生装置１０において生成された蒸気を昇圧する蒸気昇圧装置２０と、蒸気発生装置１０と蒸気昇圧装置２０とを接続する低圧蒸気供給ライン３０と、この低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力（低圧蒸気圧）を測定する低圧蒸気圧測定部としての低圧蒸気圧力センサ３１と、蒸気昇圧装置２０から吐出される吐出蒸気が流通する蒸気吐出ライン４０と、この蒸気吐出ライン４０を流通する吐出蒸気の圧力を測定する吐出蒸気圧測定部としての吐出蒸気圧力センサ４１と、蒸気システム１の動作を制御する制御部５０と、を備える。尚、「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１１】
ガスエンジン２００は、ガスを燃料として駆動し、発電を行う。
冷却水循環ライン２２０は、ガスエンジン２００を冷却する冷却水を循環させる。この冷却水循環ライン２２０は、ガスエンジン２００において熱回収を行った高温の冷却水（温水）を後述の蒸気発生装置本体に供給する温水供給ライン１４と、蒸気発生装置本体から排出された温水をガスエンジン２００に供給する温水排出ライン１５と、温水供給ライン１４と温水排出ライン１５とをバイパスするバイパスライン１８と、温水排出ライン１５をバイパスする第２バイパスライン１５５と、を備える。
【００１２】
温水供給ライン１４とバイパスライン１８との接続部分には、流量調整弁としての三方弁１９が配置される。この三方弁１９は、温水供給ライン１４から蒸気発生装置１０側に流れる温水の量及びバイパスライン１８側に流れる温水の流量を調整する。本実施形態では、三方弁１９は、開度調整が可能なモータバルブにより構成される。
【００１３】
温水排出ライン１５には、冷却器１５１と、第１温度センサ１５２と、第２温度センサ１５３と、流量計１５４と、が配置される。
冷却器１５１は、温水排出ライン１５を流通する温水から熱回収を行う。
第１温度センサ１５２は、温水排出ライン１５における冷却器１５１の上流側に配置され、冷却器１５１に導入される前の温水の温度を測定する。
第２温度センサ１５３は、温水排出ライン１５における冷却器１５１の下流側に配置され、冷却器１５１において熱回収された後の温水の温度を測定する。
流量計１５４は、第２温度センサ１５３の下流側に配置され、温水排出ライン１５を流通する温水の流量を測定する。
【００１４】
第２バイパスライン１５５は、温水排出ライン１５における冷却器１５１の上流側と下流側とをバイパスする。本実施形態では、第２バイパスライン１５５は、第１温度センサ１５２の上流側と流量計１５４の下流側とを接続して、冷却器１５１をバイパスしている。この第２バイパスライン１５５の上流側と温水排出ライン１５との接続部分には、三方弁１５６が配置される。三方弁１５６は、蒸気発生装置本体から排出され温水排出ライン１５を流通する温水の流路を、冷却器１５１側又は第２バイパスライン１５５側に切り替える。
【００１５】
蒸気発生装置１０は、ガスエンジン２００のジャケット冷却水の排熱等の比較的低温の熱源流体を利用して蒸気を発生させる。この蒸気発生装置１０は、蒸気発生装置本体としてのタンク部１１、チューブ１２及び噴霧ノズル１３と、噴霧水供給ライン１６と、補給水ライン１７と、を備える。
【００１６】
タンク部１１は、蒸気発生装置１０における本体部分を構成する。タンク部１１の内部は負圧もしくは低圧（例えば、−０．０５ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ程度）に維持され、このタンク部１１の内部において蒸気が生成される。このタンク部１１の上部には、後述の低圧蒸気供給ライン３０の基端部が接続される。
また、タンク部１１には、安全弁３２が設けられる。安全弁３２は、タンク部１１の内部の圧力が所定の圧力（設定圧力）を超えた場合に、蒸気を外部に放出してタンク部１１（蒸気発生装置１０）の内部の圧力を低下させる。
【００１７】
チューブ１２は、タンク部１１の内部に水平方向に延びて配置される。より具体的には、チューブ１２は、タンク部１１の内部において、水平方向に所定間隔をあけて複数本配置されると共に、高さ方向にも所定間隔をあけて複数本配置される。このチューブ１２の一端側（入口側）には温水供給ライン１４の先端側が接続され、他端側（出口側）には、温水排出ライン１５の基端側が接続される。これにより、チューブ１２内部には、熱源流体としての温水が流通する。
【００１８】
噴霧ノズル１３は、タンク部１１の内部におけるチューブ１２よりも上方に配置される。この噴霧ノズル１３は、チューブ１２に向けて水を噴霧する。
噴霧水供給ライン１６は、タンク部１１の下部と噴霧ノズル１３とを接続し、タンク部１１の下部に貯留された水を、噴霧水として噴霧ノズル１３に供給する。噴霧水供給ライン１６には、噴霧水ポンプ１６１が配置されている。
噴霧水ポンプ１６１は、タンク部１１に貯留された水を噴霧ノズル１３まで汲み上げる。
【００１９】
補給水ライン１７は、タンク部１１と水を貯留している貯留槽等（図示せず）とを接続する。補給水ライン１７は、タンク部１１に補給水を供給する。この補給水ライン１７には、補給水ポンプ１７１が配置される。
補給水ポンプ１７１は、貯留槽等から供給された水を昇圧してタンク部１１の内部に供給する。
【００２０】
以上の蒸気発生装置１０によれば、三方弁１９により温水供給ライン１４からバイパスライン１８への流路を閉止した状態では、まず、ガスエンジン２００から熱源となる温水（例えば、約９０℃）が、温水供給ライン１４を通じてチューブ１２に供給される。チューブ１２に供給された温水は、タンク部１１の内部に配置されたチューブ１２に導入される。
一方、タンク部１１の内部においては、噴霧ノズル１３からチューブ１２に向けて、噴霧水が噴霧される。また、タンク部１１の内部は、負圧もしくは低圧（例えば、−０．０５ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ程度）に維持されている。これにより、チューブ１２を流通する温水は、噴霧水によって熱を奪われて８５℃程度まで降温し、温水排出ライン１５を通じて排出される。
【００２１】
また、温水が流通するチューブ１２には、噴霧ノズル１３から８０℃程度の水が噴霧されることで、表面に薄い液膜が形成される。このように、タンク部１１の内部が負圧に維持された状態において、チューブ１２の表面に薄い液膜が形成されることによって、チューブ１２の内部を流通する温水と、噴霧ノズル１３によって噴霧される水との温度差が比較的小さい場合（例えば、約１０℃）であっても効率的に蒸気を生成することが可能になる。
【００２２】
タンク部１１の内部で発生した蒸気は、低圧蒸気供給ライン３０から導出される。
タンク部１１の内部で蒸気にならなかった水は、タンク部１１の下部に貯留される。タンク部１１の下部に貯留された水は、噴霧水供給ライン１６を通じて、噴霧水ポンプ１６１によって噴霧ノズル１３まで汲み上げられ、再びチューブ１２に噴霧される。
タンク部１１に貯留される水が少なくなった場合には、補給水ライン１７からタンク部１１に補給水が補給される。
【００２３】
また、三方弁１９の開度を調整してチューブ１２に供給される温水の流量を調整することで、タンク部１１の内部で発生する蒸気の量を調整できる。
【００２４】
蒸気昇圧装置２０は、蒸気発生装置１０において生成された低圧蒸気（例えば、−０．０５ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ）を吸引して圧縮し、昇圧する。この蒸気昇圧装置２０は、低圧蒸気を圧縮する圧縮部２１と、この圧縮部２１の動作を制御する負荷率制御部２２と、を備える。
【００２５】
圧縮部２１は、例えば、スクリュー式の蒸気圧縮機により構成され、低圧の蒸気を０．４ＭｐａＧ〜０．８ＭＰａＧ程度に昇圧する。
負荷率制御部２２は、低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力（圧縮部２１に導入される蒸気の圧力）に基いて、圧縮部２１の動作（負荷率）を制御する。より具体的には、負荷率制御部２２は、低圧蒸気供給ライン３０を流通する蒸気の圧力が設定された目標圧力（例えば、０．０４ＭＰａ〜０．０５ＭＰａ）となるように、蒸気昇圧装置２０の負荷率を制御する。
【００２６】
即ち、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧が目標圧力よりも高くなっている場合には、負荷率制御部２２は、負荷率を最大（負荷率１００％）にして蒸気昇圧装置２０（圧縮部２１）を駆動させる。これにより、蒸気昇圧装置２０には、上限量の蒸気が吸引されることになり、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧は低下していく傾向にある。尚、蒸気昇圧装置２０が１００％の負荷率で駆動した状態においても、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧が目標圧力を上回っている場合には、蒸気昇圧装置２０は１００％の負荷率で稼動を続ける。
【００２７】
一方、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧が、目標圧力を下回った場合には、負荷率制御部２２は、蒸気昇圧装置２０（圧縮部２１）の負荷率を低下させる。これにより、蒸気昇圧装置２０に吸引される蒸気の量は減少し、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧は上昇する。
このようにして、低圧蒸気供給ライン３０の蒸気圧を目標圧力となるように制御することにより、蒸気発生装置１０により蒸気を効率よくかつ安定的に生成させられる。
【００２８】
低圧蒸気供給ライン３０は、蒸気発生装置１０において生成された低圧蒸気を蒸気昇圧装置２０に供給する。
低圧蒸気圧力センサ３１は、低圧蒸気供給ライン３０の内部における蒸気圧（低圧蒸気の圧力）を測定する。
【００２９】
蒸気吐出ライン４０は、基端側が蒸気昇圧装置２０に接続される。この蒸気吐出ライン４０は、蒸気昇圧装置２０において昇圧された後吐出される吐出蒸気を流通させる。蒸気吐出ライン４０の先端側は、蒸気使用機器２１０に接続される。
吐出蒸気圧力センサ４１は、蒸気吐出ライン４０の内部における蒸気圧（吐出蒸気の圧力）を測定する。
【００３０】
制御部５０は、蒸気発生装置１０の動作を制御する。本実施形態では、制御部５０は、冷却水循環ライン２２０を流通する冷却水（温水）から蒸気発生装置１０において回収することが許容される熱量である除去熱量に応じて、三方弁１９の開度を制御し、蒸気発生装置１０により生成される蒸気量を制御する。
【００３１】
上述の制御を行うための構成として、制御部５０は、除去熱量算出部５１と、開度算出部５２と、弁制御部５３と、を備える。
【００３２】
除去熱量算出部５１は、蒸気発生装置１０において冷却水から除去することが許容される熱量である要求除去熱量を算出する。本実施形態では、除去熱量算出部５１は、温水排出ライン１５に配置された第１温度センサ１５２により測定された温水の温度、第２温度センサ１５３により測定された温水の温度、及び流量計１５４により測定された温水の流量に基いて要求除去熱量を算出する。即ち、流量計１５４により測定された温水の流量が一定であり、第１温度センサ１５２及び第２温度センサ１５３により測定された温水の温度と予め設定された基準温度との差が大きい場合には、上流側（蒸気発生装置１０）においてより多くの熱量を除去することが要求される（要求除去熱量は大きくなる）。また、流量計１５４により測定された温水の流量が一定であり、第１温度センサ１５２及び第２温度センサ１５３により測定される温水の温度と基準温度との差が小さい場合には、上流側において除去することが要求される熱量は少なくなる（要求除去熱量は小さくなる）。
【００３３】
開度算出部５２は、除去熱量算出部５１により算出された要求除去熱量に基づいて三方弁１９の開度を算出する。例えば、制御部５０は、要求除去熱量の下限値（例えば、５０ｋＷ）を設定値として記憶部に記憶している。そして、開度算出部５２は、要求除去熱量がこの設定値を下回らないような三方弁１９の開度を算出する。
【００３４】
弁制御部５３は、開度算出部５２により算出された開度に三方弁１９を制御する。
【００３５】
以上の蒸気発生装置１０によれば、ガスエンジン２００の負荷の減少等により、除去熱量算出部５１において算出される要求除去熱量が設定された下限値を下回った場合、開度算出部５２は、三方弁１９の開度として１００％ではない所定の開度（例えば、８０％）を算出する。そして、弁制御部５３は、三方弁１９を当該開度（この場合、８０％）に制御する。これにより、蒸気発生装置１０に供給される冷却水（温水）の量を減少させることで蒸気発生装置１０における熱回収量を減少させて要求除去熱量を増加させられる。よって、冷却水から過剰に熱回収することに伴ってガスエンジン２００の運転に悪影響を与えることを防げるので、蒸気発生装置１０を、より好適な状態で運転をさせられる。
【００３６】
次に、本発明の第２実施形態に係る蒸気発生装置連携システム１００につき、図２を参照しながら説明する。尚、第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
【００３７】
本実施形態の蒸気発生装置連携システム１００は、複数台（本実施形態では２台）の蒸気発生装置１０Ａ，１０Ｂを含む蒸気システム１Ａ，１Ｂと、これら複数台の蒸気システム１Ａ，１Ｂから吐出される吐出蒸気が集合される吐出蒸気集合ライン６０と、この吐出蒸気集合ライン６０を流通する集合蒸気の圧力を測定する集合蒸気圧測定部としての集合蒸気圧力センサ６１と、これら複数台の蒸気システム１Ａ，１Ｂを制御する台数制御部５００と、を備える。
【００３８】
本実施形態では、２台の蒸気システム１Ａ，１Ｂは、並列に配置される。そして、温水供給ライン１４は、蒸気発生装置１０Ａに温水を供給する温水供給ライン１４Ａ及び蒸気発生装置１０Ｂに温水を供給する温水供給ライン１４Ｂに分岐している。また、蒸気発生装置１０Ａにおける温水排出ライン１５Ｂ及び蒸気発生装置１０Ｂにおける温水排出ライン１５Ｂは合流してガスエンジン２００に接続される。
【００３９】
吐出蒸気集合ライン６０は、複数台の蒸気システム１Ａ，１Ｂそれぞれにおける蒸気吐出ライン４０Ａ，４０Ｂの下流側に接続される。吐出蒸気集合ライン６０は、複数台の蒸気システム１Ａ，１Ｂから吐出された吐出蒸気を蒸気使用機器２１０に供給する。
尚、蒸気吐出ライン４０Ａ，４０Ｂそれぞれにおける吐出蒸気圧力センサ４１Ａ，４１Ｂの下流側には、逆止弁４２Ａ，４２Ｂが配置される。
【００４０】
集合蒸気圧力センサ６１は、吐出蒸気集合ライン６０の内部における蒸気圧（集合蒸気の圧力）を測定する。
【００４１】
台数制御部５００は、除去熱量算出部５１により算出された要求除去熱量に基いて、複数台の蒸気システム１Ａ，１Ｂの連携状態を制御する。本実施形態では、第１実施形態において制御部５０が備えていた除去熱量算出部５１は、台数制御部５００が備える。
【００４２】
より具体的には、台数制御部５００は、蒸気システム１（蒸気発生装置１０）において回収される熱量（例えば、５００ｋＷ）を増台設定値として記憶部に記憶している。そして、台数制御部５００は、除去熱量算出部５１により算出された要求除去熱量が増台設定値以上となった場合、運転させる蒸気システム１の台数を増加させる。これにより、ガスエンジン２００の負荷が増加する等により、冷却水の要求除去熱量が増加した場合に運転させる蒸気システム１の台数を増加させることで、冷却水から適切に熱回収を行える。
【００４３】
また、台数制御部５００は、運転させる蒸気システム１の台数を減少させる基準となる要求除去熱量（例えば、５０ｋＷ）を減台設定値として記憶部に記憶している。そして、台数制御部５００は、除去熱量算出部５１により算出された要求除去熱量が減台設定値未満となった場合、運転させる蒸気システム１の台数を減少させる。これにより、ガスエンジン２００の負荷が減少する等により、冷却水の要求除去熱量が減少した場合に運転させる蒸気システム１の台数を減少させることで、冷却水から過剰に熱回収を行うことを防げる。
【００４４】
尚、蒸気発生装置連携システム１００では、複数台の蒸気システム１に、それぞれ優先順位を設定しておくことで、運転させる蒸気システム１の台数を増加させる場合には優先順位の高い順に運転を開始させられる。また、運転させる蒸気システム１の台数を減少させる場合には優先順位の低い順に運転を停止させられる。
【００４５】
以上、本発明の蒸気発生装置１０及び蒸気発生装置連携システム１００の好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、第２実施形態では、蒸気発生装置連携システム１００を、２台の蒸気発生装置１０Ａ，１０Ｂを含んで構成したが、これに限らない。即ち、蒸気発生装置連携システムを、３台以上の蒸気発生装置を含んで構成してもよい。
【００４６】
また、第２実施形態では、複数の蒸気発生装置１０の複数の三方弁１９をすべて要求除去熱量に基づいて制御したが、これに限らない。即ち、蒸気発生装置連携システムにおいて複数の蒸気発生装置を運転させた場合、運転している蒸気発生装置のうちの最も優先順位の低い蒸気発生装置の三方弁のみを要求除去熱量に基いて制御し、他の蒸気発生装置の三方弁を低圧蒸気の圧力、又は吐出蒸気の圧力に基いて制御してもよい。この場合、制御部又は台数制御部は、低圧蒸気圧力センサ３１により測定される低圧蒸気の圧力、又は吐出蒸気圧力センサにより測定される吐出蒸気の圧力に基いて三方弁の開度を算出し、この算出された開度で三方弁を制御できる。
【００４７】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、流量調整弁を三方弁１９により構成したが、これに限らない。即ち、流量調整弁を、複数の弁を組み合わせて構成してもよい。
【００４８】
また、第１実施形態及び第２実施形態では、廃熱源としてガスエンジン２００を用いたが、これに限らない。即ち、廃熱源としてディーゼルエンジンやガソリンエンジンを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ，１Ｂ  蒸気システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ  蒸気発生装置本体
１９  三方弁（流量調整弁）
２０，２０Ａ，２０Ｂ  蒸気昇圧装置
５０，５０Ａ，５０Ｂ  制御部
５１  除去熱量算出部
５２  開度算出部
５３  弁制御部
１００  蒸気発生装置連携システム
２００  ガスエンジン（廃熱源）
２２０  冷却水循環ライン
５００  台数制御部
【図１】
2015206493.tif 000003
【図２】
2015206493.tif 000004