(57)【要約】【課題】原動機２、発電機３及び排熱ボイラー６を有して電力と蒸気とを生産するコージェネレーション設備１と、被蒸発液を加熱して蒸発する蒸発装置８とから成るものにおいて、蒸発装置を、前記コージェネレーション設備にて運転するものでありながら、前記コージェネレーション設備におけるエネルギーの使用効率を向上する。【解決手段】前記蒸発装置において蒸発缶１０から加熱器１１への蒸気ダクト１４，１５中に、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクター１６と、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプ１７とを並列に設け、更に、前記蒸発装置を前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と、前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とのいずれか一方又は両方に切り換えるようにする。【選択図】                        図１
2004237136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と、被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り、
前記蒸気ダクト中に、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け、
更に、前記蒸発装置を前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と、前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とのいずれか一方又は両方に切り換えるようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。
【請求項２】
ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と、被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り、
前記蒸気ダクト中に、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け、
更に、前記蒸発装置を前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と、前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とのいずれか一方又は両方に切り換えるようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２の記載において、前記蒸気エゼクターが、その複数台を並列に設けた形態であり、前記複数台の蒸気エゼクターのうち駆動する台数を、前記蒸発装置に使用できる蒸気量の増減に応じて増減するようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれかの記載において、前記ヒートポンプが、その複数台を並列に設けた形態であり、前記複数台のヒートポンプのうち駆動する台数を、前記蒸発装置に使用できる電力の増減に応じて増減するようにした手段を備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれかの記載において、蒸発装置は、前記コージェネレーション設備にて生産した電力による電気ヒータを備えていることを特徴とするコージェネレーション設備を利用した蒸発装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水溶液又は海水等を沸騰する蒸発する蒸発装置のうち、その熱源としてコージェネレーション設備を利用した蒸発装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、省エネルギー設備を目的としてコージェネレーション設備が開発されている。
【０００３】
すなわち、このコージェネレーション設備は、例えば、特許文献１及び２に記載されているように、灯油又は天然ガス等を燃料とするガスタービン又は内燃機関等の原動機により発電機を駆動することによって電力を生産（発電）して消費箇所に供給する一方、前記ガスタービン等の原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて、この排気ガスが有する熱エネルギーにて蒸気を生産して、これを消費箇所に供給するように構成したものであり、高熱効率のもとで、電力と蒸気とを同時に生産することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７０３４８号公報
【特許文献２】
特開２００２−４９４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したコージェネレーション設備は、電力を必要とする箇所には電力を、蒸気を必要とする箇所には蒸気を、これら使用する負荷側に対して各々同時に供給することができる。
【０００６】
しかし、電力を必要とする箇所における電力の使用量と、蒸気を必要とする箇所における蒸気の使用量とは、そのうち一方の使用量が多いときに他方の使用量が自動的に多くなり、また、一方の使用量が少ないときに他方の使用量が自動的に少なくなるというように、常に自動的に比例する関係であるのではなく、昼夜の別又は季節等によって、電力の使用量が減少したり、或いは、蒸気の使用量が減少したりするというように負荷変動する場合がある。
【０００７】
これに対して、前記したコージェネレーション設備においては、生産する電力と、生産する蒸気とは、そのうち一方の生産量を多くすると他方の生産量も多くなり、また、一方の生産量を減少すると他方の生産量も減少するというように常に比例する関係にあるから、生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において、蒸気の使用量が減少するというように負荷変動した場合において、前記したコージェネレーション設備は、蒸気を、その使用量が減少した分だけ余剰に生産し続けることになる。
【０００８】
また、逆に、生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において、電力の使用量が減少するというように負荷変動した場合において、前記したコージェネレーション設備は、電力を、その使用量が減少した分だけ余剰に生産し続けることになる。
【０００９】
これにより、コージェネレーション設備としては、負荷変動に応じて蒸気又は電力を余剰に生産する分だけエネルギーの使用効率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記コージェネレーション設備としてのエネルギーの使用効率を確実に向上できるようにした蒸発装置を提供することを技術的課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と、被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り、
前記蒸気ダクト中に、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け、
更に、前記蒸発装置を前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と、前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とのいずれか一方又は両方に切り換えるようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項２は、
「ガスタービン又は内燃機関等の原動機にて発電機を駆動して電力を生産する一方前記原動機から排出される排気ガスを排熱ボイラーに導いて蒸気を生産するようにしたコージェネレーション設備と、被蒸発液に対する間接的加熱式の加熱器及びこの加熱器で加熱した被蒸発液に対する蒸発缶並びにこの蒸発缶で発生した蒸気を前記加熱器に導く蒸気ダクトを有する蒸発装置とから成り、
前記蒸気ダクト中に、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した蒸気の駆動にて圧縮するようにした蒸気エゼクターと、前記蒸発缶で発生した蒸気を前記コージェネレーション設備で生産した電力の駆動にて圧縮するようにしたヒートポンプとを並列に設け、
更に、前記蒸発装置を前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と、前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とのいずれか一方又は両方に切り換えるようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項３は、
「前記請求項１又は２の記載において、前記蒸気エゼクターが、その複数台を並列に設けた形態であり、前記複数台の蒸気エゼクターのうち駆動する台数を、前記蒸発装置に使用できる蒸気量に増減に応じて増減するようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１４】
本発明の請求項４は、
「前記請求項１〜３のいずれかの記載において、前記ヒートポンプが、その複数台を並列に設けた形態であり、前記複数台のヒートポンプのうち駆動する台数を、前記蒸発装置に使用できる電力の増減に応じて増減するようにした手段を備えている。」
ことを特徴としている。
【００１５】
本発明の請求項５は、
「前記請求項１〜４のいずれかの記載において、蒸発装置は、前記コージェネレーション設備にて生産した電力による電気ヒータを備えている。」
ことを特徴としている。
【００１６】
【発明の作用・効果】
前記請求項１に記載した構成において、前記コージェネレーション設備において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側において、蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記蒸発装置を、前記ヒートポンプによる蒸発運転を停止して、蒸気エゼクターのみによる蒸発運転に切り換える。
【００１７】
また、逆に、電力及び蒸気を使用する負荷側において、電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記蒸発装置を、前記蒸気エゼクターによる蒸発運転を停止して、ヒートポンプのみによる蒸発運転に切り換える。
【００１８】
これにより、前記コージェネレーション設備において、その負荷側における電力及び蒸気消費量の負荷変動に応じて余剰に生産される電力又は蒸気を利用して、蒸発装置による水の蒸発を行うことができる。
【００１９】
従って、本発明によると、蒸発装置を、前記コージェネレーション設備にて運転するきるものでありながら、前記コージェネレーション設備におけるエネルギーの使用効率を大幅に向上することができる効果を有する。
【００２０】
この場合において、前記した請求項２に記載したように、前記蒸発装置を前記蒸気エゼクターにて蒸発運転する状態と、前記ヒートポンプにて蒸発運転する状態とのいずれか一方又は両方に切り換えるように構成することにより、前記コージェネレーション設備における電力及び蒸気の生産量に、これらを使用する側における使用量に対して余裕があるときにおいて、前記蒸発装置を、蒸気エゼクターとヒートポンプとの両方によって蒸発運転することができる。
【００２１】
また、請求項２又は３に記載した構成とすることにより、前記コージェネレーション設備にて余剰に生産される電力又は蒸気にて駆動されるヒートポンプ又は蒸気エゼクターの台数を、前記電力又は蒸気の余剰生産量の増減に応じて増減することができるから、生産した電力又は蒸気を消費する負荷側における負荷変動に対して、高い精度で的確に対応できる利点がある。
【００２２】
更にまた、請求項４に記載した構成によると、前記コージェネレーション設備にて生産される電力に更なる余剰ができた場合に、この更なる余剰の電力を、蒸発装置での蒸発に利用できるから、前記コージェネレーション設備におけるエネルギーの使用効率をより向上できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００２４】
図１は、第１の実施の形態を示す。
【００２５】
この図において、符号１は、コージェネレーション設備を示し、このコージェネレーション設備は、前記した特許文献１及び２等において従来から良く知られているように、灯油又は天然ガス等を燃料とするガスタービン又は内燃機関等の原動機２により発電機３を駆動することによって電力を生産（発電）し、この電力を、これに使用する負荷側４に送電線５を介して送る一方、前記ガスタービン等の原動機２から排出される排気ガスを排熱ボイラー６に導いて、この排気ガスが有する熱エネルギーにて蒸気を生産して、この蒸気を、これを使用する前記負荷側４に蒸気移送管路７を介して送り出すように構成されている。
【００２６】
また、符号８は、蒸発装置を示し、この蒸発装置８は、その下部に蒸発濃縮を行うための水溶液又は海水等の被蒸発液が管路９より供給される蒸発缶１０と、多数本の伝熱管１１ａを備えた加熱器１１から成り、この加熱器１１は、前記蒸発缶１０内の上部に当該加熱器１１における各伝熱管１１ａが略水平になるように設けられ、この加熱器１１における各伝熱管１１ａの一端には、入口ヘッダー１１ｂが、他端には出口ヘッダー１１ｃが各々設けられている。
【００２７】
一方、前記蒸発缶１０内の上部には、散布器１２を設けて、蒸発缶１０内の底に溜まる被蒸発液をポンプ１３にて汲み出して前記散布器１２から前記加熱器１１における各伝熱管１１ａの外表面に散布するという循環を行うように構成する。
【００２８】
前記蒸発缶１０における蒸気出口１０ａからの蒸気を前記加熱器１１における入口ヘッダー１１ｂ内に導くための蒸気ダクト１４，１５中に、蒸気エゼクター１６と、ブロワー圧縮機等のヒートポンプ１７とを並列に設ける。
【００２９】
前記蒸気エゼクター１６に、前記コージェネレーション設備１において生産され蒸気移送管路５を介して送り出される蒸気の一部又は全部を、蒸気供給弁１９を備えた蒸気供給管路１８より供給することにより、前記蒸発缶１０内で発生した蒸気を前記蒸気エゼクター１６にて吸気して圧縮したのち前記加熱器１１における各伝熱管１１ａ内に供給し、前記蒸発缶１０内において、前記加熱器１１における各伝熱管１１ａの外表面に散布されている被蒸発液を加熱して、これを沸騰・蒸発するように構成する。
【００３０】
一方、前記ヒートポンプ１７を、前記コージェネレーション設備１において生産した電力にて駆動することにより、前記蒸発缶１０内で発生した蒸気を前記ヒートポンプ１７にて吸気して圧縮したのち前記加熱器１１における各伝熱管１１ａに供給し、前記蒸発缶１０内において、前記加熱器１１における各伝熱管１１ａの外表面に散布されている被蒸発液を加熱して、これを沸騰・蒸発するように構成する。
【００３１】
前記蒸気エゼクター１６及び前記ヒートポンプ１７の出口の各々には、切換弁２０，２１を設けて、この両切換弁２０，２１を同時に開くことによって、前記蒸気エゼクター１６及び前記ヒートポンプ１７の両方が同時に作動する状態と、前記両切換弁２０，２１のうち蒸気エゼクター１６に対する切換弁１２０開く一方ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を閉じることによって、前記蒸気エゼクター１６のみを作動する状態と、ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を開く一方蒸気エゼクター１６に対する切換弁２０を閉じることによって、前記ヒートポンプ１４のみを作動する状態とに選択的に切り換えることができるように構成する。
【００３２】
この場合において、前記蒸気エゼクター１６のみを作動するときには、前記ヒートポンプ１７に対する電力の給電を遮断し、前記ヒートポンプ１７のみを作動するするときには、前記蒸気エゼクター１６に対する蒸気供給弁１９を閉じるように構成する。
【００３３】
また、前記加熱器１１には、前記コージェネレーション設備１において生産した電力にて発熱する電熱ヒータ２２を設ける。
【００３４】
符号２３は、冷却水を冷却源とする間接熱交換式の凝縮器を示し、この凝縮器２０に、前記蒸発缶１０内で発生した蒸気の一部を導入して凝縮するとともに、前記加熱器１１における各伝熱管１１ａ内における凝縮水を管路２４を介して導入し、この凝縮器２３内における凝縮水をポンプ２５に取り出す一方、前記凝縮器２３内における不凝縮製ガスを真空ポンプ２６等の真空発生装置にて抽出することにより、前記蒸発缶１０内を、大気圧により低い減圧の状態にして、この減圧の状態で沸騰蒸発するように構成する。
【００３５】
この構成において、前記コージェネレーション設備１において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側４において、これら電力及び蒸気の使用量に、これらの生産量に対して余裕があるときには、蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７を、これらに対する切換弁２０，２１を開くとともに、前記蒸気エゼクター１６に対する蒸気供給弁１９を開いて、同時に駆動することにより、蒸発装置８を、これら蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７の両方の作動によって蒸発運転する状態にする。
【００３６】
前記コージェネレーション設備１において生産した電力及び蒸気を使用する負荷側４において、蒸気の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を閉じるとともにヒートポンプ１７の駆動を停止する一方、前記蒸気エゼクター１６に対する切換弁２０及び蒸気供給弁１９を開いて蒸気エゼクター１６を駆動することにより、前記蒸発装置８を、前記蒸気エゼクター１６のみによる蒸発運転に切り換える。
【００３７】
また、逆に、電力及び蒸気を使用する負荷側４において、電力の使用量が減少するという負荷変動の状態になった場合には、前記蒸気エゼクター１６に対する切換弁２０及び蒸気供給弁１９を閉じて蒸気エゼクター１６の作動を停止する一方、前記ヒートポンプ１７に対する切換弁２１を開いてこのヒートポンプ１７を駆動することにより、前記蒸発装置８を、前記ヒートポンプ１７のみによる蒸発運転に切り換える。
【００３８】
これにより、前記コージェネレーション設備１において、その負荷側４における電力及び蒸気消費量の負荷変動に応じて余剰に生産される電力又は蒸気を利用して、蒸発装置８による水の蒸発を行うことができるから、前記コージェネレーション設備１におけるエネルギーの使用効率を大幅に向上することができる。
【００３９】
また、前記コージェネレーション設備１において生産した電力に、そのときにおける負荷側４の使用量に対して更に余剰があるときには、この更なる余剰電力を電熱ヒータ２２に供給することにより、前記更なる余剰電力を蒸発装置８における蒸発に利用することができるから、前記コージェネレーション設備１におけるエネルギーの使用効率をより向上できる。
【００４０】
なお、前記蒸発装置８の容量は、前記蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７の両方を駆動した場合に１００％の能力を発揮するように設定されている。
【００４１】
また、前記蒸気エゼクター１６及びヒートポンプ１７としては、その容量を少なくとも、前記コージェネレーション設備１の定常運転時において生産する蒸気量及び電力量と略等しいかこれ以上の値に設定したものを使用することが好ましい。
【００４２】
すなわち、例えば、前記コージェネレーション設備１が、その定格出力が５０ｋＷで、この定格出力時における燃料消費量がＬＰＧで１５．６Ｎｍ３  ／Ｈ、灯油で４１．８ｌ／Ｈであるマイクロタービン式のコージェネレーション設備である場合、このコージェネレーション設備における発電電力と、発生蒸気量との関係は、図２に示すようになっており、更に、このコージェネレーション設備は、図２に点線で示すように、燃料消費比率（定格出力時における燃料消費量を１．０としたときの比率）が約０．７９のところで定常運転されるから、前記ヒートポンプ１７としては、その容量を、少なくとも、前記定常運転時における発電電力３８ｋＷと略等しいかこれ以上の値に設定したものにする一方、前記蒸気エゼクター１６としては、これに対する供給蒸気量を、少なくとも、前記定常運転時における発生蒸気量２６０ｋｇ／Ｈと等しいか或いはこれ以上の値に設定したものにする。
【００４３】
次に、図３は、第２の実施の形態を示す。
【００４４】
この第２の実施の形態は、前記した蒸発装置８を前提として、その蒸気エゼクター及びヒートポンプのうちいずれか一方又は両方を、複数台にして並列に設ける形態としたものである。
【００４５】
但し、図は、蒸気エゼクターを、第１蒸気エゼクター１６ａと、第２蒸気エゼクター１６ｂとを並列に並べた構成にする一方、ヒートポンプを、第１ヒートポンプ１７ａと、第２ヒートポンプ１７ｂにしたものである。
【００４６】
前記第１蒸気エゼクター１６ａ及び第２蒸気エゼクター１６ｂの両方に対して、蒸気供給弁１９ａ，１９ｂ及び切換弁２０ａ，２０ｂを設けることにより、蒸発装置８に使用することができる蒸気量の増大に応じて、先ず、第１蒸気エゼクター１６ａを駆動し、次いで、この第１蒸気エゼクター１６ａに加えて前記第２蒸気エゼクター１６ｂを駆動する一方、前記蒸発装置８に使用することができる蒸気量の減少に応じて、先ず、前記第２蒸気エゼクター１６ｂの駆動を停止し、次いで、前記第１蒸気エゼクター１６ａの駆動を停止するというように、前記複数台の蒸気エゼクターのうち駆動する台数を、前記蒸発装置８に使用することができる蒸気量の増減に応じて増減するように構成する。
【００４７】
また、前記第１ヒートポンプ１７ａ及び第２ヒートポンプ１７ｂの両方に対して、切換弁２１ａ，２１ｂを設けることにより、蒸発装置８に使用することができる電力量の増大に応じて、先ず、第１ヒートポンプ１７ａを駆動し、次いで、この第１ヒートポンプ１７ａに加えて前記第２ヒートポンプ１７ｂを駆動する一方、前記蒸発装置８に使用することができる電力量の減少に応じて、先ず、前記第２ヒートポンプ１７ｂの駆動を停止し、次いで、前記第１ヒートポンプ１７ａの駆動を停止するというように、前記複数台のヒートポンプのうち駆動する台数を、蒸発装置８に使用することができる電力量の増減に応じて増減するように構成する。
【００４８】
これにより、前記コージェネレーション設備１において生産した電力又は蒸気を消費する負荷側４における負荷変動に対して、高い精度で的確に対応できる。
【００４９】
この第２の実施の形態においては、前記各蒸気エゼクター１６ａ，１６ｂにおける容量の各々を、定常運転時における発生蒸気量２６０ｋｇ／Ｈの略半分の１３０ｋｇ／Ｈにするというように、複数台の合計容量を、少なくとも、前記コージェネレーション設備１の定常運転時において生産する蒸気量と略等しいかこれ以上の値に設定する一方、前記各ヒートポンプ１７ａ，１７ｂにおける容量の各々を、定常運転時における発電電力３８ｋＷの略半分の１９ｋＷにするというように、複数台の合計容量を、少なくとも、前記コージェネレーション設備１の定常運転時において生産する電力量と略等しいかこれ以上の値に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態を示す図である。
【図２】マイクロタービン式コージェネレーション設備において発電電力と発生蒸気量との関係を示す図である。
【図３】本発明における第２の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１                          コージェネレーション設備
２                          原動機
３                          発電機
４                          負荷側
６                          排熱ボイラー
８                          蒸発装置
１１                        加熱器
１４，１５                  蒸気ダクト
１６，１６ａ，１６ｂ        蒸気エゼクター
１７，１７ａ，１７ｂ        ヒートポンプ
１８                        蒸気供給管路
１９，１９ａ，１９ｂ        蒸気供給弁
２０，２０ａ，２０ｂ        蒸気エゼクターの切換弁
２１，２１ａ，２１ｂ        ヒートポンプの切換弁
２２                        電熱ヒータ
２３                        凝縮器
【図１】
2004237136.tif 000003
【図２】
2004237136.tif 000004
【図３】
2004237136.tif 000005